Published March 16, 2022
| Version v1
Publication
Open
Thermal-Induced Effects on the Structural and Photocatalytic Properties of Nickel Oxide Nanoparticles for Indigo Carmine Dye Removal
Creators
- 1. Assiut University
- 2. Umm al-Qura University
- 3. Al Azhar University
- 4. King Khaled Hospital
- 5. National Research Centre
Description
Nickel oxide (NiO) nanoparticles were formed using the chemical precipitation method. The effect of the calcination process on the structural parameters, optical bandgap, and photocatalytic performance was investigated. The structural characteristics were carried out using X-ray diffraction (XRD), Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscope (SEM). The XRD analysis reveals that the formed NiO crystallized in an fcc crystal structure and the calcination process influences the crystallite size, microstrain, dislocation density, and average surface area. For example, the smallest and largest particle sizes (19.13 nm and 27.63 nm) were achieved for the samples prepared at 800 °C for 4 h and 900 °C for 2 h, respectively. Based on the diffuse reflectance spectroscopy analysis, the energy bandgap has the lowest values (3.33 eV) for the prepared NiO that calcinated at 800 °C for 2 h compared with other samples. The formation of a Ni–O stretching vibration mode is revealed by FTIR, and the broadness of the absorption band confirms that the NiO samples are nanocrystals. The morphology of the prepared NiO reveals the formation of spherical nanoparticles for NiO calcinated at 700 °C, while dodecahedron-like shapes were observed for NiO calcinated at 800 and 900 °C. The photocatalytic performance of NiO nanoparticles as catalysts for the degradation of indigo carmine dye was investigated under ultraviolet–visible irradiation up to 3 h. The best degradation efficiency was found to be 76% for NiO calcinated at 800 °C for 4 h, which belonged to the smallest crystallite size of 19.13 nm, and the highest surface area of 47.02 m2 g−1. The superior and excellent performance of this sample compared to other samples was confirmed by achieving the highest reaction rate constant (4.51 × 10−3 min−1). The proposed photodegradation mechanism shows the importance of increasing the time required for the recombination process between the positive holes and the excited electrons, which is the best possible when using the optimum photocatalyst sample that was prepared at 800 °C for 4 h.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تشكلت جسيمات أكسيد النيكل (NiO) النانوية باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي. تم التحقيق في تأثير عملية التكليس على المعلمات الهيكلية، والفجوة النطاقية البصرية، والأداء التحفيزي الضوئي. تم تنفيذ الخصائص الهيكلية باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، ويقوم فورييه بتحويل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). يكشف تحليل XRD أن أكسيد النيتروجين المشكل تبلور في بنية بلورية fcc وتؤثر عملية التكليس على حجم البلورات، والانفعال الدقيق، وكثافة الخلع، ومتوسط مساحة السطح. على سبيل المثال، تم تحقيق أصغر وأكبر أحجام الجسيمات (19.13 نانومتر و 27.63 نانومتر) للعينات التي تم تحضيرها عند 800 درجة مئوية لمدة 4 ساعات و 900 درجة مئوية لمدة ساعتين، على التوالي. بناءً على تحليل طيف الانعكاس المنتشر، تحتوي فجوة نطاق الطاقة على أدنى القيم (3.33 فولت) لأكسيد النيتروجين المحضر الذي تكلس عند 800 درجة مئوية لمدة ساعتين مقارنة بالعينات الأخرى. يتم الكشف عن تشكيل وضع اهتزاز التمدد Ni - O بواسطة FTIR، ويؤكد اتساع نطاق الامتصاص أن عينات NiO هي بلورات نانوية. تكشف مورفولوجيا أكسيد النيتروجين المحضر عن تكوين جسيمات نانوية كروية لأكسيد النيتروجين المكلسن عند 700 درجة مئوية، بينما لوحظت أشكال شبيهة بعشري السطوح لأكسيد النيتروجين المكلسن عند 800 و 900 درجة مئوية. تم التحقيق في الأداء التحفيزي الضوئي لجسيمات نيو النانوية كمحفزات لتحلل صبغة نيلي كارمين تحت الأشعة فوق البنفسجية المرئية حتى 3 ساعات. تم العثور على أفضل كفاءة تحلل بنسبة 76 ٪ لأكسيد النيتروجين المكلس عند 800 درجة مئوية لمدة 4 ساعات، والتي تنتمي إلى أصغر حجم بلوريت يبلغ 19.13 نانومتر، وأعلى مساحة سطحية تبلغ 47.02 م 2 جم-1. تم تأكيد الأداء المتفوق والممتاز لهذه العينة مقارنة بالعينات الأخرى من خلال تحقيق أعلى معدل رد فعل ثابت (4.51 × 10−3 دقيقة−1). توضح آلية التحلل الضوئي المقترحة أهمية زيادة الوقت اللازم لعملية إعادة التركيب بين الثقوب الموجبة والإلكترونات المستثارة، وهو أفضل ما يمكن عند استخدام عينة المحفز الضوئي المثلى التي تم تحضيرها عند 800 درجة مئوية لمدة 4 ساعات.Translated Description (French)
