Photocatalytic Activity of Ba-Doped BiFeO3 Nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

In this work, nanopowders of the Bi₁–xBaₓFeO₃ system (x = 0, 0.10, 0.20) were synthesized using the combustion method of nitrate-organic precursors. The effect of doping bismuth ferrite (BiFeO₃) with barium (Ba²⁺) ions on the morphology, crystal structure, and photocatalytic activity of the material was studied. X-ray diffraction analysis showed that all samples crystallize in a rhombohedrally distorted perovskite structure with the R3c space group. Doping with barium led to a significant decrease in crystallite size, as well as distortion of the crystal lattice. In the case of 20% substitution, the formation of a BaCO₃ impurity was observed, which was also confirmed by Raman spectroscopy. It was shown that the introduction of barium results in a more porous texture and a significant increase in the specific surface area of the material. The original BiFeO₃ demonstrated extremely low efficiency in the photocatalytic decomposition of methylene blue compared to photolysis. However, barium doping significantly improved the photocatalytic performance: at 20% Ba substitution, methylene blue decomposition reached 99% within 1 hour.

About the authors

R. R. Gyulakhmedov

Dagestan State University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000

F. F. Orudzhev

Dagestan State University; Institute of Physics, Dagestan Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000; Makhachkala, 367015

A. N. Khrustalev

MIREA — Russian Technological University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119454

D. S. Sobola

Brno Technical University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Czech Republic, Brno, 60200

M. D. Abdurakhmanov

Dagestan State University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000

Sh. P. Faradzhev

Dagestan State University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000

A. E. Muslimov

A.V. Shubnikov Institute of Crystallography of the Kurchatov Complex Crystallography and Photonics of the National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119333

V. M. Kanevsky

A.V. Shubnikov Institute of Crystallography of the Kurchatov Complex Crystallography and Photonics of the National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119333

M. Kh. Rabadanov

Dagestan State University

Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000

N.-M. R. Alikhanov

Dagestan State University; Institute of Physics, Dagestan Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: alihanov.nariman@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367000; Makhachkala, 367015

