Блог

Feb 10, 2024

Синтез триметаллического оксида (Fe2O3

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 12927 (2023) Ссылаться на эту статью 316 Доступы Показатели Подробности В этой статье трехфазные нанокомпозиты Fe2O3–MgO–CuO (НК) и чистые CuO, Fe2O3 и MgO

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12927 (2023) Цитировать эту статью

316 Доступов

Подробности о метриках

В данной работе трехфазные нанокомпозиты Fe2O3-MgO-CuO (НК) и чистые наночастицы CuO, Fe2O3 и MgO (НЧ) были получены золь-гель-методом. Физические свойства полученных продуктов исследовали методами СЭМ, РФА и УФ-видимой области. Данные РФА показали образование чистых НЧ CuO, Fe2O3 и MgO, а также образование нанокомпозитов с Fe2O3 (кубическим), MgO (кубическим) и CuO (моноклинным). Размер кристаллитов всех приготовленных образцов рассчитывали по формуле Шеррера. Энергетическая запрещенная зона НК CuO, Fe2O3 и MgO и Fe2O3-MgO-CuO была рассчитана с помощью УФ-видимой спектроскопии и составила 2,13, 2,29, 5,43 и 2,96 эВ соответственно. Результаты показали, что НК Fe2O3–MgO–CuO благодаря своим выдающимся свойствам являются альтернативным материалом для широкого спектра применений в качестве устройств оптоэлектроники.

Благодаря своим уникальным оптическим, электрическим, термическим, фотокаталитическим, механическим, адсорбирующим и структурным свойствам нанокомпозиты (НК) из оксидов металлов (МО) привлекли большое внимание в последние годы1,2,3,4,5. НК состоят из двух или более нанооксидов и обладают свойствами, которые зависят от концентрации каждого составляющего оксида в смеси6,7,8. Они полезны в самых разных областях, включая солнечные элементы, фотоэлектрические приборы, материалы для батарей, газовые датчики и топливные элементы9,10,11,12,13,14,15. Оксид меди (CuO) представляет собой полупроводник p-типа с узкой запрещенной зоной 1,2 эВ8. Он обладает уникальными оптическими и структурными свойствами при низкой стоимости изготовления. Он привлек значительное внимание благодаря своим потенциальным применениям в сверхпроводимости, газовом зондировании, солнечных элементах и ​​суперконденсаторах16,17. Более того, это нетоксичный и легкодоступный полупроводник18,19. Оксид магния (MgO) с прямой запрещенной зоной 5,2–7 эВ представляет собой полупроводник n-типа, проявляющий заметные структурные, каталитические, оптические и химические свойства17,20,21,22. Оксид железа(III) (Fe2O3) имеет узкую запрещенную зону около 2 эВ. Это связано с определенными особенностями, такими как низкая токсичность, низкая стоимость, магнитное поведение и высокая растворимость23,24. Следовательно, он занимается различными приложениями, включая биомедицину, косметику, диагностику, датчики, радиологию и вакцины9,23,25,26.

Комбинируя различные оксиды металлов (МО) с образованием новых НК, различные свойства отдельных оксидов можно значительно улучшить и, следовательно, открыть новые возможности для исследований в области оптоэлектроники, электротехники, термических, фотокаталитических и биологических приложений26,27. НК из смешанных оксидов металлов можно изготавливать с помощью различных подходов, таких как совместное осаждение28, сонохимический7, сжигание в растворе29, микроволновый метод10, ультразвуковой30 и экологический методы2,11.

В данной работе золь-гель-методом были получены трехфазные НК Fe2O3–MgO–CuO и чистые НЧ CuO, Fe2O3 и MgO. Его преимущества заключаются в том, что он экологически безопасен, прост, дешев и быстр в выполнении без какого-либо специального оборудования. Здесь новизна заключается в разработанной комбинации трех оксидов металлов в одном НК, что предположительно может привести к улучшению свойств и потенциальному применению. Структурные и оптические свойства полученных оксидов были охарактеризованы методами РФА, УФ-видимой области и СЭМ.

гексагидрат нитрата магния (Mg(NO3)2·6H2O; 97%), нонагидрат нитрата железа (Fe(NO3)3·9H2O; 97%), тригидрат нитрата меди (Cu(NO3)2·3(H2O; 98%) и абсолютный этанол приобретали у BDH и использовали в полученном виде без дополнительной обработки.

Для изготовления НК Fe2O3–MgO–CuO был использован золь-гель метод20,31, который включает следующие стадии: Cu(NO3)2·3(H2O) (3,382 г в 20 мл этанола), Fe(NO3)3· 9(H2O) (5,65 г в 20 мл этанола) и Mg(NO3)2·6(H2O) (3,589 г в 20 мл этанола) с постоянным мольным соотношением (1:1:1) синтезировали в виде трех отдельных растворов. Каждый раствор перемешивали в течение 10 минут при температуре 23 ± 2 °С до получения гомогенного раствора. Растворы перемешивали при постоянном перемешивании в течение 70 мин при температуре 80°С до получения геля. После этого гель сгорает с образованием ксерогеля, который измельчают до мелкого порошка и отжигают при 800°С в течение 90 мин. Отдельные чистые оксиды (Fe2O3, CuO и MgO) получали отдельно, следуя тем же этапам, что и композит, с использованием соответствующей соли.