نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

سنتز حالت جامد، بهینه سازی پارامترهای واکنش و مقایسه ویژگی‌های فیزیکی نانو مواد اسپینل CoAl2O4

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
علیرضا حکیمی فرد 1
شاهین خادمی نیا 2
1 دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی جندی شاپور، دزفول، ایران
2 گروه شیمی معدنی، دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
سنتز ذره ­های کبالت آلومینات (CoAl2O4) نانو ساختار با موفقیت توسط یک روش حالت جامد تک مرحله­ ای با استفاده از مواد اولیه AlCl3, CoCl2 و Al(NO3)3.9H2O در نسبت مولی استوکیومتری 1:2 از Co:Al انجام شد.این واکنش ­ها در دماهای  700، 800 و 900 درجه سلسیوس به مدت 10 ساعت انجام شدند. مواد سنتز شده توسط فناوری پراش پودر پرتو X (PXRD) شناسایی شدند. نتیجه ­ها نشان دادند که الگوها دارای ساختار بلوری اصلی CoAl2O4 با گروه فضایی Fd-3m و پارامتر شبکه a=b=c= 10/8005 Å می ­باشند. داده ­های به دست آمده از آنالیز پراش پرتو X  نشان دادند که افزایش دمای سنتز نانو مواد به 900 درجه سلسیوس سبب شد تا اندازه بلورک­ ها کاهش یابد. تصویرهای FESEM نشان دادند که ذره­های CoAl2O4 سنتز شده دارای ریخت شناسی کره در اندازه نانو با پراکندگی همگن می باشند. داده­ ها نشان دادند که در هنگامی که ماده اولیه آلومینیوم نیترات در سنتز نانو مواد استفاده شد، پودر رنگ آبی روشن به­ دست آمد. بنابراین در سنتز رنگدانه ­های نانو مواد کبالت آلومینات، در صورتی که رنگ آبی روشن نیاز باشد، با تغییر دما و نوع ماده اولیه می توان به رنگدانه مورد نظر دست یافت.  آنالیز طیف سنجی فرابنفش ـ مرئی (UV-Vis) نشان داد که پودرهای CoAl2O4 نانو ساختار دارای ویژگی­های جذبی قوی نور در ناحیه نور فرابنفش ـ مرئی می­ باشند.انرژی ­های  باندگپ مستقیم در گستره­ های  eV 87/82-1/1 می باشند.
کلیدواژه‌ها
نانو ساختار
کبالت آلومینات
روش حالت جامد
ساختار بلوری

