Состав, морфология и структура ультадисперсной композиции ZnS–ZnO с оксидами переходных элементов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы ультрадисперсные порошки ZnO–ZnS с добавками оксидов d-металлов: V2O5, MnO, Fe2O3, CoO, NiO, CuO. Легирование системы ZnO–ZnS d-металлами изменяет морфологию синтезированных порошков. Распределение частиц по размерам подчиняется логнормальному закону. Добавка оксидов d-металлов при синтезе композитов ZnO–ZnS смещает центр распределения частиц по размерам в сторону больших размеров. Наиболее вероятный размер частиц в образцах, легированных железом и кобальтом (530 нм), превышает размер частиц нелегированного образца (320 нм) более чем в 1.6 раза. Во всех синтезированных порошках обнаружен избыток кислорода. Содержание цинка, серы и кислорода в нелегированных ZnO–ZnS составляет 48.0, 12.8 и 39.2 ат.% соответственно. Синтез композиции ZnO–ZnS совместно с оксидами переходных металлов не изменяет гексагональную и кубическую симметрию сульфида и гексагональную симметрию оксида цинка. Присутствие железа приводит к увеличению областей когерентного рассеяния кубической фазы ZnS.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. В. С. С. Н. Равикумар

Университет Ачарья Нагарджуна

Email: sko111lev@gmail.com

факультет физики

Индия, 522510, Нагарджуна Нагар

Б. Р. Немаллапуди

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

С. Гундала

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

В. Ф. Марков

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина; Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 22

Л. Н. Маскаева

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина; Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; 620062, Екатеринбург, ул. Мира, 22

А. В. Ищенко

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Л. Г. Скорняков

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

А. В. Чукин

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

И. С. Ковалев

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Г. В. Зырянов

Уральский Федеральный Университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина; Институт органического синтеза УрО РАН

Email: sko111lev@gmail.com
Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; 620137, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 22/20

