STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES
La-doped ZnO nanocomposites with different content of La2O3 (1–5%) were obtained by the Pechini method from their nitrate solutions. The solutions of Zn2+ and La3+ nitrates were preliminary obtained by dissolving of zinc and lanthanum oxides with a content of the main component of 99.99% in nitric...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2023
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/591 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465989012455424 |
|---|---|
| author | Chudinovych , Olga Myroniuk, Denys Myroniuk, Liliia Danylenko, Ihor Olifan, Olena |
| author_facet | Chudinovych , Olga Myroniuk, Denys Myroniuk, Liliia Danylenko, Ihor Olifan, Olena |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Olga Chudinovych ",
"institution": "Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of National Academy of Sciences of Ukraine, Krzhizhanovsky str., 3, Kyiv, 03142"
},
{
"author": "Denys Myroniuk",
"institution": "I. M. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Liliia Myroniuk",
"institution": "I. M. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Ihor Danylenko",
"institution": "V. E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Olena Olifan",
"institution": "I. M. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Chudinovych , Olga |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:52Z |
| description | La-doped ZnO nanocomposites with different content of La2O3 (1–5%) were obtained by the Pechini method from their nitrate solutions. The solutions of Zn2+ and La3+ nitrates were preliminary obtained by dissolving of zinc and lanthanum oxides with a content of the main component of 99.99% in nitric acid.
The influence of lanthanum doping the on the microstructure, morphology, optical properties and photocatalytic activity of the ZnO nanopowders were examined. The properties of the nanopowders were studied by using X-ray phase analysis, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy. The samples were subjected to X-ray powder diffraction using a DRON-3 diffractometer (Cu-K radiation) at room temperature. The scan angle was 0.05–0.1 ° in the range 2 = 15–90 °. X-ray phase analysis confirms the formation of single phase of La2O3-doped ZnO powders on diffractograms. Raman light scattering and photoluminescence spectra were recorded using a Horiba Jobin‑Yvon T64000 spectrometer equipped with a CCD detector at room temperature in the inverse scattering geometry.
According to SEM results, the powders characterized a conglomerate structure. The undoped ZnO has an average particle size of 43 nm, while the average particle size of La3+-doped ZnO ranges from 64 to 80 nm. It was established that the morphology of powder particles primarily depends on the content of La3+ in the material. An increase in the amount of La3+ in zinc oxide leads to an increase in the specific surface area (from 3.8 to 11.8 m2/g). In the photoluminescence spectra of ZnO powders, with increasing La2O3 concentration, bands at 400 nm are observed due to the appearance of impurities that cause of interstitial zinc and zinc vacancy defects and their broadening with a shift to the long-wave region.
Photocatalytic properties of ZnO powders doped with lanthanum oxide were investigated using Methyl Orange as a model dye under Osram Ultra-Vitalux lamp (300 W) irradiation. A present result indicates that the obtained powders are potential candidate for the practical application in photocatalysis. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.89.10.2023.69-84 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
69
УДК 661.097.3 doi: 10.33609/2708-129X.89.10.2023.69-84
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА
АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3
О. В. Чудінович1,2, Л. A. Миронюк1, Д. В. Миронюк1, О. І. Оліфан1, I. M. Даниленко3
1Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України,
вул. Омеляна Пріцака, 3, Київ 03142, Україна;
2Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”,
просп. Перемоги, 37, м. Київ 03056, Україна;
3Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України,
просп. Науки, 45, Київ 02000,
*Е-mail: chudinovych_olia@ukr.net
Нанокомпозити ZnO, леговані La3+, із різним вмістом La2O3 (1–5 %) отримано ме-
тодом Печіні з нітратних розчинів. Розчини нітратів Zn2+ та La3+ попередньо отрима-
ли розчиненням оксидів цинку та лантану зі вмістом основного компонента 99,99 %
в азотній кислоті. Досліджено вплив легування оксидом лантану на мікроструктуру,
морфологію, оптичні властивості та фотокаталітичну активність нанопорошків ZnO.
Властивості нанопорошків досліджували методами рентгенофазового аналізу, скану-
ючої електронної мікроскопії (РЕМ), енергодисперсійної рентгенівської спектроско-
пії. Рентгенофазовий аналіз проводили на дифрактометрі «ДРОН-3» (CuKα-випромі-
нювання) за кімнатної температури. На дифрактограмах отриманих порошків ZnO,
легованих La2O3, присутня в основному одна фаза. За результатами СЕМ порошки
мали конгломератну структуру. Нелегований ZnO має середній розмір частинок 43 нм,
тоді як середній розмір частинок ZnO, легований La3+, коливається від 64 до 80 нм.
Встановлено, що морфологія частинок порошку першою чергою залежить від вмісту
в матеріалі La3+. На спектрах фотолюмінесценції нанопорошків ZnO при збільшенні
концентрації La2O3 спостерігаємо смуги при 400 нм, зумовлені появою домішок, які
викликають дефекти міжвузлового цинку та цинкових вакансій, а також їхнє розши-
рення зі зсувом у довгохвильову область. Фотокаталітичні властивості нанопорошків
ZnO, легованих оксидом лантану, досліджували з використанням метилового оран-
жевого як модельного барвника з опроміненням лампою Osram Ultra-Vitalux (300 Вт).
Результати досліджень вказують на те, що отримані порошки є потенційними канди-
датами для практичного застосування у фотокаталізі.
Ключові слова: нанопорошки, оксид цинку, оксид лантану, фотокаталіз.
