Характеристика нанорозмірних композитів на основі ортоферитів рідкоземельних елементів і гематиту
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269813Ключові слова:
ортоферити рідкісноземельних елементів, структура перовскіту, гематит, хімічний синтез, фотокаталітична активність у видимому світлі, ресурсозбереженняАнотація
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.
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
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Олена Миколаївна Лавриненко , Олеся Юріївна Павленко, Олена Ігорівна Оліфан
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
