Optimisation of nickel ferrite production conditions for the preparation of magnetic composite photocatalysts

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ferrites of non-ferrous metals are promising magnetic catalysts that can be easily separated from the reaction mixture after use by applying a magnetic field. However, these materials have a fast electron-hole relaxation time, which reduces their activity in photoreactions. This problem is overcome by creating hybrid nanostructures based on ferrites, for example with zinc oxides. The catalytic activity of such structures depends highly on the method of their synthesis. In this work, the alkaline co-precipitation of Fe2+ and Ni2+ ions, which have similar values for hydroxides, was used to obtain stoichiometric and homogeneous nickel ferrite precursors. The influence of the reaction parameters on the purity of the nickel ferrite phase and the size of the particles was studied using the experimental design technique. Spherical nanoparticles 15.9 ± 1.1 nm in diameter were produced under the optimal conditions identified. Based on the obtained material, NiFe2O4/ZnO magnetic composites of different quantitative compositions were prepared. The photocatalytic activity of the hybrid structures was demonstrated by photodegradation of crystal violet dye.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. I. Nemkova

Siberian Federal University

Author for correspondence.
Email: diana.saykova@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk, 660041

S. V. Saikova

Siberian Federal University; Institute of Chemistry and Chemical Engineering, Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: diana.saykova@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk, 660041; Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

A. E. Krolikov

Siberian Federal University

Email: diana.saykova@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk, 660041

E. V. Pikurova

Siberian Federal University; Institute of Chemistry and Chemical Engineering, Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: diana.saykova@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk, 660041; Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036

