Sulfuro de indio (III)

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Sulfuro de indio(III) (sesquisulfuro de indio, sulfuro de indio (2:3), sulfuro de indio (3+)) es un compuesto inorgánico con la fórmula In2S3.

Tiene un olor a "huevo podrido" característico de los compuestos de azufre y produce gas de sulfuro de hidrógeno cuando reacciona con ácidos minerales.

Se conocen tres estructuras diferentes ("polimorfos"): el amarillo, α-In2S3 tiene una estructura cúbica defectuosa, el rojo β-In2S3 tiene una estructura tetragonal defectuosa y el γ-In2S3 tiene una estructura en capas. La forma roja, β, se considera la forma más estable a temperatura ambiente, aunque la forma amarilla puede estar presente dependiendo del método de producción. El In2S3 es atacado por ácidos y por sulfuro. Es ligeramente soluble en Na2S.

El sulfuro de indio fue el primer compuesto de indio que se describió, y se informó de él en 1863. Reich y Richter determinaron la existencia del indio como un nuevo elemento a partir del precipitado de sulfuro.

Estructura y propiedades

In2S3 presenta centros tetraédricos In(III) unidos a cuatro ligandos sulfido.

α-In2S3 tiene una estructura cúbica defectuosa. El polimorfo experimenta una transición de fase a 420 °C y se convierte en la estructura de espinela de β-In2S3. Otra transición de fase a 740 °C produce el polimorfo estratificado γ-In2S3.

β-In2S3 tiene una estructura de espinela defectuosa. Los aniones de sulfuro están empaquetados en capas, con cationes In(III) coordinados octaédricamente presentes dentro de las capas y cationes In(III) coordinados tetraédricamente entre ellas. Una parte de los intersticios tetraédricos está vacía, lo que conduce a los defectos en la espinela.

β-In2S3 tiene dos subtipos. En el subtipo T-In2S3, las vacantes coordinadas tetragonalmente están en una disposición ordenada, mientras que las vacantes en C-In2S3 están desordenadas. El subtipo desordenado de β-In2S3 muestra actividad para la producción fotocatalítica de H2 con un cocatalizador de metal noble, pero el subtipo ordenado no.

El β-In2S3 es un semiconductor de tipo N con una banda prohibida óptica de 2,1 eV. Se ha propuesto su uso para sustituir al peligroso sulfuro de cadmio, CdS, como capa intermedia en las células solares y como semiconductor adicional para aumentar el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos basados en TiO2.

El polimorfo inestable γ-In2S3 tiene una estructura en capas.

Producción

El sulfuro de indio se prepara generalmente mediante la combinación directa de los elementos.

Se ha explorado la producción a partir de complejos volátiles de indio y azufre, por ejemplo ditiocarbamatos (p. ej. Et2InIIIS2CNEt2), para técnicas de deposición de vapor.

Se pueden formar películas delgadas del complejo beta mediante pirólisis química por pulverización. Se rocían soluciones de sales de In(III) y compuestos orgánicos de azufre (a menudo tiourea) sobre placas de vidrio precalentadas, donde los productos químicos reaccionan para formar películas delgadas de sulfuro de indio. Cambiar la temperatura a la que se depositan los productos químicos y la relación In:S puede afectar la banda óptica prohibida de la película.

Los nanotubos de sulfuro de indio de pared simple se pueden formar en el laboratorio mediante el uso de dos solventes (uno en el que el compuesto se disuelve mal y otro en el que se disuelve bien). Se produce un reemplazo parcial de los ligandos de sulfuro por O2− y el compuesto forma nanobobinas delgadas, que se autoensamblan en conjuntos de nanotubos con diámetros del orden de 10 nm y paredes de aproximadamente 0,6 nm de espesor. El proceso imita la cristalización de proteínas.

Indium(III) sulfide nanocoils (a), nanotubes (b), y sus arrays ordenados (d-f). Barras de escala: a,d,e,f - 50 nm; b - 100 nm.

Seguridad

El polimorfo β-In2S3, en forma de polvo, puede irritar los ojos, la piel y los órganos respiratorios. Es tóxico si se ingiere, pero se puede manipular de forma segura en condiciones de laboratorio convencionales. Se debe manipular con guantes y se debe tener cuidado de no inhalar el compuesto y de evitar que entre en contacto con los ojos.

Aplicaciones

Fotovoltaica y fotocatalítica

Existe un interés considerable en utilizar In2S3 para reemplazar el semiconductor CdS (sulfuro de cadmio) en dispositivos fotoelectrónicos. El β-In2S3 tiene un intervalo de banda ajustable, lo que lo hace atractivo para aplicaciones fotovoltaicas, y muestra resultados prometedores cuando se utiliza junto con TiO2 en paneles solares, lo que indica que podría reemplazar al CdS también en esa aplicación. El sulfuro de cadmio es tóxico y debe depositarse con un baño químico, pero el sulfuro de indio (III) muestra pocos efectos biológicos adversos y puede depositarse como una película delgada a través de métodos menos peligrosos.

Las películas delgadas de β-In2S3 se pueden desarrollar con diferentes intervalos de banda, lo que las hace ampliamente aplicables como semiconductores fotovoltaicos, especialmente en células solares de heterojunción.

Las placas recubiertas con nanopartículas beta-In2S3 se pueden utilizar de manera eficiente para la división fotoelectroquímica del agua (PEC).

Biomédico

Una preparación de sulfuro de indio hecha con el radioactivo 113In puede usarse como agente de escaneo pulmonar para imágenes médicas. Los tejidos pulmonares lo absorben bien, pero no se acumula allí.

Otros

Las nanopartículas de In2S3 emiten luminiscencia en el espectro visible. La preparación de nanopartículas de In2S3 en presencia de otros iones de metales pesados crea fósforos azules, verdes y rojos de gran eficacia, que se pueden utilizar en proyectores y pantallas de instrumentos.

Referencias

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Referencias generales

  • WebElements
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