اثر پارامترهای فرآیند بر فاز و ریزساختار مخلوط اکسید فلزی Cu-Mn-O تهیه‌شده از طریق روش سنتز احتراقی در محلول

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 9، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 32، بهمن 1402، صفحه 31-44   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.83521.1117

نویسندگان

لعیا آگاه؛ سحر ملازاده^* ؛ قاسم براتی دربند؛ جلیل وحدتی خاکی

گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی‌و‌مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

چکیده

نانوذرات مخلوط اکسید فلزی Cu-Mn، از طریق روش احتراقی در محلول با استفاده از سوخت گلایسین سنتز شد. نسبت‌های مختلف سوخت به اکسیدکننده و درصدهای مولی متفاوت کاتیون‌های مس و منگنز به عنوان متغیرهای این سیستم در نظر گرفته ‌شده است. سپس، تأثیر تغییرات یادشده، بر تشکیل فازهای نهایی و تغییرات اندازه کریستالیت ذرات مورد ارزیابی قرار گرفت. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی محصولات نهایی با استفاده از دو روش تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی با دقت تجزیه و تحلیل شد. نتایج به دست آمده از آنالیزهای XRD و FE-SEM، تأثیر همزمان تغییرات نسبت سوخت به اکسیدکننده و درصد مولی کاتیون‌های فلزی را بر تبلور فازها‌ی نهایی، مورفولوژی ذرات تشکیل‌دهنده و اندازه کریستالیت ذرات نشان می‌دهند. استفاده از سوخت گلایسین منجر به سنتز محلول‌های جامد CuMn2O4 و CuMnO2 بدون نیاز به کوره و تجهیزات گران‌قیمت گردید. با افزایش درصد مولی Mn در نسبت سوخت به اکسیدکننده 1 افزایش تخلخل، در اثر آزادسازی حجم بیشتر گاز اتفاق افتاد؛ علاوه‌بر این، محاسبات تئوری، کمترین اندازه کریستالیت را در نسبت سوخت به اکسید کننده 1 نشان داد.

کلیدواژه‌ها

سنتز احتراقی در محلول؛ مخلوط اکسید فلزی؛ سیستم Cu-Mn-O؛ اثر سوخت به اکسید کننده

مراجع

 

[1]    N. J. Szymanski, Y. Zeng, H. Huo, C. J. Bartel, H. Kim, G. Ceder, "Toward autonomous design and synthesis of novel inorganic materials", Mater Horiz, Vol. 8, No. 8, pp. 2169-2198, 2021.

 [2] S. M. Moosavi, K. M. Jablonka, B. Smit, "The Role of Machine Learning in the Understanding and Design of Materials", J Am Chem Soc, Vol. 142, No. 48, pp. 20273-87, 2020.

[3]   F. Deganello, A. K. Tyagi, "Solution combustion synthesis, energy and environment: Best parameters for better materials", Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, Vol. 64, No. 2, pp. 23-61, 2018.

[4]    E. Carlos, R. Martins, E. Fortunato, R. Branquinho, "Solution Combustion Synthesis: Towards a Sustainable Approach for Metal Oxides", Chemistry, Vol.26, No. 42, pp. 9099-9125, 2020.

[5]   M. S. S. Kumar, H. V. Harini, G. Nagaraju, B. Nirmala, "Combustion synthesis CuO nanoparticles: Application to photocatalytic activity", Materials Today: Proceedings, Vol. 49, pp. 860-864, 2022.

[6]   M. M. Moqaddam, M. Mirjalili, J. V. Khaki, S. M. Beidokhti, "A new approach in the one-step synthesis of α-MnO2 via a modified solution combustion procedure", Vol. 4, pp. 3909-3819, 2022.

[7]    J. O. Ighalo, P. A. Sagboye, G. Umenweke, O. J. Ajala, F. O. Omoarukhe, C. A. Adeyanju, S. Ogunniyi, A. G. Adeniyi, "CuO nanoparticles (CuO NPs) for water treatment: A review of recent advances", Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, Vol. 15, pp. 100443, 2021.

