Характеристика нанорозмірних композитів на основі ортоферитів рідкоземельних елементів і гематиту

Автор(и)

  • Олена Миколаївна Лавриненко Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Україна
  • Олеся Юріївна Павленко Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Україна
  • Олена Ігорівна Оліфан Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича, НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269813

Ключові слова:

ортоферити рідкісноземельних елементів, структура перовскіту, гематит, хімічний синтез, фотокаталітична активність у видимому світлі, ресурсозбереження

Анотація

Фотокаталізатори на основі ортоферитів рідкісноземельних елементів (РЗЕ) використовуються для знешкодження ряду шкідливих речовин та органічних барвників під впливом видимого світла, що робить їх перспективним з точки зору впровадження ресурсозберігаючих технологій водоочищення. Методами термально-гравіметричного аналізу, рентгенофазового аналізу, сканувальної електронної мікроскопії та енерго-дисперсійної спектроскопії проведено дослідження нанорозмірних зразків ортоферитів рідкісноземельних елементів та гематиту, отриманих при хімічному осадженні водних розчинів неорганічних солей феруму з лантаноїдами (La, Er, Sm, Dy, Nd, Yb) та Y в слабко лужному середовищі та подальшій термічній обробці осадів при 800 і 1100 °С. Встановлено, що при сумісному осадженні гідроксидних фаз феруму і РЗЕ їх перетворення під впливом температури проходить просторово-розділено, що обумовлено відмінностями температур фазових перетворень і водневим показником осадження зародкових фаз. Показано, що в залежності від хімічного складу вихідних розчинів гетит утворюється в діапазоні температур 190-250 °С, а утворення гематиту проходить при 425-450 °С. Дегідроксилювання гідроксиду лантану спостерігається при 300-330 °С, а формування оксидів лантану триває в діапазоні від 390 до 900 °С. Фаза перовскіту кристалізується при 960 °С. Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що в осадах, термооброблених при 800 °С наявний гематит і суміш кисневих фаз РЗЕ, а при 1100 °С в складі порошків ідентифіковано структуру перовскіту і гематит з розмірами частинок від 25 до 40 нм. Визначено, що видалення допоміжних речовин проходить за температур 650-770 °С і в прожарених при 1100 °С порошках відсутні домішки К, Na, S, Cl, C. Частинки гематиту і перовскіту добре окристалізовані та утворюють крихкі агрегати, площа питомої поверхні зразків складає кілька м2/г.

Біографії авторів

Олена Миколаївна Лавриненко, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України

Доктор хімічних наук, старший науковий співробітник, провідний науковий співробітник, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України

Олеся Юріївна Павленко, Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України

Кандидат хімічних наук, молодший науковий співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України

Олена Ігорівна Оліфан, Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича, НАН України

Науковий співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича, НАН України

Посилання

Polat O., Coskun M., Coskun F.M., Kurt B. Z., Durmus Z., Caglar Y, Caglar M., Turut A. Electrical characterization of Ir doped rare-earth orthoferrite YbFeO3. // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – No 787. – P.1212-1224. doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.141.

Keav S., Matam S. K., Ferri D., Weidenkaff A. Structured perovskite-based catalysts and their application as Three-Way Catalytic converters – a review. // Catalysts. – 2014/ – No 4. – P. 226-255. doi: 10.3390/catal4030226.

Oliveira A., Hneda M. L., Fernandez-Outon L. E., de Sousa E. M. B., Ardisson J. D. Synthesis and characterization of nanocomposites based on rare-earth orthoferrites and iron oxides for magnetic hyperthermia applications. // Ceramics International. – 2019. – No 45. – P. 17920-17929. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.06.009

Zhu C., Nobuta A., Nakatsugawa I., Akiyama T. Solution combustion synthesis of LaMO3 (M = Fe, Co, Mn) perovskite nanoparticles and the measurement of their electrocatalytic properties for air cathode. // Int. J. Hydrog. Energy. – 2013. – No 38. – P. 13238-13248. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.07.113

Xu H., Hu X., and Zhang L. Generalized Low-Temperature Synthesis of Nanocrystalline Rare-Earth Orthoferrites LnFeO3 (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd). // Crystal Growth & Design. – 2008. – No 8(7). – P. 2061-2065. doi: 10.1021/cg800014.

