ساخت نانوذرات نیکل فریت به روش سیترات-نیترات تحت امواج فراصوت و ارزیابی آنها به عنوان فوتوکاتالیست
الموضوعات : journal of New Materialsعلیرضا ضیائی آبیز 1 , سید علی حسن زاده تبریزی 2 , علی صفار 3 , رضا ابراهیمی کهریزسنگی 4 , مهدی امیدی 5
1 - دانشجوی دکتری رشته مهندسی مواد ، گروه مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 - استاد، گروه مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
3 - دانشیار، گروه شیمی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
4 - استاد، گروه مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
5 - استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
الکلمات المفتاحية: فریت نیکل, نانوذرات, روش سیترات-نیترات, سونیکاسیون, فوتوکاتالیست,
ملخص المقالة :
مقدمه: نانوذرات فریت نیکل نوعی نانوذرات مغناطیسی از خانواده فریتها هستند که دارای ساختار اسپینل معکوس میباشند. این نانوذرات به دلیل خواص مغناطیسی قابل تنظیم، پایداری شیمیایی بالا و ساختار کریستالی منظم، در بسیاری از حوزهها کاربرد دارند.
روش: در این مطالعه، روش سیترات-نیترات همراه با امواج فراصوت برای ساخت نانوذرات مغناطیسی فریت نیکل به کار گرفته شد. از تکنیکهای میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)،پراش اشعه ایکس (XRD)، طیفسنجی بازتاب نفوذی (DRS) و مغناطیسسنج نمونه ارتعاشی(VSM) برای بررسی نانوپودرهای مغناطیسی سنتز شده استفاده گردید. فعالیت فوتوکاتالیستی فریت نیکل در تجزیه متیل اورانژ ارزیابی گردید.
یافته ها: دادههای پراش پرتو ایکس صحت تولید فریت نیکل با ساختار اسپینل را تأیید کردند. اندازه بلورک و کرنش نمونهها به روشهای شرر و ویلیامسون-هال اندازهگیری شد که اندازه بلورک محاسبه شده با روش ویلیامسون-هال بزرگتر از مقدار به دست آمده با فرمول شرر بود. پارامتر شبکه با استفاده از روش برون یابی نلسون-رایلی اندازهگیری و مقداری برابر ۳۴۶۶/۸ آنگستروم به دست آمد. بر اساس تحلیلهای ریزساختاری، نانوذرات تولید شده دارای اندازه ذراتی در بازه ۲۰ تا ۲۰۰ نانومتر بودند. دادههای مغناطیس سنجی نشان داد که نانوذرات فریت نیکل دارای اشباع مغناطیسی emu/g 5/۴۱ میباشند. انرژی شکاف نوری فریت نیکل تولید شده که به جداشدگی میدان کریستالی اوربیتالهای 3d نسبت داده شده بود، برابر با ۷۵/۱ الکترون-ولت اندازهگیری شد که با محدوده طول موجی در طیف خورشیدی هم خوانی دارد.
نتیجه گیری: نتایج حاکی از تشکیل موفقیت آمیز فریت نیکل با ساختار اسپینلی مکعبی با ساختار نانو و بدون فازهای ناخواسته میباشد. نانو ذرات تشکیل شده، خواص فوتوکاتالیستی در تخریب رنگ متیل اورانژ از خود نشان دادند. فعالیت کاتالیزوری نانوذرات تولید شده به تشکیل گونههای فعال رادیکالی در اثر برخورد نور به نمونهها نسبت داده می شود.
1. Zahoor I, Mushtaq A (2023) Water pollution from agricultural activities: A critical global review. Int J Chem Biochem Sci 23:164–176
2. Slama H Ben, Chenari Bouket A, Pourhassan Z, et al (2021) Diversity of synthetic dyes from textile industries, discharge impacts and treatment methods. Appl Sci 11:6255
3. Emmanuel SS, Adesibikan AA, Opatola EA, Olawoyin CO (2023) A pragmatic review on photocatalytic degradation of methyl orange dye pollutant using greenly biofunctionalized nanometallic materials: A focus on aquatic body. Appl Organomet Chem 37:e7108
4. Kataya G, Issa M, Badran A, et al (2025) Dynamic removal of methylene blue and methyl orange from water using biochar derived from kitchen waste. Sci Rep 15:29907
5. Akeremale OK (2022) Adsorbents for purification of dye-contaminated wastewater: A review. J Chem Rev 4:
6. Yue C, Chen L, Zhang H, et al (2023) Metal–organic framework-based materials: emerging high-efficiency catalysts for the heterogeneous photocatalytic degradation of pollutants in water. Environ Sci Water Res Technol 9:669–695
7. Vaiano V, De Marco I (2023) Removal of azo dyes from wastewater through heterogeneous photocatalysis and supercritical water oxidation. Separations 10:230
8. Wenderich K, Mul G (2016) Methods, mechanism, and applications of photodeposition in photocatalysis: a review. Chem Rev 116:14587–14619
9. Li C-J, Wang J-N, Wang B, et al (2012) A novel magnetically separable TiO2/CoFe2O4 nanofiber with high photocatalytic activity under UV–vis light. Mater Res Bull 47:333–337. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.11.012
10. Khokhar MF, Bangfan L, Abbas M, et al (2025) Mechanistic insights and management approaches in photocatalytic degradation of tetracycline antibiotic using zinc ferrite nanoparticles. React Kinet Mech Catal 1–22
11. Qin H, He Y, Xu P, et al (2021) Spinel ferrites (MFe2O4): Synthesis, improvement and catalytic application in environment and energy field. Adv Colloid Interface Sci 294:102486
12. Manohar A, Chintagumpala K, Kim KH (2021) Mixed Zn–Ni spinel ferrites: Structure, magnetic hyperthermia and photocatalytic properties. Ceram Int 47:7052–7061