70 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
ВСТУП. В останні роки об'єктами інтен-
сивних досліджень стали нові різноманітні
фотокаталітичні матеріали. Фотокаталіза-
тори на основі оксидів виділяються серед
інших матеріалів своєю високою стабіль
ністю, хімічною стійкістю і механічною
міцністю. Тому розроблення нових оксид-
них фотокаталітичних матеріалів є акту-
альною проблемою.
Фотокаталітичний розпад органічних
речовин відбувається за тісного контакту їх
із фотоактивними матеріалами. Тому пло-
ща контакту є дуже важливою для прохо
дження ефективного фотокаталізу. Це ви-
значає значний вплив морфології матері-
алів на їхню фотокаталітичну активність.
Так, було встановлено, що фотокаталітична
активність дуже зростає з диспергуванням
матеріалів. У багатьох роботах саме оксид-
ні порошки були об'єктами дослідження
фотокаталітичних властивостей [1–17].
Загальновідомо, що матеріали на основі
ZnO демонструють високі фотокаталітичні
властивості. Вони є перспективними кан-
дидатами для практичного застосування.
Перевагами використання ZnO як фото-
каталізатора перед іншими є його висока
квантова ефективність, окисно-відновний
потенціал, відмінна хімічна і фізична ста-
більність, нетоксичність та дешевизна тех-
нологій його отримання [18]. Встановлено,
що фотокаталітичні і бактерицидні власти-
вості матеріалів на основі ZnO залежать від
їхньої морфології і можуть бути посилені
додаванням деяких матеріалів (CdS, CeO2,
TiO2, SnO2, In2O3, Ag2) [18].
Рідкісноземельні оксиди використову-
ють як допанти до фотокаталітичних мате-
ріалів [1–22]. Додавання рідкісноземельних
елементів посилило фотоактивні власти-
вості оксидних матеріалів на основі TiO2 і
ZnO [18].
Серед рідкісноземельних елементів лан-
тан (La) є легуючою добавкою, яка покра-
щує властивості напівпровідникових мате-
ріалів, таких як діелектрична проникність
і каталітична активність, а також сприяє
більш контрольованому росту якісних тон-
ких плівок ZnO. Ці тонкі плівки рекомен-
дують для застосування в магнітних датчи-
ках газу, сонячних елементах, приладах
спінтроніки, конденсаторів та в медицині.
ZnO, легований La2O3, продемонстрував
антибактеріальну активність проти всіх
протестованих штамів бактерій, але більш
виражену проти збудника пневмонії –
Klebsiella pneumonia. Легування ZnO лан-
таном призводить до утворення більшої
кількості поверхневих дефектів, які пере-
шкоджають рекомбінації фотогенерованих
електронно-діркових пар, що, відповідно,
покращує фотокаталітичну активність [19].
Композитний фотокаталізатор ZnO/
La2O3, легований лужним металом – калі-
єм, було синтезовано золь-гель-методом.
Калій використовують як активатор для
підвищення активності, селективності або
стабільності в каталітичних реакціях. Ре-
зультати показали, що на відміну від чисто-
го ZnO, K-легування значно змінило мікро-
структуру, морфологію, оптичні власти-
вості та фотокаталітичні характеристики
композиту ZnO/La2O3. Було виявлено, що
вміст калію 10 мол.% є оптимальним для
отримання композиту ZnO/La2O3 з найви-
щою фотокаталітичною активністю. Фото
каталітична ефективність деградації фе-
нолу K-легованим ZnO/La2O3 композитом
становила 98,5% після 2,5 годин опромінен-
ня видимим світлом. Оксид лантану було
71https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
визнано ефективним для покращення ак-
тивності та стабільності каталізатора ZnO
[20]. Методом співосадження синтезовано
наночастинки ZnO, леговані La [21]. Вста-
новлено, що структурні, оптичні та фото-
каталітичні властивості значною мірою за-
лежать від включення іонів La3+ до решітки
ZnO. ZnO з морфологією у формі сферич-
них нанокристалів продемонстрував вищу
фотокаталітичну активність, ніж ZnO з
іншою морфологією, завдяки малому роз-
поділу розмірів кристалів, високій питомій
площі поверхні та великій кількості кис-
невих вакансій. Автори статті дійшли вис-
новку, що отримана морфологія з меншим
розміром частинок, високою кристалічні-
стю та наявними поверхневими дефектами
значно підвищує фотокаталітичну актив-
ність наночастинок ZnO, легованих La.
На підставі наведених даних можна
сказати, що дослідження порошків ZnO,
легованих рідкісноземельними оксидами,
також може мати як науковий інтерес, так
і практичне значення. У зазначеній роботі
отримано та вивчено властивості нанопо-
рошків на основі оксиду цинку, легованого
оксидом лантану.
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Нанопорошки ZnO, легова-
ного оксидом лантану, отримано методом
Печіні. Суть методу полягає в досягненні
високого ступеня змішування катіонів у
розчині, контрольованому переході роз-
чину в полімерний гель, видаленні полі-
мерної матриці з утворенням оксидного
прекурсору та збереженні високого сту-
пеня однорідності. Як вихідні речовини
використовували розчини нітратів Zn2+
та La3+, які отримували розчиненням у ні-
тратній кислоті оксиду цинку та лантану
зі вмістом основного компоненту 99,99 %.
