Síntesis y caracterización del compuesto binario Pr2S3

Synthesis and characterization of Pr2S3 binary compound

En el trabajo actual se muestra que el método de síntesis que consiste en la reacción directa de praseodimio y azufre en su forma elemental, utiliza calor como tratamiento, con temperaturas relativamente bajas y tiempo de reacción de una semana, permite la preparación del compuesto Pr₂S₃, con una pureza de alrededor del 92%. La caracterización respectiva de los materiales resultantes se llevó a cabo utilizando polvo XRD, donde se determinó que el tratamiento térmico utilizado conduce de manera efectiva a la fuente binaria de interés, un compuesto conocido por ser semiconductor.

1. INTRODUCCIÓN

En los últimos años se han investigado las propiedades ópticas de los compuestos semiconductores (que en la mayoría de los casos se limitan al TiO₂, los óxidos de zinc y el cadmio), así como el magnetismo de las ferritas, las cerámicas superconductoras y los compuestos relacionados. En este sentido, es importante tener en cuenta que los compuestos con propiedades semiconductoras y paramagnéticas no han sido ampliamente estudiados, a pesar del interés por los materiales multifuncionales, en los que un mismo compuesto puede tener dos propiedades útiles simultáneamente. Por ello, existe un especial interés por los sulfuros de tierras raras

Según diferentes estudios, se sabe que los sulfuros pertenecientes al sistema TR₂S₃ (TR³⁺ = ion de tierras raras) son materiales potenciales como semiconductores magnéticos, dado que, tienen un band gap de aproximadamente 2,5-3 eV. Un ejemplo de ello es el compuesto binario Pr₂S₃, con un band gap de aproximadamente 2,75 eV. Además, este tipo de materiales suele caracterizarse por una alta resistividad (p ~ 1010 Ω cm) y una amplia transparencia en el rango espectral visible (B. B. Krichevtsov, (2000)). La presencia de iones de tierras raras con subniveles 4f incompletos en estos compuestos es la responsable de las propiedades magnéticas y de la magnitud relativamente grande de los efectos ópticos [2].

Sin embargo, la preparación de estos sulfuros suele ser un problema, ya que los iones TR³⁺ se consideran ácidos fuertes y duros, mientras que se sabe que los iones sulfuro presentan propiedades de base blanda, lo que hace que los compuestos deseados sean químicamente inestables [1]. Los métodos conocidos para la síntesis de tales sulfuros pueden dividirse en dos grupos: en primer lugar, la reacción del óxido de tierras raras con el sulfuro de carbono y, en segundo lugar, el aislamiento previo de un precursor, consistente en un complejo tierra rara/ligando, con la subsiguiente descomposición térmica, ya sea en estado sólido o en suspensión en un disolvente de alto punto de ebullición, para dar lugar al sulfuro deseado.