Ảnh hưởng của quy trình tổng hợp đến các tính chất cấu trúc của pha spinel SnFe2O4 thông qua các phương pháp đồng kết tủa, sol-gel và solvothermal: phân tích hình thái, pha, kích thước tinh thể và biến dạng mạng
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, với các ứng dụng rộng rãi của ferrite spinel trong các lĩnh vực như pin Li-ion, chất xúc tác quang và điện tử quang, các tính chất cấu trúc và hình thái của nanoparticle oxide ferrite thiếc (SnFe2O4) được điều tra bằng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi quét điện tử phát xạ trường (FESEM). Phương pháp sol-gel, solvothermal và đồng kết tủa đã được sử dụng để tổng hợp các nanoparticle SnFe2O4, và ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết ở T = 350 °C, 450 °C và 550 °C đã được nghiên cứu. Kết quả XRD xác nhận sự hình thành pha spinel ferrite thiếc ở nhiệt độ thiêu kết 350 °C với đỉnh ưa thích (311). Kích thước tinh thể (D) và biến dạng (ε) của các nanoparticle SnFe2O4 được xác định trong vùng 20–45 nm và 2–4 × 10–4, tương ứng, sử dụng các phương pháp tính toán Scherer, Williamson–Hall và Rietveld. Kết quả cho thấy kích thước tinh thể trong các mẫu tăng lên khi nhiệt độ thiêu kết tăng. Sự gia tăng này được quy cho việc giảm thiểu khuyết tật, sự không hoàn hảo và biến dạng mạng, dẫn đến sự gia tăng các hằng số mạng và thể tích ô đơn vị trong cấu trúc nano kết tinh. Phương pháp Rietveld xác định kích thước tinh thể nhỏ hơn so với phương pháp Williamson–Hall và Scherer vì nó có thể điều chỉnh độ rộng đỉnh bằng cách xem xét tất cả các yếu tố của thiết bị. Hình ảnh FESEM của các cấu trúc nano được tổng hợp của SnFe2O4 cho thấy các hạt hình lập phương và đa diện với sự phát triển hình chùm và kích thước hạt trung bình từ 50–80 nm. Theo cấu trúc tinh thể của spinel ferrite thiếc, hình dạng lập phương xác nhận sự hình thành của cấu trúc này. Kích thước tinh thể trung bình và hạt trong các mẫu tổng hợp được xác định bằng cách sử dụng phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi quét điện tử phát xạ trường (FESEM), tương ứng. Điều kiện hình thành của pha spinel SnFe2O4 và các pha khác trong quá trình tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau và sự phụ thuộc của các tham số cấu trúc đã được nghiên cứu bằng nhiều mô hình cấu trúc khác nhau cho các mẫu.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Vaseghi S, Mahboubizadeh S. A review on properties and applications of ferrites. 2023.
Aalim M, et al. Tin (Sn)-doped hematite (α-SnxFe2-xO3) nanostructures as high-performance electrodes for supercapacitor application. J Solid State Electrochem. 2023. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05651-2.
Ahn H-J, Kment S, Naldoni A, Zbořil R, Schmuki P. Band gap and morphology engineering of hematite nanoflakes from an ex situ Sn doping for enhanced photoelectrochemical water splitting. ACS Omega. 2022;7(39):35109–17. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c04028.
Muneer I, Farrukh MA, Raza R. Influence of annealing temperature on the physical and photoelectric properties of Gd/Fe1.727Sn0.205O3 nanoparticles for solid oxides fuel cell application. J Sol-Gel Sci Technol. 2020. https://doi.org/10.1007/s10971-019-05168-z.
Bindu K, Ajith KM, Nagaraja HS. Electrical, dielectric and magnetic properties of Sn-doped hematite (α-SnxFe2−xO3) nanoplates synthesized by microwave-assisted method. J Alloys Compd. 2018;735:847–54. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.180.
Jin R, Yang L, Li G, Chen G. Molten salt synthesis of tin doped hematite nanodiscs and their enhanced electrochemical performance for Li-ion batteries. RSC Adv. 2014;4(62):32781–6. https://doi.org/10.1039/C4RA04577G.
Das SB, Singh RK, Kumar V, Kumar N, Singh P, Kumar Naik N. Structural, magnetic, optical and ferroelectric properties of Y3+ substituted cobalt ferrite nanomaterials prepared by a cost-effective sol–gel route. Mater Sci Semicond Process. 2022;145:106632. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106632.
Sarkar K, Harsh H, Rahman Z, Kumar V. Enhancing the structural, optical, magnetic and ferroelectric properties of perovskite BiFeO3 through metal substitution. Chem Phys Impact. 2024;8:100478. https://doi.org/10.1016/j.chphi.2024.100478.
Kumar V, Singh RK, Manash A, Das SB, Shah J, Kotnala RK. Structural, optical and electrical behaviour of sodium-substituted magnesium nanoferrite for hydroelectric cell applications. Appl Nanosci. 2023;13(6):4573–91. https://doi.org/10.1007/s13204-022-02737-7.
Kumar V, Kumar N, Bhushan Das S, Singh RK, Sarkar K, Kumar M. Sol–gel assisted synthesis and tuning of structural, photoluminescence, magnetic and multiferroic properties by annealing temperature in nanostructured zinc ferrite. Mater Today Proc. 2021;47:6242–8. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.215.
Sarkar K, Mukherjee S, Mukherjee S, Mitra MK. Synthesis, characterization and studies on optical, dielectric and magnetic properties of undoped and cobalt doped nanocrystalline bismuth ferrite. J Inst Eng Ser D. 2014;95(2):135–43. https://doi.org/10.1007/s40033-014-0051-7.