Перед приготуванням вихідних розчинів
оксиди попередньо просушували у муфе-
лі за 300 °С протягом 2 годин. Із розчинів
нітратів готували суміш із різним вмістом
La3+. Отриманий прекурсор висушували за
150 °С протягом 24 годин, а потім піддава-
ли термообробленню за 800 °С.
Рентгенофазовий аналіз зразків вико-
нано на установці «ДРОН–3М» за кімнат-
ної температури (CuКα-випромінювання).
Напруга на рентгенівській трубці складала
30 кВ, сила струму – 20 мА, крок скануван-
ня – 0,05–0,1 град, експозиція 4 с у діапазоні
кутів 2θ від 15 до 80°. Параметри елемен-
тарних комірок розраховано за методом
найменших квадратів, використовуючи
програму LATTIC (σ ± 0.0002). Для іден-
тифікації фаз використовували базу даних
Міжнародного комітету порошкових стан-
дартів (JSPDS, Міжнародний центр диф-
ракційних даних 1999).
Об’єм елементарної комірки визначали
за допомогою даних розрахунку параме-
трів комірки, отриманих рентгенівським
методом [22, 23]:
• кубічна симетрія: 3
ekV a=
• моноклінна симетрія: ekV a b c sinβ= ⋅ ⋅ ⋅
• гексагональна симетрія: 20 866ekV . a b= ⋅ ⋅
• ромбічна симетрія: ekV a b c= ⋅ ⋅
Питому поверхню зразків вимірювали
хроматографічним методом низькотемпе-
ратурної адсорбції аргону за -196 °С (одно-
точковий метод БЕТ). Суть методу полягає
в тому, що досліджувані зразки аналізують в
ідентичних умовах зі стандартним зразком
із відомою і стабільною протягом тривалого
часу питомою поверхнею. У цьому випадку
як еталон використовували кремнезем (ци-
тохром С-80) із питомою поверхнею 80 м2/г.
72 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Газова суміш містила 5 об.% Ar (газ адсор-
бат) та 95 об. % He (газ-носій).
Скануючу електронну мікроскопію
(СЕМ) застосовували для оцінки однорід-
ності порошків. Нанопорошки наносили на
клеючу підкладку (графітовий термоскотч).
Зразки досліджували без напилення.
Спектри комбінаційного розсіювання
світла та фотолюмінесценції реєстрували
за допомогою спектрометра Horiba Jobin-
Yvon T64000, оснащеного ССD-детекто-
ром, за кімнатної температури в геометрії
оберненого розсіювання. Випромінювання
твердотільного лазера (532 нм) та HeCd-ла-
зера (325 нм) фокусували на зразок за до-
помогою мікроскопа Olympus BX 41 і ви-
користовували для дослідження комбіна-
ційного розсіювання в нерезонансних та
умовах збудження ФЛ. При цьому діаметр
аналізованої плями складав 1 мкм, а спект
ральна роздільна здатність 1 см−1.
Фотокаталітичну активність порошків
оксиду цинку, легованих оксидом лантану,
досліджували за розкладанням метилового
оранжевого (МО), який використовували
як модельний забруднювач. Порошки неле-
гованого оксиду цинку та легованого La2O3
(1–5%) диспергували у водному розчині
МО з початковою концентрацією 10 мг/л.
Отримані суспензії перемішували за допо-
могою магнітної мішалки протягом 30 хв у
темряві до досягнення адсорбційно-десор-
бційної рівноваги між метиловим оранже-
вим і поверхнею каталізатора. Вміст поро-
шку каталізатора в розчині МО становив
2 г/л. Зразки опромінювали лампою Osram
Ultra-Vitalux потужністю 300 Вт упродовж
30, 60, 90 і 120 хвилин відповідно. Через за-
значені проміжки часу 5 мл суспензії філь-
трували для видалення фотокаталізатора та
вимірювали спектри пропускання на сучас-
ному двопроменевому УФ-спектрофото
метрі Shimadzu UV2600i. Як стандарт ви-
користовували дистильовану воду. МО
має два піки поглинання в дистильова
ній воді при 270 нм і 465 нм відповідно.
Концентрацію МО барвника контролюва-
ли шляхом вимірювання пропускання ви-
димого поглинання при 465 нм на кожній
стадії фотодеградації. Відповідно до закону
Бера – Ламберта, концентрація МО ліній-
но пропорційна значенню пропускання (T)
при 465 нм [24]. Концентрацію МО в дослі-
джуваних розчинах визначали шляхом ви-
мірювання коефіцієнта пропускання при
465 нм.
Ефективність деградації (DE) розрахо-
вували згідно з рівнянням (1):
0 100
0
C
DE ,
C
C
−
= ⋅ (1)
де С0 – вихідна концентрація барвника, С –
концентрація після фотоопромінення.
Кінетику деградації барвника МО опи-
сано моделлю реакції псевдопершого по-
рядку (2):
0
Cln( ) k t
C
= − ⋅ , (2)
де С0 і С – концентрації МО барвника у вод-
ному розчині в момент часу t = 0 і певний
час t, відповідно, k – константа швидкості
деградації псевдопершого порядку [25].
Похибка вимірювання концентрації барв-
ника становила не більше 0,1 мг/л.
