Фотокаталитическая активность наночастиц BiFeO3, допированных Ba

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе были синтезированы нанопорошки соединений из системы Bi1–xBaxFeO3 (x = 0, 0.10, 0.20) методом горения нитрат-органических прекурсоров. Изучено влияние легирования феррита висмута (BiFeO3) ионами бария (Ba) на морфологию, кристаллическую структуру и фотокаталитическую активность материала. Анализ методом рентгеновской дифракции показал, что кристаллы всех образцов имеют ромбоэдрически искаженную структуру перовскита с симметрией, соответствующей пространственной группе R3c. Легирование барием привело к существенному снижению размеров кристаллитов, а также к искажению кристаллической решетки. В случае замещения 20% атомов висмута атомами бария наблюдали образование примеси BaCO₃, что также было подтверждено анализом спектров комбинационного рассеяния света. Показано, что введение бария приводит к формированию более пористой текстуры образцов и значительному увеличению удельной площади поверхности материала. Исходный BiFeO3 продемонстрировал крайне низкую эффективность разложения метиленового синего относительно фотолиза, в то время как легирование барием привело к значительному улучшению фотокаталитических характеристик материала: в случае кристаллов с 20% Ba разложение метиленового синего достигло 99% за 1 час.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Р. Гюлахмедов

Дагестанский государственный университет

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Махачкала

Ф. Ф. Оруджев

Дагестанский государственный университет; Институт физики им. Х.И. Амирханова, Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Махачкала; Махачкала

А. Н. Хрусталев

МИРЭА — Российский технологический университет

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Москва

Д. С. Собола

Брненский технический университет

Email: amuslimov@mail.ru
Чехия, Брно

М. Г. Абдурахманов

Дагестанский государственный университет

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Махачкала

Ш. П. Фараджев

Дагестанский государственный университет

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Махачкала

А. Э. Муслимов

Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: amuslimov@mail.ru

Отеделние “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова”

Россия, Москва

В. М. Каневский

Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: amuslimov@mail.ru

Отеделние “Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова”

Россия, Москва

М. Х. Рабаданов

Дагестанский государственный университет

Email: amuslimov@mail.ru
Россия, Махачкала

Н.-М. Р. Алиханов

Дагестанский государственный университет; Институт физики им. Х.И. Амирханова, Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Россия, Махачкала; Махачкала

