La3+, Ho3+ katkılı seryum oksidin sol-jel yöntem ile sentezi: kafes kusurları ve optik özellikleri üzerindeki değişim

Abstract

Fotokatalik aktivite, ekonomik olan güneş ışığını kullanarak ve herhangi bir kanserojen yan ürün içermeyen organik kirleticilerin degredasyonunu kullanarak çevre iyileştirme alanında etkili bir yöntemdir. Fotokatalist çalışmalarda yarı iletken metal oksitler, boya bozunması için geniş ölçüde çalışılmaktadır. Bu amaçla La3+, Ho3+ katkılı seryum oksit toz parçacıkları sol-jel yöntem kullanılarak sentezlendi. Elde edilen örneğin kristal yapısı ve meydana gelebilecek olası farklı fazların incelenmesinde X-Işınları difraktometresi (XRD) kullanıldı. Yapıda kübik florit tipi faz oluşumu görüldü. Birim hücre parametreleri, katkı yarıçapının artmasıyla arttı. Yüzey morfolojisi SEM ile karakterize edildi. Sıcaklığa bağlı olarak kütle kayıplarını, termal davranışını TG/DTA ile analiz edildi. Oluşan yapının simetri özelliklerini farklı titreşim modlarının görünümünü ile yapıda oluşan bozunma/ kusur hakkında bilgi edinmek için Raman analizi kullanıldı. Analiz sonucunda sentezlenen malzemenin spektrumu, yaklaşık 465 cm-1'de bulunan ve seryum oksit bazlı tipik florit kafes yapısının karakteristiği olan Ce-O8 kristal ünitesinin simetrik gerilme moduna atfedilen en yoğun zirvede (F2g) görülmektedir. Farklı sıcaklıklarda kalsine edilen Ce0.85La0.1Ho0.05O2 bileşiğinin UV-vis spektroskopisi çalışmalarında kirletici materyal olarak metilen mavisi üzerin bozucu etkisini incelemek için 5 ppm miktarda ölçüm yapıldı. Çalışma sonucunda fotokatalitik davranışını başlangıç bozucu maddesi metilen mavisinin konsantrasyonunu kalsinasyon sıcaklığındaki farklılığın belirleyici olduğu sonucuna varıldı.

Keywords

• Fotokatalitik Aktivite,katkılı CeO2,Uv-vis Spektroskopisi,Raman,Bandgap

References

1. Alı, S. R., Kumar, R., & Arya, M. C. 2018. Enhanced Photocatalytic Activity of Manganese-Doped Cerium Oxide Nanoparticles under Visible and UV Irradiation. Asian Journal of Chemistry, 30(11), 2544-2550.
2. Ali, S. R., Kumar, R., Kadabinakatti, S. K., & Arya, M. C. 2018. Enhanced UV and visible light—driven photocatalytic degradation of tartrazine by nickel-doped cerium oxide nanoparticles. Materials Research Express, 6(2), 025513.
3. Amar, I. A., Harara, H. M., Baqul, Q. A., Qadir, A., Mabroukah, A., Altohami, F. A., ... & Saleh, F. A. 2020. Photocatalytic degradation of malachite green dye under UV light irradiation using calcium-doped ceria nanoparticles. Asian Journal of Nanosciences and Materials, 3(1), 1-14.
4. Anantharaman, A., Josephine, B. A., Teresita, V. M., Ajeesha, T. L., & George, M. 2019. Photo-Fenton Activity of Magnesium Substituted Cerium Ferrite Perovskites for Degradation of Methylene Blue via Sol–Gel Method. Journal of nanoscience and nanotechnology, 19(8), 5116-5129.
5. Asaithambi, S., Sakthivel, P., Karuppaiah, M., Hayakawa, Y., Loganathan, A., & Ravi, G. 2020. Improved photocatalytic performance of nanostructured SnO 2 via addition of alkaline earth metals (Ba 2+, Ca 2+ and Mg 2+) under visible light irradiation. Applied Physics A, 126(4), 1-12.
6. Bellardita, M., Fiorenza, R., Palmisano, L., & Scirè, S. 2020. Photocatalytic and photothermocatalytic applications of cerium oxide-based materials. In Cerium Oxide (CeO₂): Synthesis, Properties and Applications (pp. 109-167). Elsevier.
7. Chahal, S., Rani, N., Kumar, A., & Kumar, P. 2019. Photocatalytic application of lithium doped cerium oxide nanoparticles upon UV light irradiation. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2115, No. 1, p. 030605). AIP Publishing LLC.
8. C.hand, P., & Singh, V. 2020. Enhanced visible-light photocatalytic activity of samarium-doped zinc oxide nanostructures. Journal of Rare Earths, 38(1), 29-38.

