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Feb 10, 2024

三金属酸化物（Fe2O3）の合成

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12927 (2023) この記事を引用 316 アクセス メトリクスの詳細 この論文では、三相 Fe2O3 – MgO – CuO ナノ複合材料 (NC) および純粋な CuO、Fe2O3、および MgO

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12927 (2023) この記事を引用

316 アクセス

メトリクスの詳細

この論文では、ゾルゲル技術を使用して、三相 Fe2O3 – MgO – CuO ナノ複合材料 (NC) と純粋な CuO、Fe2O3、および MgO ナノ粒子 (NP) を調製しました。 調製された製品の物理的特性は、SEM、XRD、および紫外可視を使用して検査されました。 XRD データは、純粋な CuO、Fe2O3、および MgO NP の形成、ならびに Fe2O3 (立方晶)、MgO (立方晶)、および CuO (単斜晶) によるナノ複合体の形成を示しました。 調製されたすべてのサンプルの結晶子サイズは、Scherrer の公式によって計算されました。 CuO、Fe2O3、MgO、および Fe2O3-MgO-CuO NC のエネルギーバンドギャップは、紫外可視分光法からそれぞれ 2.13、2.29、5.43、2.96 eV として計算されました。 結果は、Fe2O3-MgO-CuO NC がその優れた特性により、オプトエレクトロニクスデバイスとして幅広い用途に適した代替材料であることを示しました。

金属酸化物 (MO) ナノ複合材料 (NC) は、その独特の光学的、電気的、熱的、光触媒的、機械的、吸着性および構造的特性により、近年大きな注目を集めています 1,2,3,4,5。 NC は 2 つ以上のナノ酸化物で構成されており、混合物中の各構成酸化物の濃度に依存する特性を持っています6、7、8。 これらは、太陽電池、光起電機器、電池材料、ガスセンサー、燃料電池などのさまざまな用途に役立ちます9、10、11、12、13、14、15。 酸化銅 (CuO) は、1.2 eV8 の狭いバンドギャップを持つ p 型半導体です。 低コストで製造でき、独特の光学的および構造的特性を備えています。 超電導、ガスセンシング、太陽電池、スーパーキャパシタへの応用の可能性があるため、かなりの注目を集めています16、17。 さらに、それは無毒で容易に入手できる半導体です18,19。 酸化マグネシウム (MgO) は、5.2 ～ 7 eV の直接バンドギャップを持ち、顕著な構造的、触媒的、光学的、化学的特性を示す n 型半導体です 17,20,21,22。 酸化鉄(III) (Fe2O3) は、ほぼ 2 eV の狭いバンドギャップです。 これは、低毒性、低コスト、磁性挙動、高い溶解性などの特定の特徴と関連しています 23,24。 したがって、生物医学、化粧品、診断、センサー、放射線学、ワクチンなどのさまざまな用途に従事しています9、23、25、26。

異なる金属酸化物 (MO) を組み合わせて新しい NC を形成することにより、個々の酸化物のさまざまな特性が大幅に強化され、その結果、オプトエレクトロニクス、電気、熱、光触媒、生物学的応用のための新しい研究の道が開かれる可能性があります 26,27。 混合金属酸化物 NC は、共沈 28、ソノケミカル 7、溶液燃焼 29、マイクロ波技術 10、超音波支援 30、グリーンメソッド 2、11 などのさまざまなアプローチで製造できます。

この研究では、三相 Fe2O3 – MgO – CuO NC と純粋な CuO、Fe2O3、および MgO NP をゾルゲル法を使用して調製しました。 環境に優しく、特別な機器を必要とせずに簡単、安価、迅速に実行できるという利点があります。 ここでの新規性は、1 つの NC における 3 つの金属酸化物の設計された組み合わせにあり、おそらく特性の向上と潜在的な用途につながる可能性があります。 得られた酸化物の構造特性と光学特性を、XRD、紫外可視、SEM を使用して特性評価しました。

硝酸マグネシウム六水和物（Mg(NO3)2・6H2O; 97%）、硝酸鉄九水和物（Fe(NO3)3・9H2O; 97%）、硝酸銅三水和物（Cu(NO3)2・3(H2O; 98%)、無水エタノールは BDH から購入し、追加の処理をせずに受け取ったまま使用しました。

Fe2O3-MgO-CuO NC の作製にはゾルゲル法 20,31 が使用されました。これには次のステップが含まれます: Cu(NO3)2・3(H2O) (20 mL エタノール中 3.382 g)、Fe(NO3)3・9(H2O) (20 mL エタノール中 5.65 g) および Mg(NO3)2・6(H2O) (20 mL エタノール中 3.589 g) を一定のモル比 (1:1:1) で 3 つの別々の溶液として合成しました。 各溶液を23​​±2℃で10分間撹拌して、均一な溶液を得た。 ゲルが得られるまで、溶液を80℃で70分間一定に撹拌しながら混合した。 その後、ゲルが燃焼してキセロゲルが生成され、これを微粉末に粉砕し、800 °C で 90 分間アニールします。 個々の純粋な酸化物 (Fe2O3、CuO、および MgO) は、対応する塩を使用して、複合材料として同様の手順に従って個別に調製されました。