Оптимизация условий получения феррита никеля для создания магнитных композитных фотокатализаторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ферриты цветных металлов являются многообещающими магнитными катализаторами, которые после использования легко отделить от реакционной смеси с помощью магнитного поля. Однако характерное для них быстрое время электронно-дырочной релаксации снижает их активность в фотореакциях. Данная проблема решается получением гибридных наноструктур на основе ферритов, например композитов с оксидом цинка. Каталитическая активность таких структур в значительной степени зависит от метода их синтеза. В данной работе для получения наиболее стехиометричного и однородного по составу и структуре прекурсора феррита никеля использовано щелочное соосаждение ионов Fe2+ и Ni2+, имеющих близкие значения ПР гидроксидов. Методом планирования и обработки результатов эксперимента исследовано влияние реакционных параметров на содержание фазы феррита никеля и размер полученных частиц. В найденных оптимальных условиях синтезированы сферические наночастицы диаметром 15.9 ± 1.1 нм. На основе полученного материала и оксида цинка сформированы магнитные композиты различного количественного состава. Фотокаталитическая активность гибридных структур показана на примере фотодеградации красителя кристаллического фиолетового.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. И. Немкова

Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: diana.saykova@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

С. В. Сайкова

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: diana.saykova@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

А. Е. Кроликов

Сибирский федеральный университет

Email: diana.saykova@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

Е. В. Пикурова

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: diana.saykova@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

