Séléniure d'étain

Séléniure d'étain
__ Sn^2+     __ Se^2− Structure cristalline du séléniure de plomb
Identification
N^o CAS	1315-06-6
N^o ECHA	100.013.871
N^o CE	215-257-6
PubChem	6432049
SMILES	[Se]=[Sn] PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/Se.Sn Std. InChIKey : MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	SeSnSnSe
Masse molaire[1]	197,67 ± 0,04 g/mol Se 39,95 %, Sn 60,05 %,
Propriétés physiques
T° fusion	861 °C[2]
Masse volumique	6,18 g·cm^-3[2]
Précautions
SGH[2]
Danger H373, H410, P260, P264, P311, P301+P310, P304+P340 et P403+P233 H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H410 : Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme P260 : Ne pas respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P264 : Se laver … soigneusement après manipulation. P311 : Appeler un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P301+P310 : En cas d'ingestion : appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P304+P340 : En cas d'inhalation : transporter la victime à l’extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. P403+P233 : Stocker dans un endroit bien ventilé. Maintenir le récipient fermé de manière étanche.
NFPA 704[2]
0 3 0
Transport[2]
-    3077    Numéro ONU : 3077 : MATIÈRE DANGEREUSE DU POINT DE VUE DE L’ENVIRONNEMENT, SOLIDE, N.S.A. Classe : 9 Étiquette : 9 : Matières et objets dangereux divers Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Composés apparentés
Autres cations	Séléniure de germanium Séléniure de plomb
Autres anions	Oxyde d'étain(II) Sulfure d'étain(II) Tellurure d'étain
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le séléniure d'étain est un sel d'étain et de sélénium de formule SnSe, connu comme semiconducteur. Il se présente sous la forme d'un solide gris acier insoluble dans l'eau^[3]. Il cristallise selon deux structures différentes^[4], dont une est stable à température ambiante appartenant au système orthorhombique avec pour paramètres cristallins a = 1 150 pm, b = 415 pm et c = 444 pm^[5]. Il adopte une structure en couches assez typique des chalcogénures métalliques^[6] et se comporte comme un semiconducteur IV-VI à bande interdite étroite structurellement analogue au phosphore noir. Il est étudié pour les applications photovoltaïques à bas coût et surtout pour ses excellentes propriétés thermoélectriques dues notamment à sa faible conductivité thermique et sa conductivité électrique assez élevée^[7].

Synthèse

Le séléniure d'étain peut s'obtenir en faisant réagir de l'étain et du sélénium élémentaires au-dessus de 350 °C^[8]. La synthèse du composé donne lieu à la formation de deux phases : la phase SnSe₂ hexagonale et la phase SnSe orthorhombique SnSe. Il est possible de produire des nanostructures spécifiques^[9] mais peu de nanostructures bidimensionnelles ont été obtenues, car elles restent difficiles à réaliser^[6]. Des nanostructures de SnSe carrées et monocouches ont cependant été produites. Du séléniure d'étain nanocristallin en feuillet avec une phase orthorhombique a été obtenue avec un bon niveau de pureté et de cristallisation en faisant réagir un complexe d'étain(II) avec une solution aqueuse alcaline de sélénium à température ambiante sous pression atmosphérique^[10]. Il est possible de faire croître des nanofils de séléniure d'étain épais de quelques atomes à l'intérieur de nanotubes de carbone étroits d'environ 1 nm de diamètre en chauffant sous vide ces nanotubes avec de la poudre de séléniure d'étain à 960 °C ; ces nanofils ont une structure cristalline cubique, contrairement au matériau massif^[11].

Structure et propriétés

Le séléniure d'étain cristallise dans le système orthorhombique selon une structure halite déformée. Il est isomorphe au séléniure de germanium GeSe^[12]. La maille élémentaire comprend deux couches inversées. Chaque atome d'étain est lié par covalence à trois atomes de sélénium voisins^[13]. Ces couches sont maintenues ensemble avant tout par des forces de van der Waals^[14]. La structure cristalline du matériau devient de type halite au-dessus de 800 K^[7].

Le séléniure d'étain se comporte comme un supraconducteur aux pressions supérieures 58 GPa, peut-être à la suite d'un changement de structure cristalline pour adopter celle du chlorure de césium CsCl^[15].

Dans la structure orthorhombique du séléniure d'étain, il se forme des couches d'atomes d'étain et de sélénium fortement liés le long des plans (b, c) tandis que les couches sont plus faiblement liées entre elles le long de la direction a. Cette structure contient des polyèdres de coordination SnSe₇ fortement déformés constitués de trois liaisons Sn–Se courtes et quatre liaions Sn–Se très longues entre lesquelles se glisse un doublet non liant de Sn²⁺. Les couches SnSe sont ondulées en formant une projection en accordéon le long de l'axe b. Le clivage est aisé le long des plans (100).