Структурні властивості порошків
ZnO, легованих La2O3
На рис. 1 представлено дифрактограми
порошків ZnO, легованих La2O3. На рис. 1
видно, що у зразках із вмістом оксиду лан-
73https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
тану 1, 2, 3, 5 % присутня лише одна фаза;
присутності інших піків, що відповідають
La, La2O3 або будь-яким іншим додатко-
вим фазам, не спостерігаємо. Це свідчить
про необмежену розчинність і однорідність
іонів La+3 у решітці ZnO. Всі зразки мають
полікристалічну структуру, що відповідає
гексагональній фазі вюрциту ZnO. Диф-
рактограми проіндексовано карткою ICDD
№ 01-036-1451 (а = 0,3250 нм, с = 0,5206 нм).
Основні піки належать площинам (100),
(002), (101), (102), (110), (103), (200), (112),
(201), (004) і (202). Збільшення кількості іо-
нів La+3 в оксиді цинку призводить до зміни,
а саме збільшення періоду ґратки (табл. 1,
рис. 2). Таке збільшення можна поясни-
ти розмірним фактором – радіус іонів La+3
(0,103 нм) більший за радіус Zn+2(0,074 нм).
tk
C
C
)ln(
0
, (2)
де С0 і С – концентрації МО барвника у водному розчині в момент часу t = 0 і певний
час t, відповідно, k – константа швидкості деградації псевдопершого порядку [25]. Похибка
вимірювання концентрації барвника становила не більше 0,1 мг/л.
Структурні властивості порошків ZnO, легованих La2O3
На рис. 1 представлено дифрактограми порошків ZnO, легованих La2O3. На рис. 1
видно, що у зразках із вмістом оксиду лантану 1, 2, 3, 5 % присутня лише одна фаза;
присутності інших піків, що відповідають La, La2O3 або будь-яким іншим додатковим фазам,
не спостерігаємо. Це свідчить про необмежену розчинність і однорідність іонів La+3 у
решітці ZnO. Всі зразки мають полікристалічну структуру, що відповідає гексагональній фазі
вюрциту ZnO. Дифрактограми проіндексовано карткою ICDD № 01-036-1451 (а = 0,3250 нм,
с = 0,5206 нм). Основні піки належать площинам (100), (002), (101), (102), (110), (103), (200),
(112), (201), (004) і (202). Збільшення кількості іонів La+3 в оксиді цинку призводить до
зміни, а саме збільшення періоду ґратки (табл. 1, рис. 2). Таке збільшення можна пояснити
розмірним фактором – радіус іонів La+3 (0,103 нм) більший за радіус Zn+2(0,074 нм).
Риc. 1 – Дифрактограми порошків чистого ZnO та легованого 1, 2, 3, 4, 5 % La2O3
Fig. 1 – XRD patterns of ZnO and La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Таблиця 1
Структурні властивості порошків ZnO, легованих La2O3
Table 1.
Structural properties of La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Зразок
Параметри елементарної комірки
σ 0.0002, нм с/а Об’єм комірки V. нм3
а с
ZnO 0.3248 0.5200 1.601 0.0475
ZnO-1 % La2O3 0.3247 0.5200 1.601 0.0475
ZnO-2 % La2O3 0.3244 0.5201 1.603 0.0474
ZnO-3 % La2O3 0.3246 0.5201 1.602 0.0475
ZnO-4 % La2O3 0.3249 0.5202 1.601 0.0476
ZnO-5 % La2O3 0.3247 0.5204 1.604 0.0475
Риc. 1 – Дифрактограми порошків чистого ZnO та легованого 1, 2, 3, 4, 5 % La2O3
Fig. 1 – XRD patterns of ZnO and La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Таблиця 1
Структурні властивості порошків ZnO, легованих La2O3
Table 1.
Structural properties of La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Зразок
Параметри елементарної
комірки σ ± 0.0002, нм с/а Об’єм комірки V. нм3
а с
ZnO 0.3248 0.5200 1.601 0.0475
ZnO-1 % La2O3 0.3247 0.5200 1.601 0.0475
ZnO-2 % La2O3 0.3244 0.5201 1.603 0.0474
ZnO-3 % La2O3 0.3246 0.5201 1.602 0.0475
ZnO-4 % La2O3 0.3249 0.5202 1.601 0.0476
ZnO-5 % La2O3 0.3247 0.5204 1.604 0.0475
74 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Адсорбційно-структурні дослідження
Питому поверхню зразків вимірювали
хроматографічним методом низькотемпе-
ратурної адсорбції аргону за -196 °С (ме-
тод БЕТ в одній точці). Значення питомої
поверхні дослідного зразка обчислювали за
формулою:
Риc. 2 – Залежність параметра елементарної комірки с оксиду цинку від вмісту La2O
Fig. 2 – Dependence of the unit cell parameter c of zinc oxide on the La2O3 content.
Адсорбційно-структурні дослідження
Питому поверхню зразків вимірювали хроматографічним методом
низькотемпературної адсорбції аргону за -196 °С (метод БЕТ в одній точці). Значення
питомої поверхні дослідного зразка обчислювали за формулою:
mF
mFScS ccпит
пит
,
де Sпит і Sспит – питома поверхня зразка та стандарту відповідно, м2/г; F і Fс – площа
піку десорбції аргону досліджуваного зразка та стандарту відповідно (хроматографічні дані);
m і mc – маса зразка та стандарту відповідно, г. Встановлено, що зі збільшенням вмісту
оксиду лантану питома поверхня отриманих нанопорошків зростає (табл. 2).
Таблиця 2
Питома поверхня нанокомпозитів ZnO, легованих La2O3
Table 2.