Список литературы

  1. Sze S.M., Ng K.K. Physics of semiconductor devices, third edition. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2007. 815 p.
  2. Kurnia F., Hart J.N. Band-gap control of zinc sulfide: Towards an efficient visible-light-sensitive photocatalyst // Chem.Phys. Chem. 2015. V. 16. P. 2397–2402.
  3. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер Г.Н., Петров Н.П. Оптические материалы для инфракрасной техники. М.: Наука, 1965. 336 c.
  4. Shionoya S., Yen W.M., Yamamoto H. Phosphor handbook. 2nd ed. CRC Press, 2007. 1055 p.
  5. Kudo A., Sekizawa M. Photocatalytic H2 evolution under visible light irradiationon Zn1–xCuxS solid solution // Catal. Lett. 1999. V. 58. P. 241–243.
  6. Kudo A., Sekizawa M. Photocatalytic H2 evolution under visible light irradiation on Ni-doped ZnS photocatalyst //Chem. Commun. 2000. V. 15. P. 1371–1372.
  7. Yan H., Li Y., Guo Y., Song Q., Chen Y.Y. Ferromagnetic properties of Cu-doped ZnS: A density functional theory study // Physica B. 2011. V. 406. P. 545–547.
  8. Fierro J.L. Metal oxides: chemistry & applications. CRC Press, 2006. 182 p.
  9. Morkoç H., Özgur Ü. Zinc oxide: fundamentals, materials and device technology // WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, 2009. 485 p.
  10. Kamarulzaman N., Kasim M.F., Rusdi R. Band gap narrowing and widening of ZnO nanostructures and doped materials // Nanoscale Res. Lett. 2015. V. 10. P. 346–350.
  11. Kezhen Q., Xiaohan X.X., Amir Z.A., Li M., Wang Q., Liu Shu-yuan, Lin H., Wang G. Transition metal doped ZnO nanoparticles with enhanced photocatalytic and antibacterial performances: Experimental and DFT studies //Ceram. Int. 2020. V. 46. № 2. P. 1494–1502.
  12. Sundararajan M., Sakthivel P., Fernandez A.C. Structural, optical and electrical properties of ZnO–ZnS nanocomposites prepared by simple hydrothermal method // J. Alloys Compd. 2018. V. 768. P. 553–562.
  13. Verma P., Pandey A.C., Bhargava R.N. Synthesis and characterization: zinc oxide-sulfide nanocomposites // Phys. B Condens. Matter. 2009. V. 404. P. 3894–3897.
  14. Wu D., Jiang Y., Yuan Y., Wu J., Jiang K. ZnO-ZnS heterostructures with enhanced optical and photocatalytic properties // J. Nanoparticle Res. 2011. V. 13. P. 2875–2886.
  15. Li F., Jiang Y., Hu L., Liu L., Li Z., Huang X. Structural and luminescent properties of ZnO nanorods and ZnO/ZnS nanocomposites // J. Alloys Compd. 2009. V. 474. P. 531–535.
  16. Zahiri M., Shafiee M.S., Arabi A.M. Combustion synthesis of ZnO/ZnS nanocomposite phosphors // J. Fluoresc. 2019. V. 29. P. 1227–1239.
  17. Hitkari G., Singh S., Pandey G. Photoluminescence behavior and visible light photocatalytic activity of ZnO, ZnO/ZnS and ZnO/ZnS/α-Fe2O3 nanocomposites // Trans. Nonferrous Met. Soc. China English Ed. 2018. V. 28. P. 1386–1396.
  18. Amaliyah N., Mukasa Sh., Nomura Sh., Toyota H., Kitamae T. Plasma in-liquid method for reduction of zinc oxide in zinc nanoparticle synthesis // Mater. Res. Express. 2015. V. 2. P. 025004.
  19. Coskun F., Cetinkaya S., Eroglu S. Reduction of nickel oxide with ethanol // JOM. 2017. V. 69. P. 987–992.
  20. Rosmaninho M.G., Moura F.C.C., Souza L.R., Nogueir R.K., Gomes G.M, Nascimento J.S., Pereira M.C., Fabris J.D., Ardisson J.D., Nazzarro M.S., Sapag K., Araújo M.H., Lago R.M. Investigation of iron oxide reduction by ethanol as a potential route to produce hydrogen // Applied Catalysis B: Environmental. 2012. V. 115–116. P. 45–52.
  21. Satta A., Shamiryan D., Baklanov M., Whelan C., Toan L.Q., Beyer G.P., Vantomme A., Maex K. The removal of copper oxides by ethyl alcohol monitored in situ by spectroscopic ellipsometry // J. Electrochem. Soc. 2003. V. 150. P. G300.
  22. Cetinkaya S., Eroglu S. Synthesis of cobalt powder by reduction of cobalt oxide with ethanol // JOM. 2018. V. 70. P. 2237–2242.
  23. Khattab I.S., Bandarkar F., Fakhree M.A.A., Jouyban A. Density, viscosity, and surface tension of water+ethanol mixtures from 293 to 323 K // Korean J. Chem. Eng. 2012. V. 29. P. 812–817.
  24. Vazquez G., Alvarez E., Navaza J.M. Surface tension of alcohol + water from 20 to 50oC // J. Chem. Eng. Data. 1995. V. 40. P. 611–614.
  25. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины: справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  26. Limpert E., Stahel W.A., Abbt M. Log-normal distributions across the sciences: keys and clues // Bioscience. 2001. V. 51. P. 341–352.
  27. Holgate P. The lognormal characteristic function // Commun. Stat. – Theory Methods. 1989. V. 18. P. 4539–4548.
  28. Anthony J.W., Bideaux R.A., Bladh K.W., Nichol M.C., Handbook of Mineralogy // Mineralogical Society of America, Chantilly, VA 20151–1110, USA. Режим доступа: http://www.handbookofmineralogy.org/.
  29. Rosowska J., Kaszewski J., Witkowski B.S., Wachnicki Ł., Wolska A., Klepka M.T., Grabias A., Kuryliszyn-Kudelska I., Godlewski M. ZnO: Fe nanoparticles with Fe fraction up to 10% mol – growth and characterization // J. Lumin. 2023. V. 263. A.N. 119944.
  30. Kalirajan K., Harikengaram S., Velusubhash S., Murugesan R. Fabrication and characterization studies of capped Cu2+ion doped ZnS nanoparticles // Int. J. Appl. Res. 2015. V. 1. P. 647–649.
  31. Joshi B.C., Chaudhri A.K. Sol-gel-derived Cu-doped ZnO thin films for optoelectronic applications // ACS Omega. 2022. V. 7. P. 21877–21881.
  32. Mrabet S., Ihzaz N., Alshammari M., Khlifi N., Ba M., Bessadok M.N., Mejri I.H., El Mir L. Structural, optical, and magnetic properties of V-doped ZnO nanoparticles and the onset of ferromagnetic order // J. Alloys Compd. 2022. V. 920. A.N. 165920.
  33. Poornaprakash B., Puneetha P., Sangaraju S., Young J.Y., Bandar A.A., Dong-Yeon L., Ramu S., Kim Y.L. Hydrogen evolution properties: Cr doping and V co-doping effect of ZnS nanoparticles // Mater. Lett. 2023. V. 340. A.N. 134186.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии чистых ультрадисперсных порошков ZnO–ZnS (а) и порошков, синтезированных с добавками оксидов V2O5 (б), MnO (в), Fe2O3 (г), CoO (д), NiO (е) и CuO (ж).

Скачать (552KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение частиц по размерам в порошках ZnO–ZnS, синтезированных без примеси (а) и с оксидами V2O5 (б), MnO (в), Fe2O3(г), CoO (д), NiO (е) и CuO (ж). Столбчатые диаграммы – экспериментальные гистограммы, сплошная линия – аппроксимирующая кривая в виде логнормального распределения. Для CuO (ж) штриховая линия – логнормальная зависимость; штрихпунктирная – гауссово распределение; сплошная линия – суммарная кривая.

Скачать (364KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограммы порошков ZnO–ZnS (а), синтезированных с оксидами V2O5 (б), MnO (в), Fe2O3 (г), CoO (д), NiO (е) и CuO (ж).

Скачать (148KB)
Метаданные