Alam M., Chakraborty, Mandal K. Microwave synthesis of surface functionalized ErFeO3 nanoparticles for photoluminescence and excellent photocatalytic activity. // Journal of Luminescence – 2018. – No 196. – P. 387–391. doi.org/10.1016/j.jlumin.2017 I..12.057

Chen P., Jiang L., Yang Sh., Chen H., He J., Wang Y., An J. Effects of combustion agents on the synthesis of perovskite erbium ferrite (ErFeO3) nanocrystalline powders fabricated by auto-propagating combustion process. // Inorganic Chemistry Communications. – 2019. – No 101. – P. 164–171. doi.org/10.1016/j.inoche.2019.01.028

Mutter D., Schierholz R., Urban D. F., Heuer S. A., Ohlerth T., Kungl H., Elsässer Ch., and Eichel R.-A. Defects and Phase Formation in Non-Stoichiometric LaFeO3: a Combined Theoretical and Experimental Study. // Chem. Mater. – 2021.– No 33(24). P. 9473–9485. doi: 10.1021/acs.chemmater.1c02106

Kucharczyk B., Winiarski J., Szczygieł I., and Adamska K. Physicochemical Properties of LaFeO3 Perovskite Prepared by Various Methods and Its Activity in the Oxidation of Hydrocarbons. // Ind. Eng. Chem. Res. – 2020. – No 59. – P. 16603-16613. doi: 10.1021/acs.iecr.0c03035

Thiruppathi K. P., Nataraj D. Precisely tailored LaFeO3 dendrites using urea and piperazine hexahydrate for the highly selective and sensitive detection of trace level acetone. // Mater. Adv. – 2020. – No 1. – P. 2971. doi: 10.1039/d0ma00602e

Kondo N., Itoh H., Kurihara M., Sakamoto M., Aono H., Sadaoka Y. New high-yield preparation procedure of Ln[Fe(CN)6]·nH2O (Ln = La, Gd, and Lu) and their thermal decomposition into perovskite-type oxides. // J. Alloys Compd. – 2006. – No 408. – P. 1026-1029. doi: 10.1016/j.jallcom.2004.11.095

Xia J., Yin S., Li H., Xu H., Xu L., Xu Y. Improved visible light photocatalytic activity of sphere-like BiOBr hollow and porous structures synthesized via a reactable ionic liquid. // Dalton Trans. – 2011. – No 40. – P. 5249-5258. doi: 10.1039/C0DT01511C

Nakhaei M., Khoshnoud D. S. Influence of particle size and lattice distortion on magnetic and dielectric properties of NdFeO3 orthoferrite. // Physica B: Condensed Matter. – 2019. – No 553. – P. 53–58. doi.org/10.1016/j.physb.2018.10.032

Pecchi G., Reyes P., Zamora, R., Campos C., Cadus L. E., Barbero B. P. Effect of the preparation method on the catalytic activity of La1-xCaxFeO3 perovskite-type oxides. // Catal. Today. – 2008.– No 133. – P. 420-427. doi: 10.1016/j.cattod.2007.11.011

Thirumalairajan S., Girija K., Hebalkar N. Y., Mangalaraj D., Viswanathana C., Ponpandian N. Shape evolution of perovskite LaFeO3 nanostructures: a systematic investigation of growth mechanism, properties and morphology dependent photocatalytic activities. // RSC Advances. – 2013. – No 3. – P. 7549-7561. doi: 10.1039/C3RA00006K

Salomonsson P., Griffin T., Kasemo B. Oxygen desorption and oxidation-reduction kinetics with methane and carbon monoxide over perovskite type metal oxide catalysts. // Appl. Catal., A. – 1993. – No 104. – P. 175-197. doi: 10.1016/0926-860X(93)85097-9

Ciambelli P., Cimino S., De Rossi S., Lisi L., Minelli G., Porta P., Russo G. AFeO3 (A = La, Nd, Sm) and LaFe1 xMgxO3 perovskites as methane combustion and CO oxidation catalysts: Structural, redox and catalytic properties. // Appl. Catal. B. – 2001. – No 29. P. 239−250. doi: 10.1016/S0926-3373(00)00215-0

Garcia-Muñoz P., Fresno F., Ivanez J., Robert D., Keller N. Activity enhancement pathways in LaFeO3@TiO2 heterojunction photocatalysts for visible and solar light driven degradation of myclobutanil pesticide in water. // Journal of Hazardous Materials, Elsevier. – 2020. – No 400. – P. 123099. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123099

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-23

Як цитувати

Лавриненко, О. М., Павленко, О. Ю., & Оліфан, О. І. (2022). Характеристика нанорозмірних композитів на основі ортоферитів рідкоземельних елементів і гематиту. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (4), 73–87. https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269813

Номер

Розділ

ЕКОЛОГІЯ ТА РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