硫化スズ(II)

硫化スズ(II)^[1]
名前
	IUPAC名硫化スズ(II)
	その他の名前硫化スズヘル; ツェンベルジャイト
識別子
CAS番号	1314-95-0 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ECHA 情報カード	100.013.863
EC番号	215-248-7;
パブケム CID	426379;
ユニ	J4580W867H ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID401014321;
	InChI InChI=1S/S.Sn;
	笑顔 S=[Sn];
プロパティ
化学式	スンS
モル質量	150.775グラム/モル
外観	ダークブラウン
密度	5.22グラム/ cm3
融点	882 °C (1,620 °F; 1,155 K)
沸点	約1230℃
水への溶解度	不溶性
構造
結晶構造	GeS型（斜方晶系）、oP8
空間群	Pnma、第62号
格子定数	a = 11.18 Å、b = 3.98 Å、c = 4.32 Å
座標幾何学	非対称3面体（強く歪んだ八面体）
危険
	労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険	刺激物
関連化合物
その他の陰イオン	酸化スズ(II) セレン化; スズテルル; 化スズ
その他の陽イオン	一硫化炭素; 一硫化ケイ素一硫化; ゲルマニウム; 硫化鉛(II)
関連化合物	スズ(IV)硫化物; トリブチルスズ硫化物
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

硫化スズ(II)はスズと硫黄の化合物です。化学式はSnSです。天然には希少鉱物であるヘルツェンベルグ石(α-SnS)として存在します。905 Kを超える高温では、SnSはβ-SnS(空間群: Cmcm、No. 63)への二次相転移を起こします。^{[3]近年、π-SnS(空間群: P2}₁ 3、No. 198)として知られる立方晶系に基づくSnSの新しい多形が存在することが明らかになりました。^[4]^[5]

合成

原理的には、硫化スズ(II)は以下の元素から直接調製できます。

Sn + S → SnS

しかし、高温反応では硫黄が蒸発してしまうため、適切な化学量論を達成することが困難です。^[6]液体アンモニア溶液中、室温付近で同じ反応を起こすと、やはり60%の第一スズと35%の第二スズの硫化物混合物が生成されます。^[7] 同様に、金属スズはトリアリールスズ硫化物熱分解物を汚染します。^[7]

極低温では、塩化スズは液体硫化水素に溶解します。その後、ゆっくりと硫化物に分解します。^[8]

代わりに、溶融した純粋な無水チオシアン酸カリウムは、 450℃で酸化スズをSnSに確実に還元します。その後、水で洗浄すると、副産物の硫化カリウムが除去されます。^[6]

SnO ₂ + 2 KSCN → SnS + K ₂ S + 2CO + N ₂

プロパティ

硫化スズ(II)は暗褐色または黒色の固体で、水には溶けませんが、濃塩酸には溶けます。硫化スズ(II)は(NH ₄ ) ₂ Sには溶けません。黒リンと同様の層構造をしています。^[9]黒リンと同様に、硫化スズ(II)は液体中で超音波剥離して、バルク結晶と比較してより広い光学バンドギャップ(> 1.5 eV)を持つ原子的に薄い半導体SnSシートを生成することができます。^[10]

太陽光発電の応用

スズ(II)硫化物は、次世代薄膜太陽電池の興味深い候補です。現在、カドミウムテルル化物とCIGS（銅インジウムガリウムセレン化物）の両方がp型吸収層として使用されていますが、これらは有毒で希少な成分から配合されています。^[11]対照的に、スズ(II)硫化物は安価で地球上に豊富な元素から形成され、無毒です。この材料はまた、高い光吸収係数、p型導電性、および1.3〜1.4 eVの中範囲直接バンドギャップを備えており、このタイプの吸収層に必要な電子特性を備えています。^[12]材料のバンドギャップを使用した詳細なバランス計算に基づくと、スズ(II)硫化物吸収層を使用する太陽電池の電力変換効率は32％にも達し、結晶シリコンに匹敵します。^[13]最後に、スズ(II)硫化物はアルカリ性条件と酸性条件の両方で安定しています。^[14]前述のすべての特性は、硫化スズ(II)が太陽電池の吸収層として使用される興味深い材料であることを示唆している。

現在、太陽電池に使用される硫化スズ(II)薄膜はまだ研究開発段階にあり、電力変換効率は5%未満です。^[15] 使用上の障壁としては、開放電圧が低いことや、製造上の課題により上記の特性の多くを実現できないことなどがありますが、これらの技術的課題が克服されれば、硫化スズ(II)は依然として有望な材料です。^[13]

参考文献

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