9. Fei, G., Guo-Hua, L., Jian-Hui, Z., Fu-Guang, Q., Zhen-Yu, Y., Zhi-Kai, L., ... & Lan-Ying, L. 2001. Growth and photoluminescence of epitaxial CeO2 film on Si (111) substrate. Chinese Physics Letters, 18(3), 443.
10. George, S. E., George, M., Alex, J., Joy, L. K., Aravind, A., Sajan, D., ... & Vinitha, G. 2020. Nonlinear optical and photocatalytic dye degradation of Co doped CeO2 nanostructures synthesized through a modified combustion technique. Ceramics International.
11. Gnanam, S., & Rajendran, V. 2018. Facile sol-gel preparation of Cd-doped cerium oxide (CeO2) nanoparticles and their photocatalytic activities. Journal of Alloys and Compounds, 735, 1854-1862.
12. Govindarasu, K., Gnanasekaran, K., Balaraman, S., Iruson, B., Krishnamoorthy, S., Padmaraj, B., ... & Dhananjayan, S. 2019. Study on Enhanced Antibacterial and Cytotoxicity of Pure and Cadmium Doped Cerium Oxide against Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria. Soft Nanoscience Letters, 9(1), 1-16.
13. Hou, H., Watanabe, K., Furuno, H., Nishikawa, M., & Saito, N. 2019. Photocatalytic Overall Water Splitting on RuO2-loaded Sm3+-doped CeO2 with Heterogenous Doping Structure. Chemistry Letters, 48(3), 200-203.
14. Jasinski, P., Suzuki, T., & Anderson, H. U. 2003. Nanocrystalline undoped ceria oxygen sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 95(1-3), 73-77.
15. Kaviyarasu, K., Magdalane, C. M., Manikandan, E., Jayachandran, M., Ladchumananandasivam, R., Neelamani, S., & Maaza, M. 2015. Well-aligned graphene oxide nanosheets decorated with zinc oxide nanocrystals for high performance photocatalytic application. International Journal of Nanoscience, 14(03), 1550007.
16. Kerli, S., Alver, Ü., Eskalen, H., Uruş, S., & Soğuksu, A. K. 2019. Structural and Morphological Properties of Boron Doped V 2 O 5 Thin Films: Highly Efficient Photocatalytic Degradation of Methyl Blue. Russian Journal of Applied Chemistry, 92(2), 304-309.
17. Liyanage, A. D., Perera, S. D., Tan, K., Chabal, Y., & Balkus Jr, K. J. 2014. Synthesis, characterization, and photocatalytic activity of Y-doped CeO2 nanorods. Acs Catalysis, 4(2), 577-584.
18. Magdalane, C. M., Kaviyarasu, K., Raja, A., Arularasu, M. V., Mola, G. T., Isaev, A. B., ... & Maaza, M. 2018. Photocatalytic decomposition effect of erbium doped cerium oxide nanostructures driven by visible light irradiation: investigation of cytotoxicity, antibacterial growth inhibition using catalyst. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 185, 275-282.
19. Özlü Torun, H., & Kırkgecit, R. 2020. Synthesis and Characterization of Co-doped CeO2 Ceramic Electrolyte for IT-SOFC. Iranian Journal of Hydrogen & Fuel Cell, 6(2), 163-170.
20. Qi, Y., Ye, J., Zhang, S., Tian, Q., Xu, N., Tian, P., & Ning, G. 2019. Controllable synthesis of transition metal ion-doped CeO2 micro/nanostructures for improving photocatalytic performance. Journal of Alloys and Compounds, 782, 780-788.
21. Ratnayake, S. P., Mantilaka, M. M. M. G. P. G., Sandaruwan, C., Dahanayake, D., Gunasekara, Y. P., Jeyasakthy, S., ... & de Silva, K. N. 2020. Low-temperature thermocatalytic particulate carbon decomposition via urea solution-combustion derived CeO2 nanostructures. Journal of Rare Earths.
22. Saranya, J., Ranjith, K. S., Saravanan, P., Mangalaraj, D., & Kumar, R. T. R. 2014. Cobalt-doped cerium oxide nanoparticles: enhanced photocatalytic activity under UV and visible light irradiation. Materials science in semiconductor processing, 26, 218-224.
23. Srisuvetha, V. T., Rayar, S. L., & Shanthi, G. (2020). Role of cerium (Ce) dopant on structural, optical and photocatalytic properties of MgO nanoparticles by wet chemical route. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 31(4), 2799-2808.
24. Trogadas, P., Parrondo, J., & Ramani, V. 2011. Platinum supported on CeO2 effectively scavenges free radicals within the electrolyte of an operating fuel cell. Chemical Communications, 47(41), 11549-11551.
25. Wang, Y., Wang, F., Chen, Y., Zhang, D., Li, B., Kang, S., ... & Cui, L. 2014. Enhanced photocatalytic performance of ordered mesoporous Fe-doped CeO2 catalysts for the reduction of CO2 with H2O under simulated solar irradiation. Applied Catalysis B: Environmental, 147, 602-609.
26. Yang, H., Xu, B., Yuan, S., Zhang, Q., Zhang, M., & Ohno, T. 2019. Synthesis of Y-doped CeO2/PCN nanocomposited photocatalyst with promoted photoredox performance. Applied Catalysis B: Environmental, 243, 513-521.
27. Zhang, D., Gong, J., Ma, J., Han, G., & Tong, Z. 2013. A facile method for synthesis of N-doped ZnO mesoporous nanospheres and enhanced photocatalytic activity. Dalton Transactions, 42(47), 16556-16561.
28. Zhou, F., Yan, C., Sun, Q., & Komarneni, S. 2019. TiO2/Sepiolite nanocomposites doped with rare earth ions: Preparation, characterization and visible light photocatalytic activity. Microporous and Mesoporous Materials, 274, 25-32.