Specific surface area of La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Зразок Питома поверхня, м2/г
ZnO 3,8
ZnO-1 % La2O3 7,5
ZnO-2 % La2O3 7,7
ZnO-3 % La2O3 7,8
ZnO-4 % La2O3 7,8
ZnO-5 % La2O3 11,8
Дослідження морфології і хімічного складу порошків ZnO, легованих оксидом лантану
Відповідно до СЕМ, синтезовані порошки мають конгломератну структуру. У самому
конгломераті спостерігаємо частинки, розмір яких не перевищує 100 нм, рис. 3.
Морфологія частинок порошків першою чергою залежить від вмісту La3+ у матеріалі. У
чистому оксиді цинку частинки мають правильну форму розміром від 20 до 50 нм, із
,
де Sпит і Sспит – питома поверхня зразка та
стандарту відповідно, м2/г; F і Fс – площа
піку десорбції аргону досліджуваного зраз-
ка та стандарту відповідно (хроматографіч-
ні дані); m і mc – маса зразка та стандарту
відповідно, г. Встановлено, що зі збіль-
шенням вмісту оксиду лантану питома по-
верхня отриманих нанопорошків зростає
(табл. 2).
Дослідження морфології і хімічного
складу порошків ZnO, легованих оксидом
лантану
Відповідно до СЕМ, синтезовані по-
рошки мають конгломератну структуру.
У самому конгломераті спостерігаємо час-
тинки, розмір яких не перевищує 100 нм,
рис. 3.
Таблиця 2
Питома поверхня нанокомпозитів
ZnO, легованих La2O3
Table 2.
Specific surface area of La2O3-doped ZnO
nanocomposites.
Зразок Питома поверхня, м2/г
ZnO 3,8
ZnO-1 % La2O3 7,5
ZnO-2 % La2O3 7,7
ZnO-3 % La2O3 7,8
ZnO-4 % La2O3 7,8
ZnO-5 % La2O3 11,8
Морфологія частинок порошків першою
чергою залежить від вмісту La3+ у матеріа-
лі. У чистому оксиді цинку частинки мають
правильну форму розміром від 20 до 50 нм,
із середнім розміром 43 нм; також спосте-
рігають поодинокі частинки розміром 5 нм.
Введення La3+ призвело до характерної змі-
ни морфології частинок та їхніх розмірів.
Частинки почали набувати пластинчасту
форму, а їхні середні планарні розміри
зросли до 64 нм.
Риc. 2 – Залежність параметра елементарної комірки с оксиду цинку від вмісту La2O
Fig. 2 – Dependence of the unit cell parameter c of zinc oxide on the La2O3 content.
Адсорбційно-структурні дослідження
Питому поверхню зразків вимірювали хроматографічним методом
низькотемпературної адсорбції аргону за -196 °С (метод БЕТ в одній точці). Значення
питомої поверхні дослідного зразка обчислювали за формулою:
mF
mFScS ccпит
пит
,
де Sпит і Sспит – питома поверхня зразка та стандарту відповідно, м2/г; F і Fс – площа
піку десорбції аргону досліджуваного зразка та стандарту відповідно (хроматографічні дані);
m і mc – маса зразка та стандарту відповідно, г. Встановлено, що зі збільшенням вмісту
оксиду лантану питома поверхня отриманих нанопорошків зростає (табл. 2).
Таблиця 2
Питома поверхня нанокомпозитів ZnO, легованих La2O3
Table 2.
Specific surface area of La2O3-doped ZnO nanocomposites.
Зразок Питома поверхня, м2/г
ZnO 3,8
ZnO-1 % La2O3 7,5
ZnO-2 % La2O3 7,7
ZnO-3 % La2O3 7,8
ZnO-4 % La2O3 7,8
ZnO-5 % La2O3 11,8
Дослідження морфології і хімічного складу порошків ZnO, легованих оксидом лантану
Відповідно до СЕМ, синтезовані порошки мають конгломератну структуру. У самому
конгломераті спостерігаємо частинки, розмір яких не перевищує 100 нм, рис. 3.
Морфологія частинок порошків першою чергою залежить від вмісту La3+ у матеріалі. У
чистому оксиді цинку частинки мають правильну форму розміром від 20 до 50 нм, із
Риc. 2 – Залежність параметра
елементарної комірки с оксиду цинку
від вмісту La2O
Fig. 2 – Dependence of the unit cell
parameter c of zinc oxide on the La2O3
content.
75https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
Рис. 3 – Порошки оксиду цинку, легованого оксидом лантану (а, б, в) 1 % La3+ , (г, д, е) 2 %
La3+, (є, ж, з) 3 % La3+, (и, і, ї) 4 % La3+, (й, к, л) 5 % La3+
Fig. 3 – Powders of pure zinc oxide (a, b, c) and doped with 1 % La3+ (d, e, f), 2 % La3+ (g, h, i), 3 % La3+
(j, k, l), 4 % La3+ (m, n, o), 5 % La3+ (p, q, r).