13. Rosales-González O, Bolarín-Miró AM, Pedro-García F, et al (2025) Tuning the multiferroic properties of spinel nickel ferrite via zinc doping. J Mater Sci Mater Electron 36:833
14. Singh V (2025) An overview on recent trends of spinel ferrites (MFe2O4: M= Fe2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, Zn2+) synthesis and catalytic applications. Int J New Chem 12:283–317
15. Tangcharoen T (2022) Structural, Degree of Inversion, and Magneton Number Studies on Fe3+‐Substituted MAl2O4 (M= Ni, Cu, Zn) Spinel Powders: The Evidence for Local Site Exchange of Cation and Magnetization Increment. Phys status solidi 259:2200240
16. George M, John AM, Nair SS, et al (2006) Finite size effects on the structural and magnetic properties of sol–gel synthesized NiFe2O4 powders. J Magn Magn Mater 302:190–195
17. Shi Y, Ding J, Liu X, Wang J (1999) NiFe2O4 ultrafine particles prepared by co-precipitation/mechanical alloying. J Magn Magn Mater 205:249–254
18. Zhou J, Ma J, Sun C, et al (2005) Low‐Temperature Synthesis of NiFe2O4 by a Hydrothermal Method. J Am Ceram Soc 88:3535–3537
19. Bashir AKH, Matinise N, Sackey J, et al (2020) Investigation of electrochemical performance, optical and magnetic properties of NiFe2O4 nanoparticles prepared by a green chemistry method. Phys E Low-Dimensional Syst Nanostructures 119:114002
20. Ceylan A, Ozcan S, Ni C, Shah SI (2008) Solid state reaction synthesis of NiFe2O4 nanoparticles. J Magn Magn Mater 320:857–863
21. Hassanzadeh Tabrizi SA (2022) Synthesis, characterization, and magnetic properties of NiFe2O4 nanoparticles. J Part Sci Technol 8:79–85
22. Hussain M, Alanazi MM, Abdelmohsen SAM, et al (2024) Enhanced supercapacitive performance of FeAl2O4 nanoparticles with neodymium (Nd) doping by sonication method. Jom 76:3185–3194
23. Summer M, Tahir HM, Ali S, et al (2023) Bactericidal potential of different size sericin‐capped silver nanoparticles synthesized by heat, light, and sonication. J Basic Microbiol 63:1016–1029
24. Naveed-Ul-Haq M, Hussain S (2022) Pressure-induced structural, electronic, and magnetic evolution in cubic inverse spinel nife2o4, an ab-initio study. Appl Phys A 128:30
25. Kawsar M, Hossain MS, Bahadur NM, Ahmed S (2024) Synthesis of nano-crystallite hydroxyapatites in different media and a comparative study for estimation of crystallite size using Scherrer method, Halder-Wagner method size-strain plot, and Williamson-Hall model. Heliyon 10:
26. Alam MK, Hossain MS, Bahadur NM, Ahmed S (2024) A comparative study in estimating of crystallite sizes of synthesized and natural hydroxyapatites using Scherrer Method, Williamson-Hall model, Size-Strain Plot and Halder-Wagner Method. J Mol Struct 1306:137820
27. Dolabella S, Borzì A, Dommann A, Neels A (2022) Lattice strain and defects analysis in nanostructured semiconductor materials and devices by high‐resolution X‐ray diffraction: Theoretical and practical aspects. Small Methods 6:2100932
28. Al-Gburi HHJ, Hassanzadeh-Tabrizi SA, Jabbarzare S (2025) Production of Cu0. 5Zn0. 5Fe2O4 Nanostructures as a Hyperthermia Agent for Cancer Healing. Int J Biomater 2025:7290633
29. Zhai W, Zhou W, Nai SML, Wei J (2020) Characterization of nanoparticle mixed 316 L powder for additive manufacturing. J Mater Sci Technol 47:162–168
30. Divya S, Sivaprakash P, Raja S, et al (2022) Impact of Zn doping on the dielectric and magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles. Ceram Int 48:33208–33218
31. Xiao Y, Du J (2020) Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications. J Mater Chem B 8:354–367
32. Muthukumaran T, Philip J (2024) A review on synthesis, capping and applications of superparamagnetic magnetic nanoparticles. Adv Colloid Interface Sci 334:103314
33. Myrick ML, Simcock MN, Baranowski M, et al (2011) The Kubelka-Munk diffuse reflectance formula revisited. Appl Spectrosc Rev 46:140–165
34. Makuła P, Pacia M, Macyk W (2018) How to correctly determine the band gap energy of modified semiconductor photocatalysts based on UV–Vis spectra. J. Phys. Chem. Lett. 9:6814–6817
35. Benlembarek M, Salhi N, Benrabaa R, et al (2023) Enhanced photocatalytic performance of NiFe2O4 nanoparticle spinel for hydrogen production. Int J Hydrogen Energy 48:8932–8942
36. Kumar KV, Porkodi K, Selvaganapathi A (2007) Constrain in solving Langmuir–Hinshelwood kinetic expression for the photocatalytic degradation of Auramine O aqueous solutions by ZnO catalyst. Dye Pigment 75:246–249
