مطالعه ویژگی‌های ساختاری و اپتیکی نانوذرات اکسید تیتانیوم آلاییده با آهن

یگانه, محبوبه; بدیعیان باغ‌سیاهی, فاطمه

doi:10.22055/jrmbs.2018.13948

مطالعه ویژگی‌های ساختاری و اپتیکی نانوذرات اکسید تیتانیوم آلاییده با آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه کوثر بجنورد، بجنورد، ایران

² گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه کوثر بجنورد

10.22055/jrmbs.2018.13948

چکیده

در این پژوهش، نانوذرات اکسید تیتانیوم آلاییده با آهن در غلظت مولی Fe/Ti از 1 تا 10% و دمای بازپخت 400 تا oC800 توسط طیف سنجی پراش اشعه x ، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی تراگسیلی (TEM) و طیف سنجی بازتاب پخشی (DRS) مورد مطالعه قرار گرفت. اندازه نانوذرات سنتز شده با استفاده از تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی تراگسیلی از 6 تا nm 100 تخمین زده شد. مطالعات اپتیکی طیف سنجی بازتاب پخشی نشان داد که آلایش اکسید تیتانیوم با فلزات واسطه می‌تواند اثر قابل توجهی بر روی ویژگی‌های جذبی نانوذرات اکسید تیتانیوم در ناحیه مرئی داشته ‌باشد. محاسبات گاف انرژی با استفاده از مشتق دوم نمودار تاک نشان می‌دهد که گاف انرژی برای نمونه‌های با مقدار ناخالصی بیشتر و بازپخت در دمای بالاتر می‌تواند کاهش یافته و به مقدار eV 5/2 برسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

شاخه‌های میان‌رشته‌ای

عنوان مقاله [English]

Structural and optical properties of Fe doped TiO2 nanoparticles

نویسندگان [English]

Mahboubeh Yeganeh ¹
Fatemeh Badieian Baghsiyahi ²

¹ Department of Physics, Faculty of Natural Science, Kosar University of Bojnord, Bojnord, Iran

² Department of Physics, Faculty of Natural Science, Kosar University of Bojnord

چکیده [English]

In this work, Fe doped TiO2 nanoparticles at different Fe/Ti molar ratio from 1 to 10% and different annealing temperature from 400 to 800 oC were investigated by X-ray diffraction spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM) and diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The size of prepared nanoparticles was estimated between 6 to 100 nm by transmission electron microscopy. The characterization by diffuse reflectance spectroscopy revealed that the optical absorption in the visible region significantly increased by doping of TiO2 nanoparticles.. The calculated gap energy by second derivative of Tauc plot demonstrated that the gap energy decreased to 2.5 eV for samples at higher Fe content and annealing temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

TiO2 nanoparticles
Fe doped TiO2
optical properties
Diffuse reflectance spectroscopy

مراجع

[1] A.M. Tonejc, I. Djerdi, A. Tonejc, Evidence from HRTEM image processing, XRD and EDS on nanocrystalline iron-doped titanium oxide powders, Materials Science and Engineering B 85 (2001) 55-63.

[2] F.C. Gennari, D.M. Pasquevich, Kinetics of the anatase–rutile transformation in TiO₂ in the presence of Fe₂O₃, Journal of Materials Science 33 (1998) 1571-1578.

[3] Y. Zhang, Y. Shen, F. Gu, M. Wu, Y. Xie, J. Zhang, Influence of Fe ions in characteristics and optical properties of mesoporous titanium oxide thin films, Applied Surface Science 256 (2009) 85-89.

[4] R. Alexandrescu, I. Morjan, M. Scarisoreanu, R. Birjega, E. Popovici, I. Soare, L. Gavrila-Florescu, V.I. Sandu, F. Dumitrache, G. Prodan, E. Vasile, E. Figgemeier, Structural investigations on TiO₂ and Fe-doped TiO₂ nanoparticles synthesized by laser pyrolysis, Thin Solid Films 515 (2007) 8438-8445.

[5] J.H. Jho, D.H. Kim, S.-J. Kim, K.S. Lee, Synthesis and photocatalytic property of a mixture of anatase and rutile TiO₂ doped with Fe by mechanical alloying process, Journal of Alloys and Compounds 459 (2008) 386-389.