Список литературы

  1. Lefebvre O., Moletta R. // Water Res. 2006. V. 40. P. 3671. https://www.doi.org/10.1016/J.WATRES.2006.08.027
  2. Pirilä M., Saouabe M., Ojala S., Rathnayake B., Drault F., Valtanen A., Huuhtanen M., Brahmi R., Keiski R.L. // Top. Catal. 2015. V. 58. P. 1085. https://www.doi.org/10.1007/S11244-015-0477-7
  3. Nakata K., Fujishima A. // J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 2012. V. 13. P. 169. https://www.doi.org/10.1016/J.JPHOTOCHEMREV. 2012.06.001
  4. Mishra M., Chun D.M. // Appl. Catal. A Gen. 2015. V. 498. P. 126. https://www.doi.org/10.1016/J.APCATA.2015.03.023
  5. Lee G.J., Wu J.J. // Powder Technol. 2017. V. 318. P. 8. https://www.doi.org/10.1016/J.POWTEC.2017.05.022
  6. Gu X., Li C., Yuan S., Ma M., Qiang Y., Zhu J. // Nanotechnology. 2016. V. 27. P. 402001. https://www.doi.org/10.1088/0957-4484/27/40/402001
  7. Vavilapalli D.S., Srikanti K., Mannam R., Tiwari B., Mohan Kant M., Rao M.S.R., Singh S. // ACS Omega. 2018. V. 3. P. 16643. https://www.doi.org/10.1021/ACSOMEGA.8B01744
  8. Mohan S., Subramanian B., Sarveswaran G. // J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. P. 6835. https://www.doi.org/10.1039/C4TC01038H
  9. Khan H., Lofland S.E., Ahmed J., Ramanujachary K.V., Ahmad T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 58. P. 717. https://www.doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2024.01.257
  10. Lacerda L.H.S., de Lazaro S.R. // J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2020. V. 400. P. 112656. https://www.doi.org/10.1016/J.JPHOTOCHEM. 2020.112656
  11. Catalan G., Scott J.F. // Adv. Mater. 2009. V. 21. P. 2463. https://www.doi.org/10.1002/ADMA.200802849
  12. Han S.H., Kim K.S., Kim H.G., Lee H.G., Kang H.W., Kim J.S., Il Cheon C. // Ceram. Int. 2010. V. 36. P. 1365. https://www.doi.org/10.1016/J.CERAMINT. 2010.01.020
  13. Soltani T., Entezari M.H. // Chem. Eng. J. 2013. V. 223. P. 145. https://www.doi.org/10.1016/J.CEJ.2013.02.124
  14. Soltani T., Entezari M.H. // Chem. Eng. J. 2014. V. 251. P. 207. https://www.doi.org/10.1016/J.CEJ.2014.04.021
  15. Soltani T., Entezari M.H. // Ultrason. Sonochem. 2013. V. 20. P. 1245. https://www.doi.org/10.1016/J.ULTSONCH. 2013.01.012
  16. Haruna A., Abdulkadir I., Idris S.O. // Heliyon. 2020. V. 6. P. e03237. https://www.doi.org/10.1016/J.HELIYON.2020.E03237
  17. Nassereddine Y., Benyoussef M., Asbani B., El Marssi M., Jouiad M. // Nanomater. 2024. V. 14 Iss. 1. P. 51. https://www.doi.org/10.3390/NANO14010051
  18. Huo Y., Jin Y., Zhang Y. // J. Mol. Catal. A Chem. 2010. V. 331. P. 15. https://www.doi.org/10.1016/J.MOLCATA.2010.08.009
  19. Duan Q., Kong F., Han X., Jiang Y., Liu T., Chang Y., Zhou L., Qin G., Zhang X. // Mater. Res. Bull. 2019. V. 112. P. 104. https://www.doi.org/10.1016/J.MATERRESBULL. 2018.12.012
  20. Abdul Satar N.S., Adnan R., Lee H.L., Hall S.R., Kobayashi T., Mohamad Kassim M.H., Mohd Kaus N.H. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 15964. https://www.doi.org/10.1016/J.CERAMINT. 2019.05.105
  21. Li Z., Dai W., Bai L., Wang Y., Ma D., Peng Y., Deng Z., Xie Y., Liu B., Zhang G., Wang X., Zhu L. // J. Alloys Compd. 2023. V. 968. P. 171863. https://www.doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2023. 171863
  22. Orudzhev F.F., Alikhanov N.M.R., Ramazanov S.M., Sobola D.S., Murtazali R.K., Ismailov E.H., Gasimov R.D., Aliev A.S., Ţălu Ş. // Mol. 2022. V. 27. P. 7029. https://www.doi.org/10.3390/MOLECULES27207029
  23. Irfan S., Li L., Saleemi A.S., Nan C.W. // J. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. P. 11143. https://www.doi.org/10.1039/C7TA01847A
  24. Yang R., Sun H., Li J., Li Y. // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 14032. https://www.doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2018.04.256
  25. Lu Z., Xie T., Wang L., Li L., Cao C., Mo C. // Opt. Mater. (Amst). 2022. V. 134. P. 113185. https://www.doi.org/10.1016/J.OPTMAT.2022.113185
  26. Mandal G., Goswami M.N., Mahapatra P.K. // Phys. B Condens. Matter. 2024. V. 695. P. 416475. https://www.doi.org/10.1016/J.PHYSB.2024.416475
  27. Soltani T., Lee B.K. // J. Hazard. Mater. 2016. V. 316. P. 122. https://www.doi.org/10.1016/J.JHAZMAT.2016.03.052
  28. Dubey A., Schmitz A., Shvartsman V.V., Bacher G., Lupascu D.C., Castillo M.E. // Nanoscale Adv. 2021. V. 3. P. 5830. https://www.doi.org/10.1039/D1NA00420D
  29. Li P., Lin Y.-H., Nan C.-W. // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. P. 033922. https://www.doi.org/10.1063/1.3622564
  30. Abdelmadjid K., Gheorghiu F., Abderrahmane B. // Mater. 2022. V. 15. P. 961. https://www.doi.org/10.3390/MA15030961
  31. Zhang Y., Yang Y., Dong Z., Shen J., Song Q., Wang X., Mao W., Pu Y., Li X. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2020. V. 31. P. 15007. https://www.doi.org/10.1007/S10854-020-04064-5
  32. Alikhanov N.M.R., Rabadanov M.K., Orudzhev F.F., Gadzhimagomedov S.K., Emirov R.M., Sadykov S.A., Kallaev S.N., Ramazanov S.M., Abdulvakhidov K.G., Sobola D. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2021. V. 32. P. 13323. https://www.doi.org/10.1007/S10854-021-05911-9
  33. Shannon R.D. // Foundations of Crystallography. 1976. V. 32. Iss. 5. P. 751. https://www.doi.org/10.1107/S0567739476001551
  34. Fukumura H., Harima H., Kisoda K., Tamada M., Noguchi Y., Miyayama M. // J. Magn. Magn. Mater. 2007. V. 310. P. e367. https://www.doi.org/10.1016/J.JMMM.2006.10.282
  35. Bielecki J., Svedlindh P., Tibebu D.T., Cai S., Eriksson S.G., Börjesson L., Knee C.S. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P. 184422. https://www.doi.org/10.1103/PHYSREVB.86.184422
  36. Park T.J., Papaefthymiou G.C., Viescas A.J., Moodenbaugh A.R., Wong S.S. // Nano Lett. 2007. V. 7. P. 766. https://www.doi.org/10.1021/NL063039W
  37. Hermet P., Goffinet M., Kreisel J., Ghosez P. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 220102. https://www.doi.org/10.1103/PHYSREVB.75.220102
  38. Suresh S., Kathirvel A., Uma Maheswari A., Sivakumar M. // Mater. Res. Exp. 2019. V. 6. P. 115057. https://www.doi.org/10.1088/2053-1591/AB45A8
  39. Sivakumar A., Dhas S.S.J., Almansour A.I., Kumar R.S., Arumugam N., Perumal K., Dhas S.A.M.B. // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2021. V. 127. P. 1. https://www.doi.org/10.1007/S00339-021-05059-7
  40. Hui J., Hushur A., Hasan A. // Phys. Solid State. 2024. V. 66. P. 318. https://www.doi.org/10.1134/S1063783424600985
  41. Soltani T., Lee B.K. // J. Mol. Catal. A Chem. 2016. V. 425. P. 199. https://www.doi.org/10.1016/J.MOLCATA.2016. 10.009
  42. Makhdoom A.R., Akhtar M.J., Rafiq M.A., Hassan M.M. // Ceram. Int. 2012. V. 38. Iss. 5. P. 3829. https://www.doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.01.032
  43. Dhawan A., Sudhaik A., Raizada P., Thakur S., Ahamad T., Thakur P., Singh P., Hussain C.M. // J. Ind. Eng. Chem. 2023. V. 117. P. 1. https://www.doi.org/10.1016/J.JIEC.2022.10.001
  44. Deng H., Qin C., Pei K., Wu G., Wang M., Ni H., Ye P. // Mater. Chem. Phys. 2021. V. 270. P. 124796. https://www.doi.org/10.1016/J.MATCHEMPHYS. 2021.124796
  45. Wang D.H., Goh W.C., Ning M., Ong C.K. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. P. 212907. https://www.doi.org/10.1063/1.2208266/331724
  46. Subramanian Y., Ramasamy V., Karthikeyan R.J., Srinivasan, G.R., Arulmozhi, D., Gubendiran R.K., Sriramalu M. // Heliyon. 2019. V. 5. Iss. 6. P. e01831. https://www.doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01831
  47. Sun Q., Hong Y., Liu Q., Dong L. Appl. Sur. Sci. 2018. V. 430. P. 399. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.08.085
  48. Volnistem E.A., Bini R.D., Silva D.M., Rosso J.M., Dias G.S., Cotica L.F., Santos I.A. // Ceram. Inter. 2020. V. 46. Iss. 11. P. 18768. https://www.doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.194
  49. Zhao W., Wang Y., Yang Y., Tang J., Yang Y. // Appl. Catal. B: Environmental. 2012. V. 115. P. 90. https://www.doi.org/10.1016/j.apcatb.2011.12.018
  50. Alijani H., Abdouss M., Khataei H. // Diamond and Related Materials. 2022. V. 122. P. 108817. https://www.doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108817
  51. Bagherzadeh M., Kaveh R., Ozkar S., Akbayrak S. // Res. Chem. Interm. 2018. V. 44. P. 5953. https://www.doi.org/10.1007/s11164-018-3466-1
  52. Balasubramanian V., Kalpana S., Anitha R., Senthil T.S. // Mater. Sci. Semiconductor Processing. 2024. V. 182. P. 108732. https://www.doi.org/10.1016/j.mssp.2024.108732