موضوعات

[1] Deraz N.M., Formation and Characterization of Cobalt Aluminate Nano-Particles, Int. J. Electrochem. Sci., 8: 4036 - 4046 (2013).
[2] Lavrenˇ Ciˇc ˇStangar U., Orel B., Preparation and Spectroscopic Characterization of Blue  CoAl2O4 Coatings, J. Sol-Gel Sci. Technol., 26: 771-775 (2003).
[3] Reisfeld R., Chernyak V., Eyal M., Jørgensen C.K., Irreversible Spectral Changes of Cobalt(II) by Moderate Heating in Sol-Gel Glasses, and their Ligand Field Rationalization, Chem. Phys. Lett., 164(2-3): 307-312 (1989).
[4] Ji L., Tang S., Zeng H.C., Lin J., Tan K.L., CO2 Reforming of Methane to Synthesis Gas over Sol–Gel-Made Co/γ-Al2O3 Catalysts from Organometallic Precursors, Appl. Cataly. A: General., 207(1-2): 247-255 (2001).
[5] Obata S., Kato M., Yokoyama H., Iwata Y., Kikumoto M., Sakurada O., Synthesis of Nano CoAl2O4 Pigment for Ink-Jet Printing to Decorate Porcelain, J. Ceram. Soc. Jpn., 119: 208-213 (2011).
[6] Bolt P.H., Habraken F.H.P.M., Geus J.W., Formation of Nickel, Cobalt, Copper, and Iron Aluminates fromα- andγ-Alumina-Supported Oxides: A Comparative Study, J. Solid State Chem., 135(1): 59-69 (1998).
[7] Chen Z.-Z., Shi E.-W., Li W.-J., Zheng Y.-Q., Zhuang J.-Y., Xiao B., Zhong W.-Z., Preparation of Nanosized Cobalt Aluminate Powders by a Hydrothermal Method, Mater. Sci. Eng. B., 107(2): 217-223 (2004).
[8] Cho W.-S., Kakihana M., Crystallization of Ceramic Pigment CoAl2O4 Nanocrystals from Co–Al Metal Organic Precursor. J. Alloys Compd., 287(1-2): 87-90 (1999).
[9] Melo D.M.A., Cunha J.D., Fernandes J.D.G., Bernardi M.I., Melo M.A.F., Martinelli A.E., Evaluation of CoAl2O4 as Ceramic Pigments, Mater. Res. Bull., 38(9-10): 1559-1564 (2003).
[10] Cho W. S., Kakihana M., Crystallization of Ceramic Pigment CoAl2O4 Nanocrystals from Co-Almetal Organic Precursor, J. Alloys Compd., 287(1-2): 87–90 (1999).
[11] Ouahdi N., Guillemet S., Durand B. et al., Synthesis of Coal2o4 by Double Decomposition Reaction between LiAlO2 and Molten KCoCl3, J. Eur. Ceram. Soc., 28(10): 1987–1994 (2008).
[12] Melo D.M.A., Cunha J.D., Fernandes J.D.G., Bernardi M.I., Melo M.A.F., Martinelli A.E., Evaluation of CoAl2O4 as Ceramic Pigments, Mater. Res. Bull., 38(9-10): 1559–1564 (2003).
[13] Merikhi J., Jungk O.H., Feldmann C., Sub-Micrometer CoAl2O4 Pigment Particles—Synthesis and Preparation of Coatings, J. Mater. Chem., 10(6): 1311–1314 (2000).
[14] Li W., Li J., Guo J., Synthesis and Characterization of Nanocrystalline CoAl2O4 Spinel Powder by Low Temperature Combustion, J. Eur. Ceram. Soc., 23(13): 2289–2295 (2003).
[15] Chokkaram S., Srinivasan R., Milburn D.R., Davis B.H., Conversion of 2-Octanol over Nickel-Alumina, Cobalt-Alumina, and Alumina Catalysts, J. Mol. Catal. A: Chem., 121(2-3): 157–169 (1997).
[16] Chemlal S., Larbot A., Persin M., Sarrazin J., Sghyar M., Rafiq M., Cobalt Spinel CoAl2O4 via Sol-Gel Process: Elaboration and Surface Properties, Mater. Res. Bull., 35(14-15): 2515–2523 (2000).
[17] Sales M., Valent´ın C., Alarc´on J., Cobalt Aluminate Spinel-Mullite Composites Synthesized by Sol-Gel Method, J. Eur. Ceram. Soc., 17(1): 41–47 (1997).
[18] Kurajica S., Tkalcec E., Schmauch J., CoAl2O4-Mullite Composites Prepared by Sol-Gel Processes, J. Eur. Ceram. Soc., 27(2-3): 951–958 (2007).
[19] Zayat M., Levy D., Blue CoAl2O4 Particles Prepared by the Sol-Gel and Citrate-Gel Methods, Chem. Mater., 12(9): 2763–2769 (2000).
[20] Carta G., Casarin M., Habra E. N., Natali M., Rossetto G., Sada C., Tondello E., Zanella P., MOCVD Deposition of CoAl2O4 Films, Electrochimica Acta. ,50(23): 4592–4599 (2005).
[21] Wang C., Bai X., Liu S., Liu L., Synthesis of Cobalt-Aluminum Spinels Via EDTA Chelating Precursors, J. Mater. Sci., 39: 6191–6201 (2004).
[22] Wang C., Liu S., Liu L., Bai X., Synthesis of Cobalt Aluminate Spinels Via Glycine Chelated Precursors, Mater. Chem. Phys., 96(2-3): 361–370 (2006).
[23] Guorong H., Xinrong D., Yanbing C., Zhongdong P., Synthesis of Spherical CoAl2O4 Pigment Particles with High Reflectivity by Polymeric-Aerosol Pyrolysis, Rare Metals., 26(3): 236–241 (2007).
[24] Chandradass J., Balasubramanian M., Kim K.H., Size Effect on the Magnetic Property of CoAl2O4 Nanopowders Prepared by Reverse Micelle Processing, J Alloys Compd., 506(1): 395–399 (2010).
[25] Popovic J., Tkalcec E., Grzeta B., Kurajica S., Rakvin B., Inverse Spinel Structure of Co-Doped Gahnite Note: Sample S10, Inversion Parameter = 0.248, CoAl2O4, Am. Mineral., 94: 771-776 (2009).