Фотокаталітична активність шпінельних феритів CoxFe₃-xO₄ (0,25<x<1), отриманих під дією контактної низькотемпературної нерівноважної плазми

Abstract

Інтерес дослідників до системи CoxFe₃-xO₄ значно виріс за останні десятиліття. Це пов'язано з використанням феритів кобальту для виготовлення високочастотних пристроїв, в магнітно-резонансній томографії, біотехнології внаслідок високої магнітокрісталічної анізотропії, високої коерцитивності і помірної намагніченості насиченості, здатності зменшувати магнітні втрати на високих частотах. Одним із способів поліпшення магнітних властивостей феритових порошків є регулювання структури вихідного матеріалу. Гідрофазні методи синтезу, в тому числі інноваційні, є основою для створення перспективних і високотехнологічних феритових матеріалів. Тому закономірності їх формування є об'єктом всебічного вивчення. Особливість гідрофазного синтезу полягає в тому, що він дозволяє забезпечити високу стехіометрію і однорідність кінцевого продукту, більш низькі температури синтезу, ніж при твердофазному і порівняно просте і доступне обладнання. Метою дослідження було визначення кристалохімічних параметрів феритів кобальту зі структурою шпінелі в системі CoxFe₃-xO₄ (0,25<x<1), встановлення залежності структури і магнітних характеристик сполук, що утворюються від складу, і визначення фотокаталітичної активності феритів кобальту в реакції розкладання 4-нітрофенолу. Порівняльне дослідження кобальтових феритів CoxFe₃-xO₄ з різним складом (x = 0,25, 0,5, 0,75, 1,0), синтезованих за допомогою контактної низькотемпературної нерівноважної плазми показало, що композіціі, відмінні від стехіометричних мають дефектну структуру. Середній розмір кристалітів розрахований з піків дифрактограм підтвердив діапазон розмірів 35,0 -41,8 нм. Намагніченість насиченості зразків зростає зі зменшенням мольного співвідношення катіонів. Максимальна коерцитивної сила відповідає стехіометричному складу. Вивчено фотокаталітичні властивості в реакції розкладання 4 нітрофенолу. Зі збільшенням вмісту кобальту ступінь розкладу 4-нітрофенолу зменшується.Researchers' interest in the CoxFe₃-xO₄ system has grown significantly over the past decades. This is due to the use of cobalt ferrite for the manufacture of high-frequency devices, in magnetic resonance imaging, biotechnology due to the high magnetocrystalline anisotropy, high coercivity and moderate saturation of the magnetization, the ability to reduce magnetic loss at high frequencies.One way to improve the magnetic properties of ferrite powders is to control the structure of the starting material. Hydrophase synthesis methods, including innovative ones, are the basis for creating promising and high-tech ferrite materials. Therefore, the laws of their formation are the subject of a comprehensive study. The peculiarity of hydrophase synthesis is that it allows for high stoichiometry and uniformity of the final product, lower synthesis temperatures than for solid phase) and relatively simple and affordable equipment. The aim of the study was to determine the crystallochemical parameters of cobalt ferrites with spinel structure in the CoxFe₃-xO₄ (0,25<x<1) system, to determine the composition and magnetic characteristics of the resulting compounds as a function of composition, and to determine the photocatalytic activity of cobalt ferrites in the decomposition of 4-nitrophenol. A comparative study of CoxFe₃-xO₄ cobalt ferrites with different compositions (x = 0.25, 0.5, 0.75, 1.0) synthesized using contact low-temperature nonequilibrium plasma showed that compositions other than stoichiometric have a defective structure. The average crystallite size calculated from the diffraction pattern peaks confirmed a size range of 35.0 -41.8 nm. The saturation magnetization of samples increases with decreasing molar ratio of cations. The maximum coercive force corresponds to the stoichiometric composition. The photocatalytic properties in the decomposition reaction of 4 nitrophenol were studied. With an increase in cobalt content, the degree of decomposition of 4-nitrophenol decreases.