Отримання і фізичні властивості магнетиту та фериту цинку
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.7.597Ключові слова:
магнетит, ферит цинку, рентгеноструктурнi дослiдження, розмiри наночастинок, формула Дебая–Шеррера, метод Вiльямсона–Холла, параметр кристалiчної ґратки, комбiнацiйне розсiяння свiтлаАнотація
Досліджено можливість отримання нанокристалів магнетиту й фериту цинку електролітичним методом. Синтез наночастинок відбувався в електролізері з залізними або залізними і цинковими електродами, заповненому розчином NaCl у воді. Проведені рентгеноструктурні дослідження використано для визначення елементного складу отриманих зразків, розмірів нанокристалів і параметрів кристалічної ґратки. Розміри нанокристалів визначалися за допомогою формули Дебая–Шеррера, методу Вільямсона–Холла й розмірно-деформаційного методу. Показано, що при використанні залізних електродів отримуються нанокристали магнетиту, а у випадку залізних і цинкових електродів отримується система “ферит цинку–оксид цинку”. Проаналізовано спектри комбінаційного розсіяння світла досліджуваних зразків.
Посилання
1. L.D. Didukh. Electricity and Magnetism (Pidruchnyky i posobnuky, 2020) (in Ukrainian).
2. V.S. Bushkova. Structure and optical properties of nickel-cobalt ferrites obtained by the sol-gel method with auto-combustion. Zh. Nano-Elektron. Fiz. 7, 03021 (2015) (in Ukrainian).
3. O.I. Tovstolytkin, M.O. Borovyi, V.V. Kurylyuk, Yu.A. Kunytsky. Physical Foundations of Spintronics (Nilan-LTD, 2014) (in Ukrainian).
4. I. Zarandona, D.M. Correia, J. Moreira, C.M. Costa, S. Lanceros-Mendez, P. Guerrero, K. de la Caba. Magnetically responsive chitosan-pectin films incorporating Fe3O4 nanoparticles with enhanced antimicrobial activity. Int. J. Biol. Macromol. 227, 1070 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.11.286
5. Yu.M. Poplavko. Solid State Physics: Textbook. In 2 volumes (Politekhnika, 2017) (in Ukrainian).
6. P. Pietrzyk, N.T. Phuong, S.J. Olusegun, N. Hong Nam, D.T.M. Thanh, M. Giersig, P. Krysinski, M. Osial. Titan yellow and congo red removal with superparamagnetic iron-oxide-based nanoparticles doped with zinc. Magnetochemistry 8, 91 (2022).
https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8080091
7. Changwa Yao, Q.S. Zeng, G. Goya, T. Torres, Jinfang Liu, Haiping Wu, Mingyuan Ge, Yuewu Zeng, Youwen Wang, J.Z. Jiang. ZnFe2O4 nanocrystals: Synthesis and magnetic properties. J. Phys. Chem. C 111, 12274 (2007).
https://doi.org/10.1021/jp0732763
8. A. Karamipour, P.K. Parsi, P. Zahedi, S.M.A. Moosavian. Using Fe3O4-coated nanofibers based on cellulose acetate/chitosan for adsorption of Cr(VI), Ni(II) and phenol from aqueous solutions. Int. J. Biol. Macromol. 154, 1132 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.11.058
9. E. Bazrafshan, L. Mohammadi, A.A. Zarei, J. Mosafer, M. Zafar, A. Dargahi. Optimization of the photocatalytic degradation of phenol using superparamagnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles in aqueous solutions. RSC Adv. 13, 25408 (2023).
https://doi.org/10.1039/D3RA03612J
10. W. Wang, Q. Mao, H. He, M. Zhou. Fe3O4 nanoparticles as an efficient heterogeneous Fenton catalyst for phenol removal at relatively wide pH values. Water Sci. Technol. 68, 2367 (2013).
https://doi.org/10.2166/wst.2013.497
11. Juanli Shen, Yiming Zhou, Shengshi Li, Pengkun Gu, Guoxin Xue. Hydrogel-coated Fe3O4 nanoparticles as an efficient heterogeneous Fenton catalyst for degradation of phenol. J. Mater. Sci. 54, 10684 (2019).