а
б
в
г
д
е
є
ж
з
и
і
ї
й
к
л
76 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Спектроскопія комбінаційного розсію-
вання світла
Для дослідження впливу легування La3+
на структурні та вібраційні властивості по-
рошків ZnO було проведено вимірювання
комбінаційного розсіювання. Відповідно
до теорії груп, ZnO зі структурою вюрциту
належить до просторової групи C4
6v з двома
формульними одиницями на елементарну
комірку. Елементарна комірка ZnO склада-
ється з чотирьох атомів, кожен з яких за-
ймає позицію C3v, що веде до 12 фононних
гілок (дев’яти оптичних і трьох акустич-
них). Незвідний вираз оптичних фононів
подають як Гopt=A1+2B1+E1+2E2. Моди A1 і
E1 є полярними і їх можна поділити на по-
перечно-оптичні (TO) і поздовжні оптичні
(LO) фонони, тоді як моди B1 є раманівськи-
ми неактивними [26]. Інтенсивність цих
смуг залежить від перерізу розсіювання
цих мод. Неполярні моди E2 є раманівськи-
ми активними і мають два хвильові числа,
а найнижче – E2
low і високе – E2
high, пов'язані
з рухом підґраток цинку (Zn) і кисню (O)
відповідно.
На рис. 4 показано спектри комбінаці-
йного розсіювання світла (КРС) для не-
легованих та легованих оксидом лантану
нанопорошків оксиду цинку. У зразках ви-
явлено типові чіткі смуги комбінаційного
розсіювання Е2
high i E2
low, спостерігаємо сму-
ги A1
TO, A1
LO.
Встановлено, що лантан-індуковані
смуги зміщено – 105, 191, 411 см-1 (рис. 4).
У зразках з оксидом лантану зі збільшен-
ням концентрації спостерігаємо уширення
і зміщення смуги E2
high у низькочастотну
область. Помітне збільшення інтенсивності
компоненти А1
LO при збільшенні концен-
трацій оксиду лантану в порошках. Це під-
тверджує, що іони La3+заміщують позиції
Zn2+ у структурі ZnO.
Рис. 4 – Спектри комбінаційного розсіювання світла порошків оксиду цинку, легованого La3+
Fig. 4 – Raman scattering spectra of ZnO powders doped with La3+
й
к
л
Рис. 3 – Порошки оксиду цинку, легованого оксидом лантану (а, б, в) 1 % La3+ , (г, д, е) 2 %
La3+, (є, ж, з) 3 % La3+, (и, і, ї) 4 % La3+, (й, к, л) 5 % La3+
Fig. 3 – Powders of pure zinc oxide (a, b, c) and doped with 1 % La3+ (d, e, f), 2 % La3+ (g, h, i), 3
% La3+ (j, k, l), 4 % La3+ (m, n, o), 5 % La3+ (p, q, r).
Спектроскопія комбінаційного розсіювання світла
Для дослідження впливу легування La3+ на структурні та вібраційні властивості
порошків ZnO було проведено вимірювання комбінаційного розсіювання. Відповідно до
теорії груп, ZnO зі структурою вюрциту належить до просторової групи C4
6v з двома
формульними одиницями на елементарну комірку. Елементарна комірка ZnO складається з
чотирьох атомів, кожен з яких займає позицію C3v, що веде до 12 фононних гілок (дев’яти
оптичних і трьох акустичних). Незвідний вираз оптичних фононів подають як
Гopt=A1+2B1+E1+2E2. Моди A1 і E1 є полярними і їх можна поділити на поперечно-оптичні
(TO) і поздовжні оптичні (LO) фонони, тоді як моди B1 є раманівськими неактивними [26].
Інтенсивність цих смуг залежить від перерізу розсіювання цих мод. Неполярні моди E2 є
раманівськими активними і мають два хвильові числа, а найнижче – E2
low і високе – E2
high,
пов'язані з рухом підґраток цинку (Zn) і кисню (O) відповідно.
На рис. 4 показано спектри комбінаційного розсіювання світла (КРС) для нелегованих
та легованих оксидом лантану нанопорошків оксиду цинку. У зразках виявлено типові чіткі
смуги комбінаційного розсіювання Е2
high i E2
low, спостерігаємо смуги A1
TO, A1
LO.
Встановлено, що лантан-індуковані смуги зміщено – 105, 191, 411 см-1 (рис. 4). У
зразках з оксидом лантану зі збільшенням концентрації спостерігаємо уширення і зміщення
смуги E2
high у низькочастотну область. Помітне збільшення інтенсивності компоненти А1
LO
при збільшенні концентрацій оксиду лантану в порошках. Це підтверджує, що іони
La3+заміщують позиції Zn2+ у структурі ZnO.
Рис. 4 – Спектри комбінаційного розсіювання світла порошків оксиду цинку, легованого La3+
Fig. 4 – Raman scattering spectra of ZnO powders doped with La3+
Дослідження фотолюмінесценції
У спектрах фотолюмінесценції поро-
шків ZnO спостерігали випромінювання
на краю забороненої зони близько 389 нм і
глибоке випромінювання, пов’язане з пере-
ходами від дефектів на 560 нм [27]. Віднос-
77https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
но вузький максимум в УФ-області близько
385 нм у зразках відповідає випромінюван-
ню під час рекомбінації вільних екситонів
[28]. Зі збільшенням концентрації La2O3
спостерігаємо смуги при 400 нм, зумовлені
появою домішок, які викликають дефекти
міжвузлового цинку та цинкових вакансій
та їхнє розширення зі зсувом у довгохви-
льову область (рис. 5).
Рис. 5 – Спектри фотолюмінесценції нано
порошків ZnO та ZnO легованого La2O3 (1–5%)
Fig. 5 – Photoluminescence spectra of ZnO and
La-doped ZnO (1–5%) nanopowders.