[8]   S. Behar, P. Gonzalez, P. Agulhon, F. Quignard, D. Świerczyński, "New synthesis of nanosized Cu–Mn spinels as efficient oxidation catalysts", Catalysis Today, Vol. 189, No. 1, pp. 35-41, 2012.

[9]   A. Sobhani, "Hydrothermal synthesis of CuMn₂O₄/CuO nanocomposite without capping agent and study its photocatalytic activity for elimination of dye pollution", International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 47, No. 46, pp. 20138-20152, 2022.

[10] Y. Pan, M. Xu, L. Yang, M. Yu, H. Liu, F. Zeng, "Porous architectures assembled with ultrathin Cu₂O–Mn₃O₄ hetero-nanosheets vertically anchoring on graphene for high-rate lithium-ion batteries", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 819, pp. 152969, 2020.

[11] W. Lu, Y. Li, M. Yang, X. Jiang, Y. Zhang, Y. Xing, "Construction of Hierarchical Mn₂O₃@MnO₂ Core–Shell Nanofibers for Enhanced Performance Supercapacitor Electrodes", ACS Applied Energy Materials, Vol. 3, No. 9, pp. 8190-8197, 2020.

[12] M. H. Kim, K. H. Cho, C. H. Shin, S. E. Kang, S. W. Ham, "Total oxidation of propane over Cu-Mn mixed oxide catalysts prepared by co-precipitation method", Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 28, No. 4, pp. 1139-1143, 2011.

[13] A. Seubsai, M. Kahn, B. Zohour, D. Noon, M. Charoenpanich, S. Senkan, "Copper–Manganese Mixed Metal Oxide Catalysts for the Direct Epoxidation of Propylene by Molecular Oxygen", Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 54, No. 10, pp. 2638-2645, 2015.

[14] B. Saravanakumar, S. Muthu Lakshmi, G. Ravi, V. Ganesh, A. Sakunthala, R. Yuvakkumar, "Electrochemical properties of rice-like copper manganese oxide (CuMn₂O₄) nanoparticles for pseudocapacitor applications", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 723, pp. 115-122, 2017.

[15] F. Kermani, S. M. Beidokhti, J. V. Khakhi, "A simple thermodynamics model for estimation and comparison the concentration of oxygen vacancies generated in oxide powders synthesized via the solution combustion method", Ceramics International, Vol. 45, No. 10, pp. 13496-13501, 2019.

[16] I. V. Morozov, K. O. Znamenkov, Yu. M. Korenev, O. A. Shlyakhtin, "Thermal decomposition of Cu(NO₃)₂·3H₂O at reduced pressures," Thermochimica Acta, Vol. 403, pp. 173–179, 2003

[17] F. Siddique, S. Gonzalez-Cortes, A. Mirzaei, T. Xiao, M. A. Rafiq, X. Zhang, "Solution combustion synthesis: the relevant metrics for producing advanced and nanostructured photocatalysts", Nanoscale, Vol. 14, No. 33, pp. 11806-11868, 2022.

[18] A.Vojdani Saghir, S. M. Beidokhti, J. Vahdati Khaki, A. Salimi, "One-step synthesis of single-phase (Co, Mg, Ni, Cu, Zn) O High entropy oxide nanoparticles through SCS procedure: Thermodynamics and experimental evaluation", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 9,  pp. 2219, 2020.

[19] A. Kumar, E. E. Wolf, A. S. Mukasyan, "Solution Combustion Synthesis of Metal Nanopowders: Nickel—Reaction Pathways", Chemical and Biomolecular Engineering, Vol. 57, PP. 3473–3479, 2011.

[20] Z. Mollaei, F. Kermani, F. Moosavi, S. Kargozar, J. V. Khakhi, S. M. Beidokhti , "In silico study and experimental evaluation of the solution combustion synthesized manganese oxide (MnO₂) nanoparticles", Ceramics International, Vol. 48, No. 2, pp. 1659-1672, 2022.