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03661-y
12. P.P. Gorbyk. Nanocomposites with functions of medical and biological nanorobots: synthesis, properties, applications. Nanosyst. Nanomater. Nanotekhnol. 11, 0323 (2013) (in Ukrainian).
13. N.V.S. Vallabani, S. Singh. Recent advances and future prospects of iron oxide nanoparticles in biomedicine and diagnostics. 3 Biotech 8, 279 (2018).
https://doi.org/10.1007/s13205-018-1286-z
14. Y. Meng, Y.N. Shi, Y.P. Zhu, Y.Q. Liu, L.W. Gu, D.D. Liu, A. Ma, F. Xia, Q.Y. Guo, C.C. Xu, J.Z. Zhang, C. Qiu, J.G. Wang. Recent trends in preparation and biomedical applications of iron oxide nanoparticles. J. Nanobiotechnol. 22, 24 (2024).
https://doi.org/10.1186/s12951-023-02235-0
15. P.I. Loboda, O.P. Karasevs'ka, I.Yu. Trosnikova. X-ray Structural Analysis of Materials in a Dispersed State (Tsentr Uchbovoi Literatury, 2017) (in Ukrainian).
16. V.O. Khmelevs'kyi, V.O. Dyakiv. X-ray Determinant of Minerals (LNU, 2014) (in Ukrainian).
17. V.R. Gaevs'kyi, B.D. Nechyporuk, M.Yu. Novoselets'kyi, B.P. Rudyk. Electrolytic method for obtaining zinc oxide nanoparticles. Ukr. Fiz. Zh. 58, 385 (2013) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.15407/ujpe58.04.0385
18. B.P. Rudyk, B.D. Nechyporuk, M.Yu. Novoselets'kyi, V.A. Syas'kyi, B.A. Tataryn. Using the Williamson-Hall method to determine the size of ZnO nanoparticles. Zh. Fiz. Dosl. 19, 1602 (2015) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.30970/jps.19.1602
19. A.V. Lysytsya, M.V. Moroz, B.D. Nechyporuk, B.P. Rudyk, B.F. Shamsutdynov. Physical properties of zinc compounds obtained by the electrolytic method. Fiz. Khim. Tverd. Tila 22, 160 (2021) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.15330/pcss.22.1.160-167
20. S.I. Mudryi, Yu.O. Kulyk, A.S. Yakymovych. X-ray Structural Analysis in Materials Science (LNU, 2017) (in Ukrainian).
21. H. Lipson, H. Steeple. Interpretation of X-ray Powder Diffraction Patterns (Macmillan, 1970).
22. A. Gholizadeh. Structural and mechanical properties of AFe2O4 (A = Zn, Cu0.5Zn0.5, Ni0.3Cu0.2Zn0.5) nanoparticles prepared by citrate method at low temperature. J. Am. Ceram. Soc. 100, 3577 (2017).
https://doi.org/10.1111/jace.14896
23. T. Heng, W. Ze, T. Wen-Sheng, L. Xiao-Ping, Q. Jian-Guo, Y. Xiao-Hong. Synthesis of magnetic Fe3O4 micro/nanospheres in organic solvent. J. Appl. Biomat. Funct. Mater. 16, 26 (2018).
https://doi.org/10.1177/2280800017753328
24. M.V. Nikolic, Z.Z. Vasiljevic, M.D. Lukovic, V.P. Pavlovic, J.B. Krstic, J. Vujancevic, N. Tadic, B. Vlahovic, V.B. Pavlovic. Investigation of ZnFe2O4 spinel ferrite nanocrystalline screen-printed thick films for application in humidity sensing. Int. J. Appl. Ceram. Technol. 16, 981 (2019).
