Магнітні, структурні та фотокаталітичні властивості феритів МeFe2O4 (Me= Ni, Mn, Zn), отриманих плазмовим методом
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.47.14938Ключові слова:
ферити, фотокаталіз, рентгенофазовий аналіз, ЕПР спектри.Анотація
Шпінельні ферити перехідних металів привертають увагу дослідників впродовж багатьох років. Нанодисперсні ферити володіють специфічними оптичними, електричними, магнітними та каталітичними властивостями. Магнітні властивості феритів залежать від природи, складу, та концентрації катіонів металів. У даній роботі були синтезовані композиційні ферити МeFe2O4 (Me = Zn, Ni, Mn) плазмовим методом. Основні характеристики отриманих зразків було визначено за допомогою рентгенофазового аналізу, вібраційної магнітометрії, ЕПР спектроскопії, UV-VS спектроскопії. Для вивчення впливу катіонного складу на властивості феритів було використано симплекс-решітчастий план, який вимагає мінімальної кількості експериментів для вивчення впливу факторів на вибрані функції відгуку. Встановлено, що отримані наночастинки феритів мають шпінельну структуру. Параметр решітки залежить від вмісту катіонів. Мінімальні значення відповідають подвійним складам манган-нікелевих феритів. Магнітні властивості, такі як намагніченість насичення та коерцитивна сила, значно змінюється в залежності від концентрації катіонів. Коерцитивна сила для всіх зразків має невеликі значення. Крім того, намагніченість насичення MnFe2O4 набагато вище, ніж в інших зразках (Ms становить 111,8 А м2/кг для МnFe2O4, для ZnFe2O4 Ms = 3,94 А м2/кг).
Фотокаталітичну активність сполук вивчали в реакції розкладання метиленового синього, який використовували як модельний органічний забруднювач. Фотокаталітична активність феритів збільшується зі
збільшенням кількості іонів нікелю. Ступінь деградації метиленового синього збільшується з 44 % для МnFe2O4 до 96 % для Ni0,33Мn0,66Fe2O4 та Ni0,33Zn0,66Fe2O4 після 60-хвилинного опромінення в УФ світлі.
Інтенсивність піку ЕПР спектру та енергія забороненої зони корелюють між собою. Ступінь деградації метиленового синього обернено пропорційна енергії забороненої зони.
Посилання
Ali M. A., Khan M. N. I., Chowdhury F. U. Z., Hossain M. M., Hossain A. A., Rashid R., UddinM. M.Yttrium-substituted Mg–Zn ferrites: correlation of physical properties with Yttrium content, Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2019. no.30(14). 13258-13270. https://doi.org/10.1007/s10854-019-01689-z
Ershadi Afshar L., Chaibakhsh,N., & Moradi-Shoeili Z. Treatment of wastewater containing cytotoxic drugs by CoFe2O4 nanoparticles in Fenton/ozone oxidation process. Separation Science and Technology. 2018.no.53(16). 2671-2682. https://doi.org/10.1080/01496395.2018.1461113
Chithra M., Anumol C. N., Argish V., Sahu B., Sahoo S. C. Tailoring magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles by different divalent cation substitution, Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2018. no.29(1). 813-822. https://doi.org/10.1007/s10854-017-7976-1
Pathania A., Bhardwaj S., Thakur S. S., Mattei J. L., Queffelec P., Panina L. V., Thakur A. Investigation of structural, optical, magnetic and electrical properties of tungsten doped NiZn nano-ferrites, Physica B: Condensed Matter. 2018. no.531. 45-50.
https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.12.008
Maksoud M. A., El-Sayyad G. S., Abokhadra A., Soliman L. I., El-Bahnasawy H. H., Ashour A. H. Influence of Mg2+ substitution on structural, optical, magnetic, and antimicrobial properties of Mn–Zn ferrite nanoparticles, Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020. no.31(3). 2598-2616. https://doi.org/10.1007/s10854-019-02799-4
Sanatombi S., Sumitra, S., & Ibetombi, S. Influence of sintering on the structural, electrical, and magnetic properties of Li–Ni–Mn–Zn ferrite synthesized by citrate precursor method, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science. 2018, no.42(4). 2397-2406. https://doi.org/10.1007/s40995-017-0405-8
Melo R. S., Banerjee P., Franco A. Hydrothermal synthesis of nickel doped cobalt ferrite nanoparticles: optical and magnetic properties, Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2018. no.29(17), 14657-14667. https://doi.org/10.1007/s10854-018-9602-2
Jalaiah K., Babu K. V. Structural, magnetic and electrical properties of nickel doped Mn-Zn spinel ferrite synthesized by sol-gel method, Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. no.423. 275-280. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.09.114
Kalam A., Al-Sehemi A. G., Assiri M., Du G., Ahmad T., Ahmad I., Pannipara M. Modified solvothermal synthesis of cobalt ferrite (CoFe2O4) magnetic nanoparticles photocatalysts for degradation of methylene blue with H2O2/visible light, Results in physics. 2018. no. 8.1046-1053, https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.01.045
Vinosha P. A., Xavier B., Anceila D., Das S. J. Nanocrystalline ferrite (MFe2O4, M= Ni, Cu, Mn and Sr) photocatalysts synthesized by homogeneous Co-precipitation technique, Optik. 2018. no.157. 441-448. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.11.016
Tyagi A. K., Ahlawat D. S. Influence of pH variation on structural and magnetic properties of Ni-Zn ferrite nanoparticles synthesized by auto combustion method, Oriental Journal of Chemistry. 2017. no.33(1), 296-303. http://dx.doi.org/10.13005/ojc/330135
Li M., Gao Q., Wang T., Gong Y. S., Han B., Xia K. S., Zhou C. G. Solvothermal synthesis of MnxFe3− xO4 nanoparticles with interesting physicochemical characteristics and good catalytic degradation activity, Materials & Design. 2016. no.97. 341-348. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.02.103
Lima-Tenório M. K., Tenório-NetoE. T., Hechenleitner A. A. W., Fessi H., Pineda E. A. G. CoFe2O4 and ZnFe2O4 nanoparticles: an overview about structure, properties, synthesis and biomedical applications, Journal of Colloid Science and Biotechnology. 2016. no.5(1). 45-54. https://doi.org/10.1166/jcsb.2016.1135