Дослідження фотокаталітичної ак-
тивності порошків оксиду цинку, легова-
ного оксидом лантану
Досліджено фотокаталітичну активність
нелегованих та легованих 1–5 % оксидом
лантану нанопорошків (НП) ZnO шляхом
розкладання водного розчину барвника
метилового оранжевого (МО). Метиловий
оранжевий належить до групи органічних
азобарвників, які широко використовують
у поліграфічній, текстильній та інших га-
лузях промисловості. Його потрапляння в
навколишнє середовище має токсичну дію
на живі організми і, зокрема, канцерогенну
дію на людину [29]. Для дослідження фото-
каталітичної активності НЧ ZnO, легова-
них La2O3, порошковий каталізатор диспер-
гували у водному розчині МО (10 мг/л) та
опромінювали лампою Osram Ultra-Vitalux
потужністю 300 Вт упродовж 30, 60 с , 90 і
120 хв.
На рис. 6 представлено кінетику фотоде-
градації барвника МО НП ZnO та легова-
них La2O3.
Рис. 6 – Кінетика фотодеградації метилового
оранжевого порошками ZnO, легованими ок
сидом лантану (1–5 %)
Fig. 6 – Kinetics of MO dye photodegradation
by undoped and La2O3-doped ZnO nanocompo
sites (1–5 %).
Отримані результати показали, що НЧ
ZnO, леговані La3+, залежно від кількості
оксиду лантану мають нижчу і вищу фото-
каталітичну активність порівняно з неле-
гованими НЧ ZnO. Фотокаталітична ефек-
тивність порошків чистого оксиду цинку
становить 70 % після 120 хв опромінення.
Дослідження фотолюмінесценції
У спектрах фотолюмінесценції порошків ZnO спостерігали випромінювання на краю
забороненої зони близько 389 нм і глибоке випромінювання, пов’язане з переходами від
дефектів на 560 нм [27]. Відносно вузький максимум в УФ-області близько 385 нм у зразках
відповідає випромінюванню під час рекомбінації вільних екситонів [28]. Зі збільшенням
концентрації La2O3 спостерігаємо смуги при 400 нм, зумовлені появою домішок, які
викликають дефекти міжвузлового цинку та цинкових вакансій та їхнє розширення зі зсувом
у довгохвильову область (рис. 5).
Рис. 5 – Спектри фотолюмінесценції нанопорошків ZnO та ZnO легованого La2O3 (1–5%)
Fig. 5 – Photoluminescence spectra of ZnO and La-doped ZnO (1–5%) nanopowders.
Дослідження фотокаталітичної активності порошків оксиду цинку, легованого оксидом
лантану
Досліджено фотокаталітичну активність нелегованих та легованих 1–5 % оксидом
лантану нанопорошків (НП) ZnO шляхом розкладання водного розчину барвника метилового
оранжевого (МО). Метиловий оранжевий належить до групи органічних азобарвників, які
широко використовують у поліграфічній, текстильній та інших галузях промисловості. Його
потрапляння в навколишнє середовище має токсичну дію на живі організми і, зокрема,
канцерогенну дію на людину [29]. Для дослідження фотокаталітичної активності НЧ ZnO,
легованих La2O3, порошковий каталізатор диспергували у водному розчині МО (10 мг/л) та
опромінювали лампою Osram Ultra-Vitalux потужністю 300 Вт упродовж 30, 60 с , 90 і 120
хв.
На рис. 6 представлено кінетику фотодеградації барвника МО НП ZnO та легованих
La2O3.
Рис. 6 – Кінетика фотодеградації метилового оранжевого порошками ZnO, легованими оксидом
лантану (1–5 %)
Fig. 6 – Kinetics of MO dye photodegradation by undoped and La2O3-doped ZnO nanocomposites (1–5 %).
Отримані результати показали, що НЧ ZnO, леговані La3+, залежно від кількості оксиду
лантану мають нижчу і вищу фотокаталітичну активність порівняно з нелегованими НЧ ZnO.
Фотокаталітична ефективність порошків чистого оксиду цинку становить 70 % після 120 хв
опромінення. Водночас ФКА порошків оксиду цинку, легованих оксидом лантану 3 і 5
мас.%, становить ~83 і 8 % відповідно. Для порошків оксиду цинку з меншим вмістом
оксиду лантану (1–4 мас.%) цей показник знизився до ~50 % (рис. 7).
Рис. 7 – Ефективність деградації (%) метилового оранжевого порошками ZnO та ZnO-La2O3 (1–5 %)
Fig. 7 – Degradation efficiency (%) of Methyl Orange by ZnO and ZnO-La2O3 (1–5 %).
Причиною зниження фотокаталітичної активності нанопорошків ZnO, легованих La3+,
порівняно з чистим ZnO може бути збільшення розміру частинок ZnO після легування
оксидом лантану. З отриманих результатів можна зробити висновок, що оптимальна
концентрація легуючої добавки La3+ становить не більше 3–5 % мас. Тому вибір умов
отримання (спосіб і концентрація) легованих порошків оксиду цинку відіграє важливу роль у
створенні матеріалу з необхідними фотокаталітичними властивостями. У цьому випадку
78 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Водночас ФКА порошків оксиду цинку,
легованих оксидом лантану 3 і 5 мас.%,
становить ~83 і 8 % відповідно. Для поро-
шків оксиду цинку з меншим вмістом окси-
ду лантану (1–4 мас.%) цей показник зни-
зився до ~50 % (рис. 7).