En refroidissant depuis sa phase de haute température à symétrie plus élevée (groupe d'espace Cmcm, n^o 63), le séléniure d'étain subit une transition de phase aux environs de 750 à 800 K conduisant au groupe d'espace Pnma (n^o 62) de symétrie plus faible^[7]. Cette structure en couches plissées confère une faible anharmonicité au séléniure d'étain, qui présente de surcroît une conductivité de réseau ultra faible, ce qui en fait l'un des matériaux cristallins à la conductivité thermique la plus faible.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. « Fiche du composé Tin selenide, 99.999% (metals basis)  », sur Alfa Aesar (consulté le 21 décembre 2021).
3. (en) Dale L. Perry, Handbook of Inorganic Compounds, CRC Press, 1995, p. 385. (ISBN 978-0849386718)
4. (en) Y. Feutelais, M. Majid, B. Legendre et S. G. Frics, « Phase diagram investigation and proposition of a thermodynamic evaluation of the Tin-Selenium system », Journal of Phase Equilibria, vol. 17, n^o 1,‎ janvier 1996, p. 40-49 (DOI 10.1007/BF02648368, lire en ligne)
5. (en) N. Kumar, U. Parihar, R. Kumar, K. J. Patel, C. J. Panchal et N. Padha, « Effect of Film Thickness on Optical Properties of Tin Selenide Thin Films Prepared by Thermal Evaporation for Photovoltaic Applications », American Journal of Materials Science, vol. 2, n^o 1,‎ 2012, p. 41-45 (DOI 10.5923/j.materials.20120201.08, lire en ligne)
6. (en) Chunli Zhang, Huanhuan Yin, Min Han, Zhihui Dai, Huan Pang, Yulin Zheng, Ya-Qian Lan, Jianchun Bao et Jianmin Zhu, « Two-Dimensional Tin Selenide Nanostructures for Flexible All-Solid-State Supercapacitors », ACS Nano, vol. 8, n^o 4,‎ 22 avril 2014, p. 3761-3770 (PMID 24601530, DOI 10.1021/nn5004315, lire en ligne)
7. (en) Li-Dong Zhao, Shih-Han Lo, Yongsheng Zhang, Hui Sun, Gangjian Tan, Ctirad Uher, C. Wolverton, Vinayak P. Dravid et Mercouri G. Kanatzidis, « Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals », Nature, vol. 508, n^o 7496,‎ 16 avril 2014, p. 373-377 (PMID 24740068, DOI 10.1038/nature13184, Bibcode 2014Natur.508..373Z, S2CID 205238132, lire en ligne)
8. (en) Norman N. Greenwood et A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, 1984, p. 453 (ISBN 978-0-08-022057-4).
9. (en) Shuhao Liu, Naikun Sun, Mei Liu, Sukrit Sucharitaku et Xuan P. A. Gao, « Nanostructured SnSe: Synthesis, doping, and thermoelectric properties », Journal of Applied Physics, vol. 123, n^o 11,‎ mars 2018, article n^o 115109 (DOI 10.1063/1.5018860, Bibcode 2018JAP...123k5109L, lire en ligne)
10. (en) Weixin Zhang, Zeheng Yang, Juewen Liu, Lei Zhang, Zehua Hui, Weichao Yu, Yitai Qian, Lin Chen et Xianming Liu, « Room temperature growth of nanocrystalline tin (II) selenide from aqueous solution », Journal of Crystal Growth, vol. 217, n^os 1-2,‎ 11 juillet 2000, p. 157-160 (DOI 10.1016/S0022-0248(00)00462-0, Bibcode 2000JCrGr.217..157Z, lire en ligne)
11. (en) Robin Carter, Mikhail Suyetin, Samantha Lister, M. Adam Dyson, Harrison Trewhitt, Sanam Goel, Zheng Liu, Kazu Suenaga, Cristina Giusca, Reza J. Kashtiban, John L. Hutchison, John C. Dore, Gavin R. Bell, Elena Bichoutskaia et Jeremy Sloan, « Band gap expansion, shear inversion phase change behaviour and low-voltage induced crystal oscillation in low-dimensional tin selenide crystals », Dalton Transactions, vol. 43, n^o 20,‎ 7 mars 2014, p. 7391-7399 (PMID 24637546, DOI 10.1039/C4DT00185K, lire en ligne)
12. (en) Philip Boudjouk, Dean J. Seidler, Dean Grier et Gregory J. McCarthy, « Benzyl-Substituted Tin Chalcogenides. Efficient Single-Source Precursors for Tin Sulfide, Tin Selenide, and Sn(S_xSe_1-x) Solid Solutions », Chemistry of Materials, vol. 8, n^o 6,‎ 13 juin 1996, p. 1189-1196 (DOI 10.1021/cm9504347, lire en ligne)
13. (en) Heribert Wiedemeier, Hans Georg et Georg von Schnering, « Refinement of the structures of GeS, GeSe, SnS and SnSe », Zeitschrift für Kristallographie, vol. 148, n^os 3-4,‎ janvier 1978, p. 295-303 (DOI 10.1524/zkri-1978-3-410, Bibcode 1978ZK....148..295W, lire en ligne)
14. (en) M. Taniguchi, R. L. Johnson, J. Ghijsen et M. Cardona, « Core excitons and conduction-band structures in orthorhombic GeS, GeSe, SnS, and SnSe single crystals », Physical Review B, vol. 42, n^o 6,‎ 15 août 1990, p. 3634-3643 (PMID 9995878, DOI 10.1103/PhysRevB.42.3634, Bibcode 1990PhRvB..42.3634T, lire en ligne)
15. (en) Yu. A. Timofeev, B. V. Vinogradov et V. B. Begoulev, « Superconductivity of tin selenide at pressures up to 70 GPa », Physics of the Solid State, vol. 39, n^o 2,‎ février 1997, p. 207 (DOI 10.1134/1.1130136, Bibcode 1997PhSS...39..207T, S2CID 120770417, lire en ligne)

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