Des nanoparticules d'oxyde de nickel (NiO) ont été formées en utilisant la méthode de précipitation chimique. L'effet du processus de calcination sur les paramètres structurels, la bande interdite optique et la performance photocatalytique a été étudié. Les caractéristiques structurelles ont été réalisées en utilisant la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et le microscope électronique à balayage (MEB). L'analyse par DRX révèle que le NiO formé cristallise dans une structure cristalline fcc et que le processus de calcination influence la taille des cristallites, la micro-déformation, la densité de dislocation et la surface moyenne. Par exemple, les tailles de particules les plus petites et les plus grandes (19,13 nm et 27,63 nm) ont été atteintes pour les échantillons préparés à 800 °C pendant 4 h et 900 °C pendant 2 h, respectivement. Sur la base de l'analyse par spectroscopie de réflectance diffuse, la bande interdite d'énergie a les valeurs les plus basses (3,33 eV) pour le NiO préparé qui a calciné à 800 °C pendant 2 h par rapport aux autres échantillons. La formation d'un mode de vibration d'étirement Ni–O est révélée par FTIR, et la largeur de la bande d'absorption confirme que les échantillons de NiO sont des nanocristaux. La morphologie du NiO préparé révèle la formation de nanoparticules sphériques pour le NiO calciné à 700 °C, tandis que des formes de type dodécaèdre ont été observées pour le NiO calciné à 800 et 900 °C. La performance photocatalytique des nanoparticules de NiO en tant que catalyseurs de la dégradation du colorant indigo carmin a été étudiée sous irradiation ultraviolette-visible jusqu'à 3 h. La meilleure efficacité de dégradation a été trouvée à 76% pour le NiO calciné à 800 °C pendant 4 h, qui appartenait à la plus petite taille de cristallite de 19,13 nm et à la surface la plus élevée de 47,02 m2 g−1. La performance supérieure et excellente de cet échantillon par rapport aux autres échantillons a été confirmée en atteignant la constante de vitesse de réaction la plus élevée (4,51 × 10−3 min−1). Le mécanisme de photodégradation proposé montre l'importance d'augmenter le temps nécessaire au processus de recombinaison entre les trous positifs et les électrons excités, ce qui est le meilleur possible lors de l'utilisation de l'échantillon de photocatalyseur optimal qui a été préparé à 800 °C pendant 4 h.Translated Description (Spanish)
Las nanopartículas de óxido de níquel (NiO) se formaron utilizando el método de precipitación química. Se investigó el efecto del proceso de calcinación sobre los parámetros estructurales, la brecha de banda óptica y el rendimiento fotocatalítico. Las características estructurales se llevaron a cabo utilizando difracción de rayos X (XRD), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y microscopio electrónico de barrido (SEM). El análisis de XRD revela que el NiO formado cristalizó en una estructura cristalina fcc y el proceso de calcinación influye en el tamaño de los cristalitos, la microdeformación, la densidad de dislocación y el área superficial promedio. Por ejemplo, los tamaños de partícula más pequeños y más grandes (19.13 nm y 27.63 nm) se lograron para las muestras preparadas a 800 °C durante 4 h y 900 °C durante 2 h, respectivamente. Con base en el análisis de espectroscopía de reflectancia difusa, la brecha de banda de energía tiene los valores más bajos (3.33 eV) para el NiO preparado que se calcinó a 800 °C durante 2 h en comparación con otras muestras. La formación de un modo de vibración de estiramiento de Ni-O se revela mediante FTIR, y la amplitud de la banda de absorción confirma que las muestras de nio son nanocristales. La morfología del NiO preparado revela la formación de nanopartículas