Mukherjee S, Sarkar K, Mukherjee S. Effect of nickel and cobalt doping on nano bismuth ferrite prepared by the chemical route. Interceram-Int Ceram Rev. 2015;64(1):38–43. https://doi.org/10.1007/BF03401099.
Sedaghati G, Mohammad J, Bagheri M. Synthesis and study of structural, optical, and electrochemical properties of iron tin oxide nanoparticles. J Solid State Electrochem. 2023. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05728-y.
Muniz FTL, Miranda MAR, Morilla dos Santos C, Sasaki JM. The Scherrer equation and the dynamical theory of X-ray diffraction. Acta Crystallogr Sect A Found Adv. 2016;72(3):385–90.
Helgason, Ö, et al. Contact us My IOPscience An investigation of the local environments of tin in tin-doped α-Fe2O3 The influence of ruthenium on the magnetic properties of (maghemite) The magnetic hyperfine field in tin-dopedFe3O4 Fluorination of perovskite-related phases, vol. 2.
Liu F, Li T, Zheng H. Structure and magnetic properties of SnFe2O4 nanoparticles. Phys Lett A. 2004;323(3–4):305–9. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2004.01.077.
Shokri A, Shayesteh SF, Boustani K. The role of Co ion substitution in SnFe2O4 spinel ferrite nanoparticles: study of structural, vibrational, magnetic and optical properties. Ceram Int. 2018;44(18):22092–101.
Han H, Luo Y, Jia Y, Hasan N, Liu C. A review on SnFe2O4 and their composites: Synthesis, properties, and emerging applications. Prog Nat Sci Mater Int. 2022;32(5):517–27. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2022.09.005.
Lavanya RP, Seetharaman D. Investigation of thermal stability, structure, magnetic and dielectric properties of solvothermally synthesised SnFe2O4. Open Ceram. 2022. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2022.100222.
Sajjad A, Hussain S, Jaffari GH, Hanif S, Qureshi MN, Zia M. Fabrication of Hematite (α-Fe2O3) nanoparticles under different spectral lights transforms physio chemical, biological, and nanozymatic properties. Nano Trends. 2023;2: 100010. https://doi.org/10.1016/j.nwnano.2023.100010.
Sarkar K, Kumar V, Mukherjee S. Synthesis, characterization and property evaluation of single phase Mg4Nb2O9 by two stage process. Trans Indian Ceram Soc. 2017;76(1):43–9.
Shankar U, et al. Studies on the structural properties and band gap engineering of Ag+-modified MgFe2O4 nanomaterials prepared by low-cost sol–gel method for multifunctional application. J Supercond Nov Magn. 2022;35(7):1937–60.
Aly KA, Khalil NM, Algamal Y, Saleem QMA. Estimation of lattice strain for zirconia nano-particles based on Williamson–Hall analysis. Mater Chem Phys. 2017;193:182–8.
Kibasomba P, et al. Strain and grain size of TiO 2 nanoparticles from TEM, Raman spectroscopy and XRD: The revisiting of the Williamson-Hall plot method. Res Phys. 2018. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.03.008.
Mote VD, Purushotham Y, Dole BN. Williamson–Hall analysis in estimation of lattice strain in nanometer-sized ZnO particles. J Theor Appl Phys. 2012;6:1–8.
Rabiei M, et al. X-ray diffraction analysis and Williamson–Hall method in USDM model for estimating more accurate values of Stress-Strain of unit cell and super cells (2× 2× 2) of hydroxyapatite, confirmed by Ultrasonic Pulse-Echo Test. Materials (Basel). 2021;14(11):2949.
Kumar N, Sidhu GK, Kumar R. Correlation of synthesis parameters to the phase segregation and lattice strain in tungsten oxide nanoparticles. Mater Res Express. 2019;6(7):75019.
Kotresh MG, Patil MK, Sunilkumar A, Sushilabai A, Inamdar SR. A study on the effect of reaction temperature on the synthesis of magnesium hydroxide nanoparticles: Comparative evaluation of microstructure parameters and optical properties. Results Opt. 2023;10: 100336.
Choupani M, Gholizadeh A. The effect of calcination temperature on the X-ray peak broadening of t-CuFe2O4. Prog Phys Appl Mater. 2021;1(1):19–24.
Nha TTN, Nam PH, Thanh TD, Phong PT. Determination of the crystalline size of hexagonal La1–xSrxMnO3 (x= 0.3) nanoparticles from X-ray diffraction—a comparative study. RSC Adv. 2023;13(36):25007–17.
Hussein MM, et al. Structural and dielectric characterization of synthesized nano-BSTO/PVDF composites for smart sensor applications. Mater Adv. 2023;4(22):5605–17.
Ridha SMA, Khader HA. XRD and SEM characteristics of Co–Ni ferrite nanoparticles Synthesized using sol-gel method. Turk J Comput Math Educ. 2021;12(14):675–87.
Sarkar K, Kumar V, Mukherjee S. Synthesis and investigation of properties of nanostructured cubic PMN ceramics for possible applications in electronics. J Mater Sci Mater Electron. 2020;0123456789:2–9. https://doi.org/10.1007/s10854-020-03988-2.
Sarkar K, Kumar V, Bhushan S, Kumar M, Srivastava R. Materials Today : Proceedings Investigation of opto-electronic properties and morphological characterization of magnesium niobate ceramics synthesized by two-stage process. Mater Today Proc. 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.476.
Sarkar K, Kumar V, Bhushan S, Kumar M, Manash A. Materials Today : Proceedings Studies of structural, electrical and optical properties of MgNb2O6–Mg4Nb2O9 nanocomposite for possible opto-electronic applications. Mater Today Proc. 2021;44:2459–65. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.524.