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Feb 10, 2024

Sintesi dell'ossido trimetallico (Fe2O3

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 12927 (2023) Cita questo articolo 316 Accessi Dettagli sulle metriche In questo articolo, nanocompositi trifase Fe2O3–MgO–CuO (NC) e CuO, Fe2O3 e MgO puri

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12927 (2023) Citare questo articolo

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In questo articolo, nanocompositi trifase Fe2O3–MgO–CuO (NC) e nanoparticelle (NP) pure di CuO, Fe2O3 e MgO sono stati preparati utilizzando la tecnica sol-gel. Le proprietà fisiche dei prodotti preparati sono state esaminate utilizzando SEM, XRD e UV-visibile. I dati XRD hanno indicato la formazione di NP pure di CuO, Fe2O3 e MgO, nonché la formazione di nanocompositi con Fe2O3 (cubico), MgO (cubico) e CuO (monoclino). La dimensione dei cristalliti di tutti i campioni preparati è stata calcolata tramite la formula di Scherrer. Il bandgap energetico di CuO, Fe2O3 e MgO e Fe2O3-MgO-CuO NC è stato calcolato dalla spettroscopia UV-visibile come segue, rispettivamente, 2,13, 2,29, 5,43 e 2,96 eV. I risultati hanno mostrato che gli NC Fe2O3–MgO–CuO sono un materiale alternativo per un'ampia gamma di applicazioni come dispositivi optoelettronici grazie alle loro eccezionali proprietà.

Grazie alle loro proprietà ottiche, elettriche, termiche, fotocatalitiche, meccaniche, adsorbenti e strutturali uniche, i nanocompositi (NC) di ossidi metallici (MO) hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni1,2,3,4,5. Gli NC sono composti da due o più nano-ossidi e possiedono proprietà che dipendono dalla concentrazione di ciascun ossido costituente nella miscela6,7,8. Sono utili in una varietà di applicazioni, tra cui celle solari, strumenti fotovoltaici, materiali per batterie, sensori di gas e celle a combustibile9,10,11,12,13,14,15. L'ossido di rame (CuO) è un semiconduttore di tipo p con una stretta banda proibita di 1,2 eV8. Ha proprietà ottiche e strutturali uniche con una preparazione a basso costo. Ha attirato notevole attenzione grazie alle sue potenziali applicazioni nella superconduttività, nel rilevamento dei gas, nelle celle solari e nei supercondensatori16,17. Inoltre, è un semiconduttore non tossico e facilmente disponibile18,19. L'ossido di magnesio (MgO), con una banda proibita diretta di 5,2–7 eV, è un semiconduttore di tipo n che mostra notevoli proprietà strutturali, catalitiche, ottiche e chimiche17,20,21,22. L'ossido di ferro (III) (Fe2O3) ha una banda proibita stretta di quasi 2 eV. È associato a determinate caratteristiche, come la bassa tossicità, il basso costo, il comportamento magnetico e l'elevata solubilità23,24. Pertanto, è impegnato in varie applicazioni che coinvolgono biomedicina, cosmetici, diagnostica, sensori, radiologia e vaccini9,23,25,26.

Combinando i diversi ossidi metallici (MO) per formare nuovi NC, varie proprietà dei singoli ossidi potrebbero essere significativamente migliorate e, di conseguenza, aprire una nuova strada di ricerca per applicazioni optoelettroniche, elettriche, termiche, fotocatalitiche e biologiche26,27. Gli NC di ossidi metallici misti possono essere fabbricati tramite diversi approcci come la co-precipitazione28, la sonochimica7, la combustione in soluzione29, la tecnica a microonde10, l'assistenza ultrasonica30 e i metodi verdi2,11.

In questo lavoro, le NC trifase Fe2O3–MgO–CuO e le NP pure di CuO, Fe2O3 e MgO sono state preparate utilizzando il metodo sol-gel. Presenta i vantaggi di essere ecologico, semplice, economico e veloce da eseguire senza attrezzature speciali. In questo caso, la novità risiede nella combinazione progettata dei tre ossidi metallici in un unico NC, che presumibilmente potrebbe portare a proprietà migliorate e potenziali applicazioni. Gli ossidi ottenuti sono stati caratterizzati per le loro proprietà strutturali e ottiche mediante XRD, UV-visibile e SEM.

Nitrato di magnesio esaidrato (Mg(NO3)2·6H2O; 97%), nitrato di ferro non aidrato (Fe(NO3)3·9H2O; 97%), nitrato di rame triidrato (Cu(NO3)2·3(H2O; 98%) e l'etanolo assoluto è stato acquistato da BDH e utilizzato come ricevuto senza trattamenti aggiuntivi.

Per fabbricare gli NC Fe2O3–MgO–CuO è stato utilizzato il metodo sol-gel20,31, che prevede i seguenti passaggi: Cu(NO3)2·3(H2O) (3,382 g in 20 mL di etanolo), Fe(NO3)3· 9(H2O) (5,65 g in 20 mL di etanolo) e Mg(NO3)2·6(H2O) (3,589 g in 20 mL di etanolo) con rapporto molare costante (1:1:1) sono stati sintetizzati come tre soluzioni separate. Ciascuna soluzione è stata agitata per 10 minuti a 23 ± 2 °C per ottenere una soluzione omogenea. Le soluzioni sono state miscelate sotto costante agitazione per 70 minuti a 80°C fino all'ottenimento del gel. Successivamente, il gel brucia per creare xerogel, che viene macinato in polvere fine e ricotto a 800 °C per 90 minuti. I singoli ossidi puri (Fe2O3, CuO e MgO) sono stati preparati separatamente seguendo passaggi simili al composito, utilizzando il sale corrispondente.