esféricas para NiO calcinado a 700 °C, mientras que se observaron formas similares a dodecaedros para NiO calcinado a 800 y 900 °C. El rendimiento fotocatalítico de las nanopartículas de NiO como catalizadores para la degradación del colorante índigo carmín se investigó bajo irradiación ultravioleta-visible hasta 3 h. Se encontró que la mejor eficiencia de degradación era del 76% para NiO calcinado a 800 °C durante 4 h, que pertenecía al tamaño de cristalito más pequeño de 19,13 nm, y el área de superficie más alta de 47,02 m2 g-1. El rendimiento superior y excelente de esta muestra en comparación con otras muestras se confirmó al lograr la constante de velocidad de reacción más alta (4.51 × 10−3 min−1). El mecanismo de fotodegradación propuesto muestra la importancia de aumentar el tiempo requerido para el proceso de recombinación entre los agujeros positivos y los electrones excitados, que es el mejor posible cuando se utiliza la muestra óptima de fotocatalizador que se preparó a 800 °C durante 4 h.Files
latest.pdf.pdf
Files
(1.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b596167e4bc93a7c95df8039c43ed0b0
|
1.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التأثيرات الحرارية المستحثة على الخصائص الهيكلية والتحفيزية الضوئية لجسيمات أكسيد النيكل النانوية لإزالة صبغة نيلي كارمين
- Translated title (French)
- Effets thermiques sur les propriétés structurelles et photocatalytiques des nanoparticules d'oxyde de nickel pour l'élimination des colorants carmins indigo
- Translated title (Spanish)
- Efectos inducidos térmicamente sobre las propiedades estructurales y fotocatalíticas de las nanopartículas de óxido de níquel para la eliminación del colorante índigo carmín
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4225499042
- DOI
- 10.1007/s10904-022-02277-1
References
- https://openalex.org/W1609950518
- https://openalex.org/W1963902583
- https://openalex.org/W1979198258
- https://openalex.org/W1982120982
- https://openalex.org/W1982639668
- https://openalex.org/W1993591690
- https://openalex.org/W1995646472
- https://openalex.org/W1999970590
- https://openalex.org/W2007868549
- https://openalex.org/W2031606847
- https://openalex.org/W2044343929
- https://openalex.org/W2045117816
- https://openalex.org/W2052413866
- https://openalex.org/W2057484061
- https://openalex.org/W2060429741
- https://openalex.org/W2065139675
- https://openalex.org/W2068804185
- https://openalex.org/W2076674413
- https://openalex.org/W2086290196
- https://openalex.org/W2114450502
- https://openalex.org/W2147193630
- https://openalex.org/W2289575450
- https://openalex.org/W2417850334
- https://openalex.org/W2609774438
- https://openalex.org/W2790478711
- https://openalex.org/W2791945475
- https://openalex.org/W2799935603
- https://openalex.org/W2809580262
- https://openalex.org/W2887475994
- https://openalex.org/W2890016613
- https://openalex.org/W2890206834
- https://openalex.org/W2892017031
- https://openalex.org/W2896035458
- https://openalex.org/W2902833313
- https://openalex.org/W2904793139
- https://openalex.org/W2905766031
- https://openalex.org/W2954556586
- https://openalex.org/W2954987932
- https://openalex.org/W2965919592
- https://openalex.org/W2970591540
- https://openalex.org/W2990924428
- https://openalex.org/W2992734329
- https://openalex.org/W2996659290
- https://openalex.org/W2999633082
- https://openalex.org/W3000531483
- https://openalex.org/W3005192711
- https://openalex.org/W3013046662
- https://openalex.org/W3042306864
- https://openalex.org/W3046660240
- https://openalex.org/W3089103483
- https://openalex.org/W3134498678
- https://openalex.org/W3159740672
- https://openalex.org/W3159889239
- https://openalex.org/W3162651607
- https://openalex.org/W3184677078
- https://openalex.org/W3194830223
- https://openalex.org/W3201489853
- https://openalex.org/W3204265606
- https://openalex.org/W3207149197
- https://openalex.org/W3209235348
- https://openalex.org/W3213524501
- https://openalex.org/W4200083900
- https://openalex.org/W4206134005
- https://openalex.org/W4206464841
- https://openalex.org/W4212773790