References

  1. Lefebvre O., Moletta R. // Water Res. 2006. V. 40. P. 3671. https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.08.027
  2. Pirilä M., Saouabe M., Ojala S., Rathnayake B., Drault F., Valtanen A., Huuhtanen M., Brahmi R., Keiski R. L. // Top. Catal. 2015. V. 58. P. 1085. https://doi.org/10.1007/s11244-015-0477-7
  3. Nakata K., Fujishima A. // J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 2012. V. 13. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001
  4. Mishra M., Chun D. M. // Appl. Catal. A Gen. 2015. V. 498. P. 126. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.03.023
  5. Lee G. J., Wu J. J. // Powder Technol. 2017. V. 318. P. 8. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.05.022
  6. Gu X., Li C., Yuan S., Ma M., Qiang Y., Zhu J. // Nanotechnology. 2016. V. 27. P. 402001. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/40/402001
  7. Vavilapalli D. S., Srikanti K., Mannam R., Tiwari B., Mohan Kant M., Rao M. S. R., Singh S. // ACS Omega. 2018. V. 3. P. 16643. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01744
  8. Mohan S., Subramanian B., Sarveswaran G. // J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. P. 6835. https://doi.org/10.1039/c4tc01038h
  9. Khan H., Lofland S. E., Ahmed J., Ramanujachary K. V., Ahmad T. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 58. P. 717. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.01.257
  10. Lacerda L. H. S., de Lazaro S. R. // J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2020. V. 400. P. 112656. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112656
  11. Catalan G., Scott J. F. // Adv. Mater. 2009. V. 21. P. 2463. https://doi.org/10.1002/adma.200802849
  12. Han S. H., Kim K. S., Kim H. G., Lee H. G., Kang H. W., Kim J. S., Il Cheon C. // Ceram. Int. 2010. V. 36. P. 1365. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.01.020
  13. Soltani T., Entezari M. H. // Chem. Eng. J. 2013. V. 223. P. 145. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.02.124
  14. Soltani T., Entezari M. H. // Chem. Eng. J. 2014. V. 251. P. 207. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.04.021
  15. Soltani T., Entezari M. H. // Ultrason. Sonochem. 2013. V. 20. P. 1245. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2013.01.012
  16. Haruna A., Abdulkadir I., Idris S. O. // Heliyon. 2020. V. 6. P. e03237. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03237
  17. Nassereddine Y., Benyoussef M., Asbani B., El Marssi M., Jouiad M. // Nanomater. 2024. V. 14. Iss. 1. P. 51. https://doi.org/10.3390/nano14010051
  18. Huo Y., Jin Y., Zhang Y. // J. Mol. Catal. A Chem. 2010. V. 331. P. 15. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2010.08.009
  19. Duan Q., Kong F., Han X., Jiang Y., Liu T., Chang Y., Zhou L., Qin G., Zhang X. // Mater. Res. Bull. 2019. V. 112. P. 104. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.12.012
  20. Abdul Satar N. S., Adnan R., Lee H. L., Hall S. R., Kobayashi T., Mohamad Kassim M. H., Mohd Kaus N. H. // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 15964. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.105
  21. Li Z., Dai W., Bai L., Wang Y., Ma D., Peng Y., Deng Z., Xie Y., Liu B., Zhang G., Wang X., Zhu L. // J. Alloys Compd. 2023. V. 968. P. 171863. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171863
  22. Orudzhev F. F., Alikhanov N. M. R., Ramazanov S. M., Sobola D. S., Murtazali R. K., Ismailov E. H., Gasimov R. D., Aliev A. S., Ţălu Ş. // Mol. 2022. V. 27. P. 7029. https://doi.org/10.3390/molecules27207029
  23. Irfan S., Li L., Saleemi A. S., Nan C. W. // J. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. P. 11143. https://doi.org/10.1039/C7TA01847A
  24. Yang R., Sun H., Li J., Li Y. // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 14032. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.04.256
  25. Lu Z., Xie T., Wang L., Li L., Cao C., Mo C. // Opt. Mater. (Amst). 2022. V. 134. P. 113185. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.113185
  26. Mandal G., Goswami M. N., Mahapatra P. K. // Phys. B Condens. Matter. 2024. V. 695. P. 416475. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416475
  27. Soltani T., Lee B. K. // J. Hazard. Mater. 2016. V. 316. P. 122. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.052
  28. Dubey A., Schmitz A., Shvartsman V. V., Bacher G., Lupascu D. C., Castillo M. E. // Nanoscale Adv. 2021. V. 3. P. 5830. https://doi.org/10.1039/D1NA00420D
  29. Li P., Lin Y.-H., Nan C.-W. // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. P. 033922. https://doi.org/10.1063/1.3622564
  30. Abdelmadjid K., Gheorghiu F., Abderrahmane B. // Mater. 2022. V. 15. P. 961. https://doi.org/10.3390/ma15030961
  31. Zhang Y., Yang Y., Dong Z., Shen J., Song Q., Wang X., Mao W., Pu Y., Li X. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2020. V. 31. P. 15007. https://doi.org/10.1007/s10854-020-04064-5
  32. Alikhanov N. M. R., Rabadanov M. K., Orudzhev F. F., Gadzhimagomedov S. K., Emirov R. M., Sadykov S. A., Kallaev S. N., Ramazanov S. M., Abdulvakhidov K. G., Sobola D. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2021. V. 32. P. 13323. https://doi.org/10.1007/s10854-021-05911-9
  33. Shannon R. D. // Foundations of Crystallography. 1976. V. 32. Iss. 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  34. Fukumura H., Harima H., Kisoda K., Tamada M., Noguchi Y., Miyayama M. // J. Magn. Magn. Mater. 2007. V. 310. P. e367. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.10.282
  35. Bielecki J., Svedlindh P., Tibebu D. T., Cai S., Eriksson S. G., Börjesson L., Knee C. S. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P. 184422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.184422
  36. Park T. J., Papaefthymiou G. C., Viescas A. J., Moodenbaugh A. R., Wong S. S. // Nano Lett. 2007. V. 7. P. 766. https://doi.org/10.1021/nl063039w
  37. Hermet P., Goffinet M., Kreisel J., Ghosez P. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 220102. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.220102
  38. Suresh S., Kathirvel A., Uma Maheswari A., Sivakumar M. // Mater. Res. Exp. 2019. V. 6. P. 115057. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab45a8
  39. Sivakumar A., Dhas S. S. J., Almansour A. I., Kumar R. S., Arumugam N., Perumal K., Dhas S. A. M. B. // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2021. V. 127. P. 1. https://doi.org/10.1007/s00339-021-05059-7
  40. Hui J., Hushur A., Hasan A. // Phys. Solid State. 2024. V. 66. P. 318. https://doi.org/10.1134/S1063783424600985
  41. Soltani T., Lee B. K. // J. Mol. Catal. A Chem. 2016. V. 425. P. 199. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.10.009
  42. Makhdoom A. R., Akhtar M. J., Rafiq M. A., Hassan M. M. // Ceram. Int. 2012. V. 38. Iss. 5. P. 3829. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.01.032
  43. Dhawan A., Sudhaik A., Raizada P., Thakur S., Ahamad T., Thakur P., Singh P., Hussain C. M. // J. Ind. Eng. Chem. 2023. V. 117. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2022.10.001
  44. Deng H., Qin C., Pei K., Wu G., Wang M., Ni H., Ye P. // Mater. Chem. Phys. 2021. V. 270. P. 124796. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124796
  45. Wang D. H., Goh W. C., Ning M., Ong C. K. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. P. 212907. https://doi.org/10.1063/1.2208266
  46. Subramanian Y., Ramasamy V., Karthikeyan R. J., Srinivasan G. R., Arulmozhi D., Gubendiran R. K., Sriramalu M. // Heliyon. 2019. V. 5. Iss. 6. P. e01831. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01831
  47. Sun Q., Hong Y., Liu Q., Dong L. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 430. P. 399. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.08.085
  48. Volnistem E. A., Bini R. D., Silva D. M., Rosso J. M., Dias G. S., Cotica L. F., Santos I. A. // Ceram. Int. 2020. V. 46. Iss. 11. P. 18768. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.194
  49. Zhao W., Wang Y., Yang Y., Tang J., Yang Y. // Appl. Catal. B: Environ. 2012. V. 115. P. 90. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2011.12.018
  50. Alijani H., Abdouss M., Khataei H. // Diamond Relat. Mater. 2022. V. 122. P. 108817. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108817
  51. Bagherzadeh M., Kaveh R., Ozkar S., Akbayrak S. // Res. Chem. Intermed. 2018. V. 44. P. 5953. https://doi.org/10.1007/s11164-018-3466-1
  52. Balasubramanian V., Kalpana S., Anitha R., Senthil T. S. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2024. V. 182. P. 108732. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2024.108732

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».