Synthesis and characterization of some compounds derived from iron-based perovskite

Abstract

الملخص:

ملخص: في هذا العمل، تم استخدام تقنية بيكيني المعدلة (Modified Pechini method) احد فروع طريقة محلول-هلام بفرع في تحضير مركبات البيروفسكايت ذات الصيغة La1-xBixFeO3(0 ≤ x ≤ 0.9) عند °C080؛ بهدف معرفة مدى تأثير الاستبدال والتطعيم على مختلف الخصائص البلورية، المورفولوجية والضوئية. لقد أظهرت أطياف انعراج الأشعة السينية XRD بأن المركبات La1-xBixFeO3 في المجال (0≤x≤0.7) تتبلور في التركیب المعیني المستقيم (Orthorhombic) مع زمرة فضائية Pbnm، في حين ان استبدال عنصر La بعنصر Bi بالنسب %80، و%90 يغیر التركیب إلى ثلاثي Rhombohedral)) ويتبلور في الزمرة الفضائيةR3c . كما أبرزت صور المجهر الإلكتروني الماسح SEM البنية الحبيبية الكروية النانوية للعينات المدروسة من جهة، و أكدت أطياف EDX تواجد العناصر الأساسية (Fe،La،Bi ، Nd وO) لمركبات البيروفسكايت المحضرة من جهة اخرى. و قد بينت تحاليل الأشعة تحت الحمراء نقاء المركبات من الإضافات العضوية، وظهور بصمة المركب (Fe–O) و (La –O) عند الترددات539cm-1 و 717cm-1 على التوالي. دراسة الخصائص الضوئية لجميع العينات مكننا من تسجيل تناقص في الفجوة الطاقية Eg مع زيادة نسبة الاستبدال بـ Bi لتصل لحدود eV1.35 عند نسبة الإستبدال %80؛ أما في حالة التطعيم بـNd بنسب مختلفة فقد تأرجحت في المجال eV [1.75- 2.14]. كما أثبتت تجارب التحفيز الضوئي فعالية عالية لمركبات البيروفسكايت المحضرة في إزالة صبغتي أحمر الكونغو (Congo red) وأورثو- تولويدين الأزرق (Ortho-toluidine blue). مجمل هذه النتائج جعلتنا نضع المركبين La0.2Bi0.8FeO3 و La0.8Bi0.2FeO3 على الترتيب كمرشحين محتملين بقوة لاستعمالهما في تكنولوجيا الألواح الشمسية و معالجة مياه الصرف الصحي.

Résumé : فرنسية أو انجلزية

Abstract: In this study, a modified Pechini technique, a branch of the sol-gel method, was employed for the preparation of perovskite compounds with the formula La1-xBixFeO3​ (0 ≤ x ≤ 0.9) at 800°C. The objective was to investigate the effects of substitution and doping on various crystalline, morphological, and optical properties. X-ray diffraction (XRD) patterns revealed that the La1-xBixFeO3​ compounds in the range (0 ≤ x ≤ 0.7) crystallize in the Orthorhombic system with Pbnm space group, whereas substituting La with Bi at 80% and 90% changed the crystal structure to the Rhombohedral system with R3c space group. Scanning electron microscopy (SEM) images highlighted the nanoscale spherical grain of the studied samples, while energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) confirmed the presence of main elements (Fe, La, Bi, Nd, and O) in the prepared compounds. Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy analyses demonstrated the purity of the compounds from organic additives, showing the fingerprint (Fe–O) and (La–O) peaks of the compounds at 539 cm⁻¹ and 717 cm⁻¹ bands, respectively. The optical properties of all samples enabled the observation of a decrease in the energy bandgap (Eg) with increasing Bi substitution, down to 1.35 eV at 80%, while doping with Nd at different ratios varied within the range of [1.75−2.14] eV. Photocatalytic experiments exhibited high effectiveness of the prepared perovskite compounds in removing Congo red (CR) and ortho-toluidine blue (o-TB) dyes. Overall, these results suggest that the La0.2Bi0.8FeO3​ and La0.8Bi0.2FeO3​ compounds are promising candidates for use in solar cell technology and wastewater treatment, respectively.