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Feb 10, 2024

삼금속 산화물(Fe2O3)의 합성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12927(2023) 이 기사 인용 316 측정항목 세부정보 액세스 이 논문에서는 삼상 Fe2O3-MgO-CuO 나노복합체(NC)와 순수 CuO, Fe2O3 및 MgO를 사용했습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12927(2023) 이 기사 인용

316 액세스

측정항목 세부정보

본 논문에서는 3상 Fe2O3-MgO-CuO 나노복합체(NC)와 순수 CuO, Fe2O3 및 MgO 나노입자(NP)를 졸-겔 기술을 사용하여 제조했습니다. 제조된 제품의 물성은 SEM, XRD, UV-visible을 이용하여 조사하였다. XRD 데이터는 순수한 CuO, Fe2O3 및 MgO NP의 형성뿐만 아니라 Fe2O3(입방체), MgO(입방체) 및 CuO(단사정계)와의 나노복합체 형성을 나타냅니다. 준비된 모든 샘플의 결정자 크기는 Scherrer의 공식을 통해 계산되었습니다. CuO, Fe2O3 및 MgO 및 Fe2O3-MgO-CuO NC의 에너지 밴드갭은 각각 2.13, 2.29, 5.43 및 2.96 eV에 따라 UV-가시광선 분광법으로 계산되었습니다. 결과는 Fe2O3-MgO-CuO NC가 탁월한 특성으로 인해 광전자공학 장치로서 광범위한 응용 분야에 대한 대체 재료임을 보여주었습니다.

독특한 광학, 전기, 열, 광촉매, 기계적, 흡착제 및 구조적 특성으로 인해 금속 산화물(MO) 나노복합체(NC)는 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받았습니다. NC는 두 개 이상의 나노 산화물로 구성되며 혼합물의 각 구성 산화물의 농도에 따라 달라지는 특성을 가지고 있습니다6,7,8. 이는 태양전지, 광전지 기기, 배터리 재료, 가스 센서 및 연료 전지9,10,11,12,13,14,15를 포함한 다양한 응용 분야에 유용합니다. 산화구리(CuO)는 1.2eV8의 좁은 밴드갭을 갖는 p형 반도체입니다. 저렴한 준비 비용으로 독특한 광학적, 구조적 특성을 가지고 있습니다. 초전도성, 가스 감지, 태양전지 및 슈퍼커패시터16,17에서의 잠재적인 응용으로 인해 상당한 관심을 끌었습니다. 또한 무독성이며 쉽게 사용할 수 있는 반도체입니다. 5.2-7eV의 직접 밴드갭을 갖는 산화마그네슘(MgO)은 눈에 띄는 구조적, 촉매적, 광학적 및 화학적 특성을 나타내는 n형 반도체입니다. 산화철(III)(Fe2O3)은 거의 2eV의 좁은 밴드갭입니다. 이는 낮은 독성, 저렴한 비용, 자기적 거동 및 높은 용해도23,24와 같은 특정 기능과 관련이 있습니다. 따라서 생물의학, 화장품, 진단, 센서, 방사선학 및 백신과 관련된 다양한 응용 분야에 종사하고 있습니다9,23,25,26.

다양한 금속 산화물(MO)을 결합하여 새로운 NC를 형성함으로써 개별 산화물의 다양한 특성이 크게 향상될 수 있으며 결과적으로 광전자공학, 전기, 열, 광촉매 및 생물학적 응용을 위한 새로운 연구 길을 열 수 있습니다. 혼합 금속 산화물 NC는 공침, 초음파화학, 용액 연소, 마이크로파 기술, 초음파 보조 및 녹색 방법과 같은 다양한 접근법을 통해 제조될 수 있습니다.

이 연구에서는 3상 Fe2O3-MgO-CuO NC와 순수 CuO, Fe2O3 및 MgO NP가 졸-겔 방법을 사용하여 제조되었습니다. 특별한 장비 없이도 환경 친화적이고 간편하며 저렴하고 빠르게 수행할 수 있다는 장점이 있습니다. 여기서 참신함은 하나의 NC에 3개의 금속 산화물을 설계한 조합에 있으며 이는 아마도 향상된 특성과 잠재적인 응용으로 이어질 수 있습니다. 얻은 산화물은 XRD, UV-visible 및 SEM을 사용하여 구조적 및 광학적 특성을 특성화했습니다.

질산마그네슘육수화물(Mg(NO3)2·6H2O; 97%), 질산철구수화물(Fe(NO3)3·9H2O; 97%), 질산구리삼수화물(Cu(NO3)2·3(H2O; 98%) 및 무수에탄올은 BDH에서 구입하여 별도의 처리 없이 그대로 사용하였습니다.

졸-겔 방법20,31은 Fe2O3-MgO-CuO NC를 제조하는데 사용되었으며, 이는 다음 단계를 포함합니다: Cu(NO3)2·3(H2O) (20 mL 에탄올에서 3.382 g), Fe(NO3)3· 9(H2O)(20mL 에탄올 중 5.65g) 및 Mg(NO3)2·6(H2O)(20mL 에탄올 중 3.589g)를 일정한 몰비(1:1:1)로 3개의 개별 용액으로 합성했습니다. 각 용액을 23 ± 2 °C에서 10분 동안 교반하여 균질한 용액을 얻었습니다. 겔이 얻어질 때까지 용액을 80℃에서 70분 동안 계속 교반하면서 혼합하였다. 그 후, 젤은 연소되어 크세로겔을 생성하고, 이를 미세한 분말로 분쇄하고 800°C에서 90분 동안 어닐링합니다. 개별 순수 산화물(Fe2O3, CuO 및 MgO)은 해당 염을 사용하여 복합재와 유사한 단계에 따라 별도로 제조되었습니다.