[6] K. Melghit, O.S. Al-Shukeilia, I. Al-Amri, Effect of M-doping (M = Fe, V) on the photocatalytic activity of nanorod rutile TiO₂ for Congo red degradation under the sunlight, Ceramics International 35 (2009) 433-439.

[7] M. Hirano, T. Joji, M. Inagaki, H. Iwata, Direct formation of iron (III)-doped titanium oxide (anatase) by thermal hydrolysis and its structure property, Journal of American Ceramic Society 87 (1) (2004) 35-41.

[8] T. Tong, J. Zhang, B. Tian, F. Chen, D. He, Preparation of Fe³⁺-doped TiO₂ catalysts by controlled hydrolysis of titanium alkoxide and study on their photocatalytic activity for methyl orange degradation, Journal of Hazardous Materials 155 (2008) 572-579.

[9] Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, T. Hasegawa, T. Fukumura, M. Kawasaki, P. Ahmet, T. Chikyow, S.Y. Koshihara, H. Koinuma, Room-temperature ferromagnetism in transparent transition metal-doped titanium dioxide, Science 291 (2001) 854-856.

[10] G. Talut, H. Reuther, J. Grenzer, S. Zhou, Origin of ferromagnetism in iron implanted rutile single crystals, Hyperfine Interactaction 191 (2009) 95-102.

[11] M. Yeganeh, N. Shahtahmasebi, A. Kompany, M. Karimipour, F. Razavi, N.H.S. Nasralla, L. Šiller, The magnetic characterization of Fe doped TiO₂ semiconducting oxide nanoparticles synthesized by sol–gel method, Physica B 511 (2017) 89-98.

[12] C. Adan, A. Bahamonde, M. Fernandez-Garcia, A. Martines-Arias, Structure and activity of nanosized iron-doped anatase TiO₂ catalysts for phenol photocatalytic degradation, Applied Catalysis B: Environmental 72 (2007) 11-17.

[13] N.C. Khang, N.V. Khanh, N.H. Anh, D.T. Nga, N.V. Minh, The origin of visible light photocatalytic activity of N-doped and weak ferromagnetism of Fe-doped TiO₂ anatase, Adcances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanothechnology 2 (2011) 015008 (4pp(.

[14] Q. Wu, Q. Zheng, R. Krol, Creating oxygen vacancies as a novel strategy to form tetrahedrally coordinated Ti⁴⁺ in Fe/TiO₂ nanoparticles, Journal of Physical Chemistry C 116 (2012) 7219-7226.

[15] I. Ganesh, P.P. Kumar, A.K. Gupta, P.S.C. Sekhar, K. Radha, G. Padmanabham, G. Sundararajan, Preparation and characterization of Fe-doped TiO₂ powders for solar light response and photocatalytic applications, Processing and Application of Ceramics 6 (2012) 21-36.

[16] R.A. Spurr, H. Myers, Quantitative analysis of anatase-rutile mixture with an X-ray difractometer, Analytical Chemistry 29 (1957) 762-769.

[17] H. Zhang, J.F. Banfield, Understanding polymorphic phase transformation behavior during growth of nanocrystalline aggregates: insights from TiO₂, Journal of Physical Chemistry B 104 (2000) 3481-3487.

[18] Q. Chen, H. Liu, Y. Xin, X. Cheng, TiO₂ nanobelts – Effect of calcination temperature on optical, photoelectrochemical and photocatalytic properties, Electrochimica Acta 111 (2013) 284-291.

[19] K. Nagaveni, M.S. Hegde, G. Madras, Structure and Photocatalytic Activity of Ti_1-xM_xO_2±δ (M=W, V, Ce, Zr, Fe, and Cu) Synthesized by Solution Combustion Method, Journal of Physical Chemistry B. 108 (2004) 20204-201212.

[20] M. Xing, Y. Wu, J. Zhang, F. Chen, Effect of synergy on the visible light activityof B, N and Fe co-doped TiO₂ for the degradation of MO, Nanoscale 2 (2010) 1233-1239.