31928

بررسي ريزساختار، خواص مغناطيسي و فتوكاتاليستي نانوذرات فريت كلسيم سنتز شده به روش احتراق محلول

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- سراميك

1400

1403/9/12

سيد محمد ميركاظمي

/

مهندسي مواد و متالورژي

در پژوهش حاضر، مشخصه يابي فازي، ريزساختار، خواص نوري، خواص مغناطيسي و توانايي تخريب متيلن بلو تحت تابش نور مرئي (خواص فتوكاتاليستي) نانوذرات فريت كلسيم مورد مطالعه قرار گرفته است. سنتز نمونه هاي حاوي دوپنت لانتانيم، بيسموت و كبالت با روش احتراق محلول انجام شده است. از پراش پرتو ايكس (XRD) براي مطالعه فازي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM) جهت بررسي ريزساختار، طيف‌سنجي بازتابي (DRS) جهت محاسبه شكاف باند، مغناطيس‌سنج نمونه ارتعاشي (VSM) براي اندازه-گيري خواص مغناطيسي و طيف‌سنجي مرئي/ فرابنفش (UV-VIS) براي بررسي ميزان تخريب متيلن بلو تحت تابش نور مرئي بهره گرفته شده است. تك فاز مونوفريت كلسيم با ساختار اورتورمبيك در نمونه پايه (CFO) در دماي ℃700 حاصل شده است. نمونه حاوي يك درصد مولي لانتانيم (CFLO3)، نمونه حاوي يك درصد مولي بيسموت(CBFO3) و نمونه حاوي دوپنت هاي لانتانيم و كبالت (CCFLO) با ساختار تكفاز مونوفريت كلسيم و نمونه حاوي دوپنتهاي بيسموت، كبالت و لانتانيم (CCFBLO) با ساختار دي فريت كلسيم متبلور شده است. ريزساختار بدست آمده از تصاوير FE-SEM براي تمام نمونه ها متخلخل و اسفنجي ميباشد. نتايج حاصل از آناليز DRS اين نمونه ها نشان ميدهد شكاف باند نمونه پايه برابر 79/1 الكترون ولت است. اين مقدار در نمونه هاي CFLO3، CBFO3، CCFLO و CCBFLO به مقادير 1.5، 1.68، 1.54 و 1.55 الكترون ولت كاهش يافته است. بيشينه مغناطش بدست آمده از تست VSM براي نمونه پايه و نمونه هاي CFLO3، CBFO3، CCFLO و CCBFLO به ترتيب برابر با emu/g 1.2، emu/g 7.76، emu/g 4.76، emu/g 11.74 و emu/g 8.9 ميباشد. در بررسي خواص فتوكاتاليستي، نمونه پايه توانسته است تحت نور مرئي در 120 دقيقه كمتر از 1% تخريب متيلن بلو انجام دهد. اين در حالي است كه عملكرد فتوكاتاليستي نمونه هاي CFLO3، CBFO3، CCFLO و CCBFLO در شرايط يكسان به 76، 86، 82 و 81 درصد افزايش يافته است. باتوجه به نتايج بدست آمده، مونوفريت كلسيم دوپ شده را ميتوان به عنوان يك فتوكاتاليست كارآمد جهت مطالعه و بررسيهاي بيشتر در نظر گرفت.

1403/11/05

Investigating the microstructure, magnetic and photocatalytic properties of calcium ferrite nanoparticles synthesized by solution combustion method

12/3/2025 12:00:00 AM

In the present study, the phase characterization, microstructure, optical properties, magnetic properties, and ability to degrade methylene blue under visible light irradiation (photocatalytic properties) of calcium ferrite nanoparticles have been investigated. The samples containing lanthanum, bismuth, and cobalt dopants were synthesized using the solution combustion method. X-ray diffraction (XRD) was utilized to examine the phase, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) was employed to investigate the microstructure, diffuse reflectance spectroscopy (DRS) was used to calculate the bandgap, vibrating sample magnetometry (VSM) was performed to measure the magnetic properties, and UV-Vis spectroscopy was utilized to assess the degradation of methylene blue under visible light irradiation. A single-phase calcium ferrite with an orthorhombic structure was achieved in the base sample (CFO) at a temperature of 700 °C. The sample containing 1 mol% lanthanum (CFLO3), the sample containing 1 mol% bismuth (CBFO3), and the sample containing lanthanum and cobalt dopants (CCFLO) exhibited a single-phase calcium ferrite structure, while the sample containing bismuth, cobalt, and lanthanum dopants (CCFBLO) crystallized into a di-ferrite structure. The microstructure obtained from FE-SEM images for all samples is porous and sponge-like. The results from the DRS analysis imply that the bandgap of the base sample is equal to 1.79 eV. This value decreases to 1.5, 1.68, 1.54, and 1.55 eV for the CFLO3, CBFO3, CCFLO, and CCBFLO samples, respectively. The maximum magnetization obtained from the VSM test for the base sample and CFLO3, CBFO3, CCFLO, and CCBFLO samples were 1.2 emu/g, 7.76 emu/g, 4.76 emu/g, 11.74 emu/g, and 8.9 emu/g, respectively. In the investigation of photocatalytic properties, the base sample was able to achieve less than 1% degradation of methylene blue under visible light in 120 minutes. In contrast, the photocatalytic performance of the CFLO3, CBFO3, CCFLO, and CCBFLO samples increased to 76%, 86%, 82%, and 81% under identical conditions. Considering the results obtained, doped calcium ferrite can be regarded as an efficient photocatalyst for further studies and investigations.

فريت كلسيم , فتوكاتاليست , نورمرئي , متيلن بلو , خواص مغناطيسي

calcium ferrite , photocatalyst , Visible light , methylene blue , magnetic properties

Fateme Amani

Dr. Mirkazemi