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема этапов синтеза наночастиц Bi1−xBaxFeO3 (x = 0, 0.10, 0.20) методом горения.

Скачать (32KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы образцов Bi1–xBaxFeO3 (x = 0, 0.1, 0.2) (а); увеличенное изображение рентгенограммы вблизи отражения 012 (б).

Скачать (29KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РЭМ-изображения наночастиц Bi1−xBaxFeO3 (x = 0, 0.10, 0.20).

Скачать (37KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ЭДС-спектры образцов BiFeO3 (1); Bi0.9Ba0.1FeO3 (2); Bi0.8Ba0.2FeO3 (3) (а) и распределение атомов Bi (б), Fe (в), Ba (г), O (д) в области образца Bi0.8Ba0.2FeO3 размером 10 мкм.

Скачать (81KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры комбинационного рассеяния света BiFeO3 (а), Bi0.9Ba0.1FeO3 (б) и Bi0.8Ba0.2FeO3 (в) при комнатной температуре.

Скачать (31KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры РФЭС высокого разрешения O1s образцов BiFeO3 (1); Bi0.9Ba0.1FeO3 (2); Bi0.8Ba0.2FeO3 (3).

Скачать (30KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Кривые адсорбции (а) и фотокаталитическая эффективность разложения (б) (числами указано значение после 60 мин) метиленового синего при использовании в качестве катализатора BiFeO3 (1), Bi0.9Ba0.1FeO3 (2), Bi0.8Ba0.2FeO3 (3) и без катализатора (4); спектр разложения метиленового синего с учетом адсорбции образцом Bi0.8Ba0.2FeO3 в течение 0 (1); 60 мин (2) и при облучении светом в диапазоне от УФ до видимого в течение 60 мин (3) (в); кинетические кривые при облучении светом в диапазоне от УФ до видимого при использовании в качестве катализатора разложения частиц BiFeO3 (1), Bi0.9Ba0.1FeO3 (2), Bi0.8Ba0.2FeO3 (3) и без катализатора (4), константы скорости разложения составили 0.021, 0.060, 0.077 и 0.020 мин–1 соответственно (г).

Скачать (58KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025