مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت مغناطیسی آهن اکسید اصلاح ‌شده با گرافن اکسید آلاییده با نیتروژن (Fe3O4/NGO)

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران

2 دانشکده شیمی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران.

3 آزمایشگاه نانو، گروه فیزیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش،  نانوکامپوزیت اصلاح شده آهن اکسید (Fe3O4) با استفاده از گرافن اکسید آلاییدهبا نیتروژن (Fe3O4/NGO) سنتز شد. برای سنتز نانوذره­ های مغناطیسی آهن اکسید از روش هم ­رسوبی استفاده شد. گرافن اکسید آلاییده با نیتروژن به روش هیدروترمال سنتز شد. سنتز نانوکامپوزیت مغناطیسی به روش شیمیایی با پیوند کووالانسی و اتصال گرافن اکسید آلاییده با نیتروژن به نانوذره­ های مغناطیسی آهن اکسید صورت گرفت. برای مشخصه‌یابی و تعیین ویژگی­ های فیزیکی و شیمیایی نانوکامپوزیت به دست آمده، آنالیزهای طیف­ سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR)، اسپکتروسکوپی پرتو ایکس انرژی پراکنده (EDX)، وزن‌سنجی- گرمایی (TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) انجام شد. نتیجه ­های آنالیزها، سنتز نانوکامپوزیت و آلایش گرافن اکسید (GO)  با نیتروژن را تأیید کرد. اندازه ذره­ های نانوکامپوزیت در بازه­ ی nm40-20 بود. توزیع یکنواخت نانوذره­ های آهن اکسید به شکل کروی و بیضوی در تصویرهای FESEM دیده شد. این اندازه کوچک، نانوکامپوزیت سنتز شده را به عنوان کاندید مناسبی برای فرایند فتوکالیستی معرفی می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Thostenson E. T., Li C., Chou T. W., Nanocomposites in Context, Composite Science and Technology, 65: 491-516, (2005).
[2] Fischer H., Polymer Nanocomposites: From Fundamental Research to Specific Applications, Materials Science and Engineering: C, 23: 763-772 (2003).
[3] Armentano I., Puglia D., Luzi F., Arciola C.R., Morena F., Martino S., Torre L., Nanocomposites Based on Biodegradable Polymers, Materials, 11(5): 795 (2018).
[4] Maji S.K., Mukherjee N., Mondal A., Adhikary B., Synthesis, Characterization and Photocatalytic Activity of α-Fe2O3 Nanoparticles, Polyhedron, 33: 145-149 (2012).
[5] Roslan N.A., Lintang H.O., Yuliati L., Preparation of Iron (Ш) Oxide Nanoparticles Using a Mesoporous Carbon Nitride Template for Photocatalytic Phenol Removal, Materials Research Innovations, 18: S6-465-S6-469 (2014).
[6] Meyer J.C., Geim A.K., Katsnelson M.I., Novoselov K.S., Booth T.J., Roth S., The Structure of Suspended Graphene Sheets, Nature, 446: 60-63 (2007).
[7] Qiu X., Li N., Yang S., Chen D., Xu Q., Li H., Lu J., A New Magnetic Nanocomposite for Selective Detection and Removal of Trace Copper Ions from Water, J. Mater. Chem. A, 3: 1265–1271, (2015).
[8] Zhao J., Niu Y., Ren B., Chen H., Zhang Sh., Jin J., Zhang Y., Synthesis of Schiff Base Functionalized Superparamagnetic Fe3O4 Composites for Effective Removal of Pb(II) and Cd(II) from Aqueous Solution, Chemical Engineering Journal, 347: 574–584 (2018).
[9] Hummers W.S., Offeman R.E., Preparation of Graphitic Oxide, Journal of the American Chemical Society, 80(6): 1339-       (1958).
[10] Habila M.A., Alothman Z.AEl-Toni., A.M., Al-Tamrah S.A., Soylak M., Labis J.P., Carbon-Coated Fe3O4 Nanoparticles with Surface Amido Groups for Magnetic Solid Phase Extraction of Cr(III), Co(II), Cd(II), Zn(II) and Pb(II) Prior to their Quantitation by ICP-MS, Microchim. Acta, 184(8): 2645–2651 (2017).
[11] Cheng M., Wang Z.K., Lv Q., Li C.L., Sun S.Q., Hu S.Q., Preparation of Amino-Functionalized Fe3O4@mSiO2 Core-Shell Magnetic Nanoparticles and their Application for Aqueous Fe3+ Removal, J. Hazard. Mater., 341: 198–206 (2018).
[12] Zhao D.L., Gao X., Wu C.N., Xie R., Feng Sh.J., Chen Ch.L., Facile Preparation of Amino Functionalized Graphene Oxide Decorated with Fe3O4 Nanoparticles for the Adsorption of Cr(VI), Appl. Surf. Sci., 384: 1–9 (2016).
[13] Balandin A.A., Ghosh S., Bao W., Calizo I., Teweldebrhan D., Miao F., Lau C.N., Superior Thermal Conductivity of Single-Layer Graphene, Nano Lett, 8(3): 902-907 (2008).
[14] Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N.M.R., Novoselov K.S., Geim A.K., The Electronic Properties of Graphene, Reviews of Modern Physics, 81: 109-162 (2009).
[15] Guan L.Z., Zhao L., Wan Y.J., Tang L.Ch., Three-Dimensional Graphene-Based Polymer Nanocomposites: Preparation, Properties and Applications, Nanoscale, 10: 14788-14811 (2018).