A. S. Samoilo

Siberian Federal University

Email: diana.saykova@mail.ru
Russian Federation, Krasnoyarsk, 660041

References

  1. Литюк Л.М., Журавлев Г.И. Химия и технология ферритов: Учебное пособие для вузов. Л.: Химия, 1983. 256 с.
  2. Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения. М.: Мир, 1988. Ч. 1. 558 с.
  3. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы. М.: Высш. шк., 1986. 256 с.
  4. Zangeneh H., Zinatizadeh A.A., Zinadini S. еt al. // Composites Part B. 2019. V. 176. P. 107158. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107158
  5. An P., Zuo F., Li X. et al. // Nano. 2013. V. 8. № 6. P.1350061-1. https://doi.org/10.1142/S1793292013500616
  6. Iqbal A., Haq A. ul, Cerron-Calle G.A. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 806. https://doi.org/10.3390/catal11070806
  7. Shokri A. // Environ. Chall. 2021. V. 5. P. 100332. https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100332
  8. Arumugham N., Mariappan A., Eswaran J. et al. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 8. P. 100156. https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2022.100156
  9. Peymanfar R., Ramezanalizadeh H. // Optik. 2018. V. 169. P. 424. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.05.072
  10. Yang H., Zhang X., Weiqin A., Guangzhou Q. // Mater. Res. Bull. 2004. V. 39. № 6. P. 833.
  11. Azizi A., Sadrnezhaad S.K. // Ceram. Int. 2010. V. 36. № 7. P. 2241. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.06.004.
  12. Lisnevskaya I.V., Bobrova I.A., Lupeiko T.G. // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 37. P. 86. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.08.084
  13. Лисневская И.В., Боброва И.А., Петрова А.В., Лупейко Т.Г. // Журн. неорган. химии. 2012. Т. 57. С. 474.
  14. Sivakumar P., Ramesh R., Ramanand A. et al. // Mater. Res. Bull. 2011. № 46. P. 2208. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.09.010
  15. Mana R., Raguram T., Rajni K.S. // Mater. Today: Proc. 2019. № 18. P. 1753.
  16. Кузнецов М.В., Морозов Ю.Г., Белоусова О.В. // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 10. С. 1172.
  17. Hernandeza P.T., Kuznetsov M.V., Morozov I.G., Parkind I.P. // Mater. Sci. Eng., B. 2019. № 244. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2019.05.003
  18. Shafi K., Koltypin Y., Gedanken A. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. № 33. P. 6409.
  19. Fang J., Shama N., Tung L.D. // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. № 10. P. 7483.
  20. Rodriguez-Rodriguez A.A., Moreno-Trejo M.B., Melendez-Zaragoza M.J. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 30. P. 12421. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.183
  21. Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы. М.: Физматлит, 2010. 456 c.
  22. Udhayaa P.A., Bessy T.C., Meena M. // Mater. Today: Proceedings. 2019. V. 8. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.02.096
  23. Mapossa A.B., Dantas J., Silva M.R. // Arabian J. Chem. 2019. V. 30. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2019.09.003
  24. Jifeng Q., Tinghua Ch., Shi L. et al. // Chin. Chem. Lett. 2019. V. 30. P. 1198. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2019.01.021
  25. Morelos-Santos O., Reyes de la Torre A.I., Schacht-Hernandez P. et al. // Catal. Today. 2019. V. 329. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.10.012
  26. Zhang S., Jiang W., Li Y. et al. // Sens. Actuators, B. 2019. V. 291. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.04.090
  27. Chen D.H., He X.R. // Mater. Res. Bull. 2001. № 36. P. 1369. https://doi.org/10.1016/S0025-5408(01)00620-1
  28. Hassan A., Khan M.A., Shahid M. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 393. P. 56. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.033
  29. Velmurugan K., Venkatachalapathy V.S.K., Sendhilnathan S. // Mater. Res. 2010. V. 13. P. 299. https://doi.org/10.1590/S1516-14392010000300005
  30. Gadkari А.В., Shinde T.J., Vasambekar P.N. // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. 2010. V. 21. P. 96. https://doi.org/10.1007/s10854-009-9875-6
  31. Maaz K., Karim S., Mumtaz A. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2009. № 321. P. 1838. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.11.098
  32. Трофимова Т.В., Сайкова С.В., Пантелеева М.В. и др. // Стекло и керамика. 2018. № 2. С. 38.
  33. Сайкова С.В., Трофимова Т.В., Павликов А.Ю., Самойло А.С. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 3. С. 287.
  34. Chen C.C., Liao H.J., Cheng C.Y. et al. // Biotechnol. Lett. 2007. V. 29. P. 391. https://doi.org/10.1007/s10529-006-9265-6
  35. Chen K.C., Wu J-Y., Huang C-C. et al. // J. Biotechnol. 2003. V. 101. P. 241. https://doi.org/10.1016/S0168-1656(02)00362-0
  36. Cho B.P., Yang T., Blankenship L.R. et al. // Chem. Res. Toxicol. 2003. V. 16. P. 285. https://doi.org/10.1021/tx0256679
  37. Saykova D., Saikova S., Mikhlin Yu. et al. // Metals. 2020. V. 10. № 1. P. 1075. https://doi.org/10.3390/met10081075
  38. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 280 с.
  39. Сайкова С.В., Немкова Д.И., Пикурова Е.В., Самойло А.С. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 8. С. 1011.
  40. CRC Handbook of Chemistry and Physics / Ed. Lide D.R. CRC Press, 2017. 2560 p.
  41. Yusmar A., Armitasari L., Suharyadi E. // Mater. Today: proceedings. 2018. V. 5. P. 14955. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.04.037
  42. Sharifi I. // J. Magn. Magn. Mater. 2012. V. 324. № 15. P. 2397. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.03.008

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The structural formula (a) and the electronic absorption spectrum (b) of crystalline violet.

Download (91KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the installation for conducting a photocatalytic reaction.

Download (81KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Diffractograms of samples obtained in experiments 1-8: + — NiFe2O4, * — Fe2O3.

Download (200KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffractogram of sample 9 obtained under optimal conditions and calcined at 650 °C.

Download (69KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Micrography of TEM (a) and size distribution (b) of particles of sample 9 obtained under optimal conditions and calcined at 650 °C.

Download (139KB)
Indexing metadata
7. 6. Diffractograms of composites obtained on the basis of NiFe2O4 and ZnO after firing at 800 °C: + – ZnxNi1–xFe2O4, * – ZnO, o – Fe2O3, ~ – unidentifiable X-ray reflexes.

Download (165KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the lattice parameter of the spinel phase on the molar fraction of ZnO in composites based on NiFe2O4 and ZnO.

Download (53KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Change in the optical density of the crystalline violet solution (λmax = 590 nm) depending on the duration of the photocatalytic decomposition process: 1 – NiFe2O4, 2 – ZnFe2O4, 3 – sample K4, 4 – sample K3, 5 – sample K2, 6 – sample K5, 7 – sample K1.

Download (103KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The effect of the photocatalyst composition on the degree of destruction of crystalline violet (1 h).

Download (61KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».