ارتباط بين ويژگي‌هاي فيزيكي و عملكرد فوتوكاتاليستي نانوذرات نيمرساناي مغناطيسي رقيق اكسيد قلع آلاييده با كروم

Relationship between Physical Properties and Photocatalytic behavior of DMS SnO2: Cr Nanoparticles

نانو­ذرات اكسيد قلع آلاييده با كروم (SnO2:Cr) توسط فرايند سل- ژل تهيه شدند. تاثير پارامترهاي ساختاري، نقص­هاي ذاتي و غيرذاتي بر روي ويژگي­هاي فيزيكي و عملكرد فوتوكاتاليستي نانوذرات توسط تكنيك­هاي تحليلي گوناگون مورد بررسي قرار گرفت. طيف­هاي فوتوالكترون پرتو ايكس نشان دادند كه يون­هاي كروم در شبكه اكسيد قلع با حالت شيميايي 3+ وارد شدند. آناليز پراش پرتو ايكس نشان داد كه اندازه بلورك و پارامترهاي شبكه اندكي كاهش يافته در حالي­كه چگالي نابه­جايي با آلايش كروم افزايش يافته است. كرنش يكنواخت شبكه، اندازه بلورك، مادول يانگ، تنش شبكه، چگالي انرژي تغيير شكل نانوذرات توسط آناليز پهنشدگي خط پراش پرتو ايكس با استفاده از روش ويليامسون -هال اصلاح شده با فرض مدل كرنش همسانگرد (ISM)، مدل كرنش غيرهمسانگرد (ASM) و مدل چگالي انرژي تغيير شكل يكنواخت (EDM)، تخمين زده شد. كرنش انبساطي اكسيد قلع با ناخالصي كروم كاهش يافت و براي ميزان ناخالصي بيشتر به كرنش انقباضي تبديل شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) تاييد كردند كه ميانگين اندازه ذرات با ناخالصي كروم كاهش مي يابد. رفتار فرومغناطيسي در دماي اتاق در نانوذرات اكسيد قلع آلاييده با ميزان كم ناخالصي كروم مشاهده گرديد و مغناطش اشباع با افزايش ميزان ناخالصي تا 5% مول كاهش يافت. باريك شدگي گاف نواري و افزايش جذب ميان نواري در طيف جذب ناحيه فرابنفش­-مرئي و گذار از كرنش انبساطي به كرنش انقباضي ثابت كردندكه تهيجاهاي اكسيژني/ نقص هاي غيرذاتي Cr 2P))، و ميكرو كرنش­ها نقش مهمي در فرومغناطيس ضعيف و بهبود تخريب نوري نانوذرات اكسيد قلع آلاييده با كروم در مقابل رنگينه­هاي رودامين بي (RhB)، و متيلن بلو MB)) ايفا مي­كنند.

Cr–doped SnO2 nanoparticles (SnO2: Cr NPs) synthesized by sol-gel process. Influence of structural parameters, intrinsic and extrinsic defects of NPs on physical properties and photocatalytic performance of nanoparticles were investigated by various analytical techniques. X-ray photoelectron spectra revealed that Cr ions incorporated in SnO2 lattice with chemical state of +3. The X-ray diffraction analysis disclosed that crystallite size and lattice parameters reduced slightly while dislocation density increased by Cr doping. The isotropic (anisotropic) lattice strain, crystallite size, young modulus, lattice deformation stress, and deformation energy density of nanoparticles were estimated by XRD line profile analysis using modified Williamson–Hall method assuming the isotropic strain model (ISM), anisotropic strain model (ASM) and energy density model (EDM). The tensile strain of SnO2 reduced by Cr doping and converted to compressive strain for higher doping level. Transmission Electron Microscopy (TEM) micrographs confirmed that average particle size reduces by Cr doping. Ferromagnetic behavior was observed in low level Cr-doped SnO2 NPs at room temperature and saturation magnetization decreased as doping level to 5 mol% increased. Band gap narrowing, mid-gap state absorption in UV-Vis spectra, and transition from tensile to compressive strain proved that the oxygen vacancies/extrinsic defects (Cr 2p) and microstrain play an important role in weak ferromagnetism and enhanced photodegradation of Cr doped SnO2 nanoparticles against rhodamine B (RhB) and methylene blue (MB) dyes.