[16] Zhou S.Y., Gweon G.-H., Graf J., Fedorov A.V., Spataru C.D., Diehl R.D., Kopelevich Y., Lee D.-H., Louie S.G., Lanzara A., First Direct Observation of Dirac Fermions in Graphite, Nature Physics, 2: 595–599 (2006).
[17] Avouris P., Xia F., Graphen Applications in Electronics and Photonics, MRS Bulletin, 37: 1225-1234 (2012).
[18] Jang H.-S., Yun J.-M., Kim D.-Y., Park D.-W., Na S.-I., Kim S.-S., Moderately Reduced Graphene Oxide as Transparent Counter Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells, Electrochimica Acta, 81: 301-307 (2012).
[19] Du W., Wu M., Zhang M., Xu G., Gao T., Qian L., Yu X., Chi F., Li C., Shi G., High-Quality Graphene Films and Nitrogen-Doped Organogels Prepared from the Organic Dispersions of Graphene Oxide, Carbon, 129: 15-20 (2018).
[20] Roy-Mayhew J.D., Bozym D.J., Punckt C., Aksay I. A., Functionalized Graphene as a Catalytic Counter Electrode in Dye-Sensitized Solar Cells, ACS Nano, 4: 6203-6211 (2010).
[21] Mak K.F., Lui C.H., Shan J., Heinz T.F., Observation of an Electric-Field-Induced Band Gap in Bilayer Graphene by Infrared Spectroscopy, Physical Review Letters, 102: 256405 (2009).
[23] Wang X., Cai A., Wen X., ET AL., Graphene Oxide-Fe3O4 Nanocomposites as High-Performance Antifungal Agents Against Plasmopara Viticola, Sci. China Mater., 60(3): 258–268 (2017).
[24] Figuerola A., Di-Corato R., Manna L., Pellegrino T., From Iron Oxide Nanoparticles Towards Advanced Iron-Based Inorganic Materials Designed for Biomedical Applications, Pharmacological Research, 62: 126-143 (2010).
[26] Zakiyyu I.T., Mohd Kamarulzaki M., Saliza A., Khairunnadim A.S., Jibrin M., Preparation of Aniline Dimer-COOH Modified Magnetite (Fe3O4) Nanoparticles by Ultrasonic Dispersion Method, International Journal of Engineering & Technology, 7 (4.30): 185-188 (2018).
[27] Bao T., Damtie M.M., Wu K., Wei X.L., Zhang Y., Chen J., Deng Ch.X., Jin J., Yu Zh.M., Wang L., Frost R.L., Rectorite-Supported Nano-Fe3O4 Composite Materials as Catalyst for Pchlorophenoldegradation: Preparation, Characterization, and Mechanism, Applied Clay Science, 176: 66–77 (2019).
[28] Guo P., Jin X., The Catalytic Effect of Nano-Fe3O4 on RhB Decolorization by CGDE Process, Catalysis Communications, 106: 101–105 (2018).
[30] Anjana P. M., Bindhu M. R., Umadevi M., Rakhi R.B., Antimicrobial, Electrochemical and Photo Catalytic Activities of Zn Doped Fe3O4 Nanoparticles, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29: 6040–6050 (2018).
[31] Khodabakhshi S., Karami B., Eskandari K., Hoseini S.J., Nasrabadi H., Convenient on Water Synthesis of Novel Derivatives of Dicoumarol as Functional Vitamin K Depleter by Fe3O4 Magnetic Nanoparticles, Arabian Journal of Chemistry, 10: S3907–S3912 (2017).
[32] Sousa M.A., Gonçalves C., Vilar V.J.P., Boaventura R.A.R., Alpendurada M.F., Suspended TiO2-Assisted Photocatalytic Degradation of Emerging Contaminants in a Municipal WWTP Effluent Using a Solar Pilot Plant with CPCs, Chemical Engineering Journal, 198-199: 301-309 (2012).
[33] Ma M., Zhang Y., Yu W., Shen H.-Y., Zhang H.-Q., Gu N., Preparation and Characterization of Magnetite Nanoparticles Coated by Amino Silane, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 212: 219-226 (2003).
[34] Yang X., Zhang X., Ma Y., Huang Y., Wang Y., Chen Y., Superparamagnetic Graphene Oxide–Fe3O4 Nanoparticles Hybrid for Controlled Targeted Drug Carriers, Journal of Materials Chemistry, 19: 2710-2714 (2009).
[35] Lin Z., Song M.-K., Ding Y., Liu Y., Liu M., Wong Ch.-P., Facile Preparation of Nitrogen-Doped Graphene as a Metal-Free Catalyst for Oxygen Reduction Reaction, Electronic Supplementary Material (ESI) for Physical Chemistry Chemical Physics, 14: 3381-3387 (2012).
[37] Zheng Y., Jiao Y., Ge L., Jaroniec M., Qiao Sh.Zh., Two-Step Boron and Nitrogen Doping in Graphene for Enhanced Synergistic Catalysis, Angewandte Chemie International Edition, 52: 3110 –3116 (2013). 
[38] Wu Zh.–Sh., Yang Sh., Sun Y., Parvez Kh., Feng X., Mullen K., 3D Nitrogen-Doped Graphene Aerogel–Supported Fe3O4 Nanoparticles as Efficient Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction, Journal of the American Chemical Society, 134: 9082-9085 (2012).