https://doi.org/10.1111/ijac.13190
25. A. Pradeep, P. Priyadharsini, G. Chandrasekaran. Structural, magnetic and electrical properties of nanocrystalline zinc ferrite. J. Alloys Compd. 509, 3917 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.12.168
26. V.A.J. Silva, P.L. Andrade, M.P.C. Silva, A.G. Bustamante Dominguez, L. De Los Santos Valladares, J. Albino Aguiar. Synthesis and characterization of Fe3O4 nanoparticles coated with fucan polysaccharides. J. Magn. Magn. Mater. 343, 138 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.04.062
27. P.P. Gorbyk, N.V. Kusyak, A.L. Petranovskaya, E.I. Oranskaya, N.V. Abramov, N.M. Opanashchuk. Synthesis and properties of magnetic nanostructures with carbonized surface. Khim. Fiz. Tehnol. Poverhn. 9, 176 (2018).
https://doi.org/10.15407/hftp09.02.176
28. V.D. Mote, Y. Purushotham, B.N. Dole. Williamson-Hall analysis in estimation of lattice strain in nanometer-sized ZnO particles. J. Theor. Appl. Phys. 6, 6 (2012).
https://doi.org/10.1186/2251-7235-6-6
29. P. Bindu, S. Thomas. Estimation of lattice strain in ZnO nanoparticles: X-ray peak profile analysis. J. Theor. Appl. Phys. 8, 123 (2014).
https://doi.org/10.1007/s40094-014-0141-9
30. S. Adachi. Handbook on Physical Properties of Semiconductors. Vol. 3 (Kluwer, 2004).
31. O.N. Shebanova, P. Lazor. Raman spectroscopic study of magnetite (FeFe2O4): A new assignment for the vibrational spectrum. J. Solid State Chem. 174, 424 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0022-4596(03)00294-9
32. O.N. Shebanova, P. Lazor. Raman study of magnetite (Fe3O4): Laser-induced thermal effects and oxidation. J. Raman Spectrosc. 34, 845 (2003).
https://doi.org/10.1002/jrs.1056
33. M. Hanesch. Raman spectroscopy of iron oxides and (oxy)hydroxides at low laser power and possible applications in environmental magnetic studies. Geophys. J. Int. 177, 941 (2009).
https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04122.x
34. R. Cusco, E. Alarcon-Llado, J. Ibanez, L. Artus, J. Jimenez, B. Wang, M.J. Callahan. Temperature dependence of Raman scattering in ZnO. Phys. Rev. B 75, 165202 (2007).
35. O. Smirnov, V. Dzhagan, M. Kovalenko, O. Gudymenko, V. Dzhagan, N. Mazur, O. Isaieva, Z. Maksimenko, S. Kondratenko, M. Skorykde, V. Yukhymchuk. ZnO and Ag NP-decorated ZnO nanoflowers: green synthesis using Ganoderma lucidum aqueous extract and characterization. RSC Adv. 13, 1 (2023).
https://doi.org/10.1039/D2RA05834K
36. J. de O. Primo, D.F. Horsth, J. de S. Correa, A. Das, C. Bittencourt, P. Umek, A.G. Buzanich, M. Radtke, K.V. Yusenko, C. Zanette, F.J. Anaissi. Synthesis and characterization of Ag/ZnO nanoparticles for bacteria disinfection in water. Nanomaterials 12, 1764 (2022).
https://doi.org/10.3390/nano12101764
37. A. Srithar, J.C. Kannan, T.S. Senthil. Preparation and characterization of Ag doped ZnO nanoparticles and its antibacterial applications. J. Adv. Chem. 13, 6273 (2017).
38. L.I. Granone, A.C. Ulpe, L. Robben, S. Klimke, M. Jahns, F. Renz, T.M. Gesing, T. Bredow, R. Dillert, D.W. Bahnemann. Effect of the degree of inversion on optical properties of spinel ZnFe2O4. Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 28267 (2018).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
