نانوكامپوزيت‌هاي Cu-Cr-Oو Zn-Cr-O.Cu-Cr-O: توليد و بررسي اثر پارامترهاي گوناگون بر روي تركيب، ريخت شناسي و دانه بندي آن‌ها

Cu-Cr-O and Cu-Cr-O, Zn-Cr-O Nano-Composites: Synthesis and Study of Different Parameters on the Composition and Morphology of Them

در اين پژوهش، توليد نانوكامپوزيت­ هايCu-Cr-O وCu-Cr-O.Zn-Cr-Oبه روش هم ­رسوبي و به دنبال آن كلسينه كردن ماده پيش ­ساز در pH=9 انجام شد. تأثير موادي مانند نمك­هاي آلومينيوم نيترات و روي نيترات ، فعال كننده ­هاي سطحي PEG-400 و PEG-600 و شرايط گوناگون كلسينه كردن ماده پيش­ ساز بر ساختار بلوري، تركيب و ريخت شناسي نانوكامپوزيت بررسي شد. نانو كامپوزيت­ هاي توليد شده با استفاده ازدستگاه پراش پرتوايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف سنجي پراكندگي انرژي پرتو EDX)X)، شناسايي شدند. طبق نتيجه­ هاي به­ دست آمده، زماني­ كه نمك­ هاي استفاده شده مس(II) نيترات و آمونيوم دي كرومات بدون فعال كننده سطحي باشد، تركيب نانوكامپوزيت شامل تركيباتCuO واسپينل CuC2rO4 خواهد بود. درحالي­ كه در حضور فعال كننده­ هاي سطحي PEG-400 و PEG-600 افزون بر CuCr2O4 و CuO ، مقدار بسيار اندكي Cu2Cr2O4 نيز در ساختار ديده مي­ شود. حضوراين ماده مي­ تواند به دليل كاهش تعداد كمي از كاتيون­ هاي Cu2+ به Cu+ در اسپينل، با حضور مقدار اندكي از فعال كننده سطحي باقي مانده در هنگام سنتز ماده پيش­ ساز باشد. افزون شدن نمك روي(II) نيترات، باعث افزون شدن اسپينلZnCr2O4 به اسپينل CuCr2O4 و حذف CuO از نانوكامپوزيت مي­ شود. در حالي­ كه افزودن نمك آلومينيوم نيترات به مواد اوليه نخستين، باعث ورود Al2O3 به ساختار نانوكامپوزيت در كنار CuCr2O4 و CuO مي ­شود. ساختار اسپينلي CuAl2O4 در اين­جا تشكيل نمي­ شود چون اسپينل CuCr2O4 طبق نطري ه­ي ميدان بلور از اسپينل CuAl2O4 (كه داراي يون­هاي(d0)Al3+ است) پايدارتر است. نتيجه­ هاي SEM مشخص كرد كه شرايط گوناگون كلسيناسيون ماده­ي پيش ساز و فعال كننده سطحي بر روي ريخت ­شناسي و دانه ­بندي و اندازه ذره­ هاي نانوكامپوزيت تأثيرگذار است. بهترين نانوكامپوزيت از نظر يكنواختي اندازه ذره­ ها و ريز بودن، نمونه ­اي است كه مواد اوليه شامل Zn(NO3)2.9H2O، Cu(NO3)2.3H2O و (NH4)2Cr2O7 است و ماده پيش ­ساز دو ساعت در دماي ˚C400 و دو ساعت در دماي C˚600 كلسينه مي­ شود. تركيب ذره­ها در اين­جا شامل دو اسپينل CuCr2O4 و ZnCr2O4 و ريخت­ شناسي ذره­ ها شامل نانو صفحه­ هاي كوچكي با ضخامت در حدود 15 نانومتر است.

In this research, the synthesis of Cu-Cr-O and Cu-Cr-O.Zn-Cr-O nano-composite was done by the co-precipitation method at pH=9. The effect of some materials such as Al(NOub.9HO and Zn(NO), two polymeric surfactants, PEG-400 and PEG-600, and different calcination conditions of precursor on the structure, crystal phase, and morphology of nanocomposite was investigated. All samples were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-ray (EDX) spectroscopy analysis. According to the results of XRD, the structure of nano-composite is a function of the salts used as reactants and surfactants. When the salts used are Cu(NO.3HO and (NH) in the absence of surfactants, the nano-composite is composed of CuO and CuCr. While, within the presence of PEG-400 and PEG-600, the nano-composite consists of CuO and CuCr, in addition, a small amount of Cu is also found. The presence of Cu can be due to the reduction of some Cu ion to Cu in spinel in the presence of a little remaining surfactant. When Zn(NO is added to the reactants the nano-composite is composed of CuCr and ZnCr spinels and CuO is not seen in the crystal structure of nano-composite. Adding of Al(NOO to the reactants will cause Al to enter the structure of the nano-composite. CuAl doesn’t form here because the CuAl (which contains Al ions) is less sustainable than CuCr based on Crystal Field Stabilization Energy (CFST). SEM images of nano-composites revealed that different calcination conditions and calcination temperature and surfactants affect the morphology and uniformity and the sizes of nano-composites. The best nano-composite according to the uniformity of morphology and small particle size is formed when the reactants are Cu(NOO, (NH and Zn(NO. and the precursor is calcined 2h at 400˚C and 2h at 600˚C. The morphology of the Nano-composite is almost like a small nano-sheet with a thickness of about 15 nm.