Гидротермальный синтез наночастиц CuS с регулируемыми структурными и оптическими свойствами

Наночастицы сульфида меди (CuS) получены методом контролируемого гидротермального синтеза и охарактеризованы с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгенодифракционного анализа (РД), спектроскопии диффузного отражения в УФ-видимой области, дифференциального термического анализа и измерения фотолюминесценции. СЭМ показала наличие наночастиц, а данные энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии подтвердили существование серы и меди в качестве основных компонентов синтезированных материалов. Согласно кристаллографическому исследованию с помощью РД, средний размер частиц составил 18.07 нм. Образец имеет гексагональную кристаллическую структуру с 12-кратной координационной геометрией. Наноструктуры CuS продемонстрировали характерное оптическое поглощение в УФ-спектре с особенностями поглощения в диапазоне 150–500 нм, что позволило рассчитать оптическую ширину запрещенной зоны 2.19 эВ. Спектр фотолюминесценции демонстрирует излучение на длине волны 503 нм, что указывает на характерное синее излучение в синтезированных материалах. Термическая характеристика показала стабильность материала в диапазоне температур 300–400°C, при этом экзотермическое поведение наблюдается при 342°C и сопровождается выделением тепла в количестве 50.5 мкВ.

1. R. Maity, K. K. Chattopadhyay, Nanotechnol., 15, 812–816 (2004).

2. L. Wang, X. Xu, X. Yuan, J. Lumin., 130, 137–140 (2010).

3. Z. Deng, J. Qi, Y. Zhang, Q. Liao, Y. Huang, Nanotechnol., 18, No. 47, 475603 (2007).

4. H. Ali, S. Karim, M. A. Rafiq, K. Maaz, A.U. Rahman, A. Nisar, M. Ahmad, J. Alloys Compd., 612, 64–68 (2014).

5. Y. Tao, E. Ju, J. Ren, X. Qu, Adv. Mater., 27, 1097–1104 (2015).

6. V. K. Sharma, R. A. Yngard, Y. Lin, Adv. Colloid Interf. Sci., 145, 83–96 (2009).

7. G. Fang, W. Li, X. Shen, J.M. Perez-Aguilar, Y. Chong, X. Gao, Z. Chai, C. Chen, C. Ge, R. Zhou, Nat. Commun., 9, No. 1, 129 (2018).

8. C. Jayaseelan, A. A. Rahuman, A. V. Kirthi, S. Marimuthu, T. Santhoshkumar, A. Bagavan, K. Gaurav, L. Karthik, K. V. B. Rao, Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc., 90, 78–84 (2012).

9. H. A. Foster, I. B. Ditta, S. Varghese, A. Steele, Appl. Microbiol. Biotechnol., 90, 1847–1868 (2011).

10. J. Kundu, D. Pradhan, New J. Chem., 37, 1470–1478 (2013).

11. Y. Gupta, N. Jaggi, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 34, 2014 (2023).

12. A. H. Al-Hammadi, Asma’a Ahmed Al-Adhreai, A. M. Abdulwahab et al., Sci. Rep., 14, 73701 (2024).

13. Y. N. Slavin, J. H. Asnis, U. O. Häfeli, H. Bach, J. Nanobiotechnol., 15, No. 1, 65 (2017).

14. U. S. Dharsana, M. K. N. Sai Varsha, A. A. K. Behlol, A. Veerappan, R. Thiagarajan, RSC Adv., 5, 30248–30259 (2015).

15. K. B. Ayaz Ahmed, V. Anbazhagan, RSC Adv., 7, 36644–36652 (2017).

16. Q. Mao, J. Ma, M. Chen, S. Lin, N. Razzaq, J. Cui, Chem. Synth., 2, No. 4, 41 (2023).

17. S. Agarwal, P. Phukan, D. Sarma, K. Deori, Nanoscale Adv., 3, No. 13, 3954–3966 (2021).

18. D. S. Nair, S. Jayasudha, A. K. Vinod, Zast. Mater., 66, No. 1, 62–73 (2025).

19. P. Roy, S. K. Srivastava, Cryst. Eng. Comm., 17, No. 41, 7801–7815 (2015).

20. K. Manmeet, K. P. Muthea, S. K. Despandeb, Ch. Shipra, J. B. Singh, V. Neetika, S. K. Gupta, J. V. Yakhmi, J. Cryst. Growth, 289, 670–675 (2006).

21. W. Narongdet, C. Piyanut, V. Naratip, P. Wisanu, Energy Proc., 29, 404–409 (2012).

22. M. H. Yamukyan, K. V. Manukyan, S. L. Kharatyan, Chem. Eng. J., 137, 636–642 (2008).

23. J. Zhu, D. Li, H. Chen, X. Yang, L. Lu, X. Wang, Mater. Lett., 58, 3324–3327 (2004).

24. W. Rujun, M. Zhenye, G. Zhenggui, Y. Yan, J. Alloys Compd., 504, 45–49 (2010).

25. C. Coughlan, M. Ibanez, O. Dobrozhan, A. Singh, A. Cabot, K. M. Ryan, Chem. Rev., 117, No. 9, 5865–6109 (2017).

26. V. Dzhagan, O. Selyshchev, S. Kondratenko, N. Mazur, Y. Havryliuk, O. Raievska, O. Stroyuk, D. R. Zahn, Electron. Mater., 3, No. 1, 136–153 (2022).

27. X. Chen, J. Yang, T. Wu, L. Li, W. Luo, W. Jiang, L. Wang, Nanoscale, 10, No. 32, 15130–15163 (2018).

28. A. A. Sagade, R. Sharma, Sens. Actuators B Chem., 133, No. 1, 135–143 (2008).

29. K. R. Nemade, S. A. Waghuley, Mat. Sci. Sem. Proc., 39, 781–785 (2015).

30. S. Shahi, S. Saeednia, P. Iranmanesh, M. H. Ardakani, Lumin., 36, No. 1, 180–191 (2021).

31. B. D. Viezbicke, S. Patel, B. E. Davis, D. P. Birnie, Phys. Status Solidi (b), 252, No. 8 (2015).

32. U. Shamraiz, R. A. Hussain, A. Badshah, J. Solid State Chem., 238, 25–40 (2016).

33. S. Kar, S. Chaudhuri, J. Phys. Chem. B, 109, No. 8, 3298–3302 (2005).

34. R. Sivaraj, P. K. S. M. Rahman, P. Rajiv, S. Narendhran, R. Venckatesh, Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc., 129, 255–258 (2014).

35. D. Renuga, J. Jeyasundari, A. S. Shakthi Athithan, Y. Brightson Arul Jacob, Mater. Res. Express, 7, 045007 (2020).

36. S. Moeen, ACS Omega, 7, 46428–46439 (2022).

37. A. Sahai, N. Goswami, S. D. Kaushik, S. Tripathi, Appl. Surf. Sci., 390, 974–983 (2016).

38. A. Mehmood, G. Murtaza, T. M. Bhatti, R. Kausar, Arab. J. Chem., 10, No. 2, S3048–S3053 (2017).

39. S. K. Shanmugam, A. Arivendan, S. G. Selvamani, T. Dheivasigamani, T. K. Sundaresan, S. Ali, Ceram., 6, No. 4, 1926–1936 (2023).

40. M. B. Mobara, M. S. Hossain, F. Chowdhury, S. Ahmed, Arb. J. Chem., 15, 104117 (2022).