А. С. Самойло

Сибирский федеральный университет

Email: diana.saykova@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

Список литературы

  1. Литюк Л.М., Журавлев Г.И. Химия и технология ферритов: Учебное пособие для вузов. Л.: Химия, 1983. 256 с.
  2. Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения. М.: Мир, 1988. Ч. 1. 558 с.
  3. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. М.: Высш. шк., 1986. 256 с.
  4. Zangeneh H., Zinatizadeh A.A., Zinadini S. еt al. // Composites Part B. 2019. V. 176. P. 107158. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107158
  5. An P., Zuo F., Li X. et al. // Nano. 2013. V. 8. № 6. P.1350061-1. https://doi.org/10.1142/S1793292013500616
  6. Iqbal A., Haq A. ul, Cerron-Calle G.A. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 806. https://doi.org/10.3390/catal11070806
  7. Shokri A. // Environ. Chall. 2021. V. 5. P. 100332. https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100332
  8. Arumugham N., Mariappan A., Eswaran J. et al. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 8. P. 100156. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2022.100156
  9. Peymanfar R., Ramezanalizadeh H. // Optik. 2018. V. 169. P. 424. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.05.072
  10. Yang H., Zhang X., Weiqin A., Guangzhou Q. // Mater. Res. Bull. 2004. V. 39. № 6. P. 833.
  11. Azizi A., Sadrnezhaad S.K. // Ceram. Int. 2010. V. 36. № 7. P. 2241. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.06.004.
  12. Lisnevskaya I.V., Bobrova I.A., Lupeiko T.G. // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 37. P. 86. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.08.084
  13. Лисневская И.В., Боброва И.А., Петрова А.В., Лупейко Т.Г. // Журн. неорган. химии. 2012. Т. 57. С. 474.
  14. Sivakumar P., Ramesh R., Ramanand A. et al. // Mater. Res. Bull. 2011. № 46. P. 2208. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.09.010
  15. Mana R., Raguram T., Rajni K.S. // Mater. Today: Proc. 2019. № 18. P. 1753.
  16. Кузнецов М.В., Морозов Ю.Г., Белоусова О.В. // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 10. С. 1172.
  17. Hernandeza P.T., Kuznetsov M.V., Morozov I.G., Parkind I.P. // Mater. Sci. Eng., B. 2019. № 244. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2019.05.003
  18. Shafi K., Koltypin Y., Gedanken A. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. № 33. P. 6409.
  19. Fang J., Shama N., Tung L.D. // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. № 10. P. 7483.
  20. Rodriguez-Rodriguez A.A., Moreno-Trejo M.B., Melendez-Zaragoza M.J. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 30. P. 12421. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.183
  21. Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы. М.: Физматлит, 2010. 456 c.
  22. Udhayaa P.A., Bessy T.C., Meena M. // Mater. Today: Proceedings. 2019. V. 8. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.02.096
  23. Mapossa A.B., Dantas J., Silva M.R. // Arabian J. Chem. 2019. V. 30. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2019.09.003
  24. Jifeng Q., Tinghua Ch., Shi L. et al. // Chin. Chem. Lett. 2019. V. 30. P. 1198. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2019.01.021
  25. Morelos-Santos O., Reyes de la Torre A.I., Schacht-Hernandez P. et al. // Catal. Today. 2019. V. 329. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.10.012
  26. Zhang S., Jiang W., Li Y. et al. // Sens. Actuators, B. 2019. V. 291. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.04.090
  27. Chen D.H., He X.R. // Mater. Res. Bull. 2001. № 36. P. 1369. https://doi.org/10.1016/S0025-5408(01)00620-1
  28. Hassan A., Khan M.A., Shahid M. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 393. P. 56. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.033
  29. Velmurugan K., Venkatachalapathy V.S.K., Sendhilnathan S. // Mater. Res. 2010. V. 13. P. 299. https://doi.org/10.1590/S1516-14392010000300005
  30. Gadkari А.В., Shinde T.J., Vasambekar P.N. // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. 2010. V. 21. P. 96. https://doi.org/10.1007/s10854-009-9875-6
  31. Maaz K., Karim S., Mumtaz A. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2009. № 321. P. 1838. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.11.098
  32. Трофимова Т.В., Сайкова С.В., Пантелеева М.В. и др. // Стекло и керамика. 2018. № 2. С. 38.
  33. Сайкова С.В., Трофимова Т.В., Павликов А.Ю., Самойло А.С. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 3. С. 287.
  34. Chen C.C., Liao H.J., Cheng C.Y. et al. // Biotechnol. Lett. 2007. V. 29. P. 391. https://doi.org/10.1007/s10529-006-9265-6
  35. Chen K.C., Wu J-Y., Huang C-C. et al. // J. Biotechnol. 2003. V. 101. P. 241. https://doi.org/10.1016/S0168-1656(02)00362-0
  36. Cho B.P., Yang T., Blankenship L.R. et al. // Chem. Res. Toxicol. 2003. V. 16. P. 285. https://doi.org/10.1021/tx0256679
  37. Saykova D., Saikova S., Mikhlin Yu. et al. // Metals. 2020. V. 10. № 1. P. 1075. https://doi.org/10.3390/met10081075
  38. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 280 с.
  39. Сайкова С.В., Немкова Д.И., Пикурова Е.В., Самойло А.С. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 8. С. 1011.
  40. CRC Handbook of Chemistry and Physics / Ed. Lide D.R. CRC Press, 2017. 2560 p.
  41. Yusmar A., Armitasari L., Suharyadi E. // Mater. Today: proceedings. 2018. V. 5. P. 14955. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.04.037
  42. Sharifi I. // J. Magn. Magn. Mater. 2012. V. 324. № 15. P. 2397. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.03.008

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурная формула (а) и электронный спектр поглощения (б) кристаллического фиолетового.

Скачать (91KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема установки для проведения фотокатали- тической реакции.

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограммы образцов, полученных в опытах 1–8: + — NiFe2O4, * — Fe2O3.

Скачать (200KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дифрактограмма образца 9, полученного в оптимальных условиях и прокаленного при 650°С.

Скачать (69KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микрофотография ПЭМ (а) и распределение по размерам (б) частиц образца 9, полученного в оптимальных условиях и прокаленного при 650°С.

Скачать (139KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Дифрактограммы композитов, полученных на основе NiFe2O4 и ZnO после обжига при 800°С: + – ZnxNi1–xFe2O4, * – ZnO, o – Fe2O3, ~ – неидентифицируемые рентгеновские рефлексы.

Скачать (165KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость параметра решетки фазы со структурой шпинели от мольной доли ZnО в композитах на основе NiFe2O4 и ZnO.

Скачать (53KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение оптической плотности раствора кристаллического фиолетового (λmax = 590 нм) в зависимости от длительности процесса фотокаталитического разложения: 1 – NiFe2O4, 2 – ZnFe2O4, 3 – образец К4, 4 – образец К3, 5 – образец К2, 6 – образец К5, 7 – образец К1.

Скачать (103KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Влияние состава фотокатализатора на степень деструкции кристаллического фиолетового (1 ч).

Скачать (61KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».