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Feb 10, 2024

Synthèse d'oxyde trimétallique (Fe2O3

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 12927 (2023) Citer cet article 316 Accès aux détails des métriques Dans cet article, les nanocomposites triphasés Fe2O3 – MgO – CuO (NC) et CuO pur, Fe2O3 et MgO

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12927 (2023) Citer cet article

316 Accès

Détails des métriques

Dans cet article, des nanocomposites (NC) triphasés Fe2O3 – MgO – CuO et des nanoparticules pures de CuO, Fe2O3 et MgO (NP) ont été préparés à l'aide de la technique sol-gel. Les propriétés physiques des produits préparés ont été examinées par SEM, XRD et UV-visible. Les données XRD ont indiqué la formation de NP purs de CuO, Fe2O3 et MgO, ainsi que la formation de nanocomposites avec Fe2O3 (cubique), MgO (cubique) et CuO (monoclinique). La taille des cristallites de tous les échantillons préparés a été calculée via la formule de Scherrer. La bande interdite d'énergie des NC CuO, Fe2O3 et MgO et Fe2O3 – MgO – CuO a été calculée à partir de la spectroscopie UV-visible comme suit 2,13, 2,29, 5,43 et 2,96 eV, respectivement. Les résultats ont montré que les NC Fe2O3 – MgO – CuO constituent un matériau alternatif pour un large éventail d’applications en tant que dispositifs optoélectroniques en raison de leurs propriétés exceptionnelles.

En raison de leurs propriétés optiques, électriques, thermiques, photocatalytiques, mécaniques, adsorbantes et structurelles uniques, les nanocomposites (NC) d’oxyde métallique (MO) ont attiré beaucoup d’attention ces dernières années1,2,3,4,5. Les NC sont composés de deux ou plusieurs nano-oxydes et possèdent des propriétés qui dépendent de la concentration de chaque oxyde constitutif dans le mélange6,7,8. Ils sont utiles dans diverses applications, notamment les cellules solaires, les instruments photovoltaïques, les matériaux de batterie, les capteurs de gaz et les piles à combustible9,10,11,12,13,14,15. L'oxyde de cuivre (CuO) est un semi-conducteur de type p avec une bande interdite étroite de 1,2 eV8. Il possède des propriétés optiques et structurelles uniques avec une préparation à faible coût. Il a attiré une attention considérable en raison de ses applications potentielles dans les domaines de la supraconductivité, de la détection de gaz, des cellules solaires et des supercondensateurs16,17. De plus, il s’agit d’un semi-conducteur non toxique et facilement disponible18,19. L'oxyde de magnésium (MgO), avec une bande interdite directe de 5,2 à 7 eV, est un semi-conducteur de type n qui présente des propriétés structurelles, catalytiques, optiques et chimiques remarquables. L'oxyde de fer (III) (Fe2O3) est une bande interdite étroite de près de 2 eV. Il est associé à certaines caractéristiques, comme la faible toxicité, le faible coût, le comportement magnétique et la haute solubilité23,24. Ainsi, elle est engagée dans diverses applications impliquant la biomédecine, les cosmétiques, les diagnostics, les capteurs, la radiologie et les vaccins9,23,25,26.

En combinant les différents oxydes métalliques (MO) pour former de nouveaux NC, diverses propriétés de chaque oxyde pourraient être considérablement améliorées et, par conséquent, ouvrir une nouvelle voie de recherche pour les applications optoélectroniques, électriques, thermiques, photocatalysées et biologiques26,27. Les NC d'oxydes métalliques mixtes peuvent être fabriqués via différentes approches telles que la co-précipitation28, la sonochimie7, la combustion en solution29, la technique micro-ondes10, l'assistance par ultrasons30 et les méthodes vertes2,11.

Dans ce travail, des NC triphasés Fe2O3 – MgO – CuO et des NP purs CuO, Fe2O3 et MgO ont été préparés à l'aide de la méthode sol-gel. Il présente les avantages d’être écologique, simple, peu coûteux et rapide à réaliser sans aucun équipement spécial. Ici, la nouveauté réside dans la combinaison conçue des trois oxydes métalliques dans un seul NC, ce qui pourrait conduire à des propriétés améliorées et à des applications potentielles. Les oxydes obtenus ont été caractérisés pour leurs propriétés structurelles et optiques par DRX, UV-visible et SEM.

Nitrate de magnésium hexahydraté (Mg(NO3)2·6H2O ; 97 %), Nitrate de fer nonahydraté (Fe(NO3)3·9H2O ; 97 %), nitrate de cuivre trihydraté (Cu(NO3)2·3(H2O ; 98 %) et L'éthanol absolu a été acheté auprès de BDH et utilisé tel que reçu sans traitement supplémentaire.

La méthode sol-gel20,31 a été utilisée pour fabriquer les NC Fe2O3-MgO-CuO, qui implique les étapes suivantes : Cu(NO3)2·3(H2O) (3,382 g dans 20 ml d'éthanol), Fe(NO3)3· Le 9 (H2O) (5,65 g dans 20 ml d'éthanol) et le Mg (NO3) 2,6 (H2O) (3,589 g dans 20 ml d'éthanol) avec un rapport molaire constant (1: 1: 1) ont été synthétisés sous forme de trois solutions distinctes. Chaque solution a été agitée pendant 10 min à 23 ± 2 °C pour obtenir une solution homogène. Les solutions ont été mélangées sous agitation constante pendant 70 minutes à 80 °C jusqu'à l'obtention d'un gel. Après cela, le gel brûle pour créer du xérogel, qui est broyé en poudre fine et recuit à 800 °C pendant 90 minutes. Les oxydes purs individuels (Fe2O3, CuO et MgO) ont été préparés séparément en suivant des étapes similaires à celles du composite, en utilisant le sel correspondant.