Рис. 7 – Ефективність деградації (%) метило
вого оранжевого порошками ZnO та ZnO-La2O3
(1–5 %)
Fig. 7 – Degradation efficiency (%) of Methyl
Orange by ZnO and ZnO-La2O3 (1–5 %).
Причиною зниження фотокаталітичної
активності нанопорошків ZnO, легованих
La3+, порівняно з чистим ZnO може бути
збільшення розміру частинок ZnO після
легування оксидом лантану. З отриманих
результатів можна зробити висновок, що
оптимальна концентрація легуючої добав-
ки La3+ становить не більше 3–5 % мас. Тому
вибір умов отримання (спосіб і концентра-
ція) легованих порошків оксиду цинку ві-
діграє важливу роль у створенні матеріалу
з необхідними фотокаталітичними власти-
востями. У цьому випадку зниження фо-
токаталітичних властивостей також може
мати практичне значення. Для уповільнен-
ня розкладання пігментів під дією УФ-ви-
промінювання перспективним є викори-
стання матеріалів на основі оксиду цинку зі
зниженою фотокаталітичною активністю.
Кінетику реакції руйнування барвника
МО можна описати моделлю псевдопер-
шого порядку для низьких концентрацій
барвника
0
Cln( ) k t
C
= − ⋅ , де C0 і C – концен-
трації МО в момент часу t=0 і певний час
t, k — константа швидкості псевдопершого
порядку. Побудовано залежність
0
Cln( )
C
від часу опромінення, з нахилу якої було
розраховано константу швидкості дегра-
дації K. Залежність
0
Cln( )
C
від часу опромі-
нення дозволяє оцінити швидкість фотоде-
градації барвника МО, яку представлено у
вигляді діаграми на рис. 8.
Рис. 8 – Константа швидкості порошків ZnO,
легованими оксидом лантану (1–5 %)
Fig. 8 – Degradation rate constant (k) versus
La3+ content in ZnO nanopowders.
Рис. 6 – Кінетика фотодеградації метилового оранжевого порошками ZnO, легованими оксидом
лантану (1–5 %)
Fig. 6 – Kinetics of MO dye photodegradation by undoped and La2O3-doped ZnO nanocomposites (1–5 %).
Отримані результати показали, що НЧ ZnO, леговані La3+, залежно від кількості оксиду
лантану мають нижчу і вищу фотокаталітичну активність порівняно з нелегованими НЧ ZnO.
Фотокаталітична ефективність порошків чистого оксиду цинку становить 70 % після 120 хв
опромінення. Водночас ФКА порошків оксиду цинку, легованих оксидом лантану 3 і 5
мас.%, становить ~83 і 8 % відповідно. Для порошків оксиду цинку з меншим вмістом
оксиду лантану (1–4 мас.%) цей показник знизився до ~50 % (рис. 7).
Рис. 7 – Ефективність деградації (%) метилового оранжевого порошками ZnO та ZnO-La2O3 (1–5 %)
Fig. 7 – Degradation efficiency (%) of Methyl Orange by ZnO and ZnO-La2O3 (1–5 %).
Причиною зниження фотокаталітичної активності нанопорошків ZnO, легованих La3+,
порівняно з чистим ZnO може бути збільшення розміру частинок ZnO після легування
оксидом лантану. З отриманих результатів можна зробити висновок, що оптимальна
концентрація легуючої добавки La3+ становить не більше 3–5 % мас. Тому вибір умов
отримання (спосіб і концентрація) легованих порошків оксиду цинку відіграє важливу роль у
створенні матеріалу з необхідними фотокаталітичними властивостями. У цьому випадку
зниження фотокаталітичних властивостей також може мати практичне значення. Для
уповільнення розкладання пігментів під дією УФ-випромінювання перспективним є
використання матеріалів на основі оксиду цинку зі зниженою фотокаталітичною активністю.
Кінетику реакції руйнування барвника МО можна описати моделлю псевдопершого
порядку для низьких концентрацій барвника tk
C
C
)ln(
0
, де C0 і C – концентрації МО в
момент часу t=0 і певний час t, k — константа швидкості псевдопершого порядку.
Побудовано залежність )ln(
0C
C
від часу опромінення, з нахилу якої було розраховано
константу швидкості деградації K. Залежність )ln(
0C
C
від часу опромінення дозволяє оцінити
швидкість фотодеградації барвника МО, яку представлено у вигляді діаграми на рис. 8.
Рис. 8 – Константа швидкості порошків ZnO, легованими оксидом лантану (1–5 %)
Fig. 8 – Degradation rate constant (k) versus La3+ content in ZnO nanopowders.
Залежності були лінійними у всьому часовому діапазоні 30–120 хв, а обчислені
значення константи швидкості деградації K для легованих оксидом лантану зразків мають
значення в межах 0,0046–0,0145 хв-1, для нелегованих – 0,0098 хв-1. Збільшення
фотокаталітичної активності легованих оксидом лантану порошків зумовлено в цьому
випадку зменшенням розмірів наночастинок порошку і, своєю чергою, – збільшенням
питомої поверхні.
Фотокаталітичні реакції протікають за допомогою радикалів OH• і O2-, сформованих на
поверхні НС ZnO, легованих La3+ [30]. Під час фотокаталізу іон La3+ поглинає електрон і
пригнічує електронно-діркову рекомбінацію, сприяючи наступним окисно-відновним
реакціям:
La3+ + hv → ē (Y3+) + h+( La3+)
Zn2+ + hv → ē (Zn2+) + h+(Zn2+)
La3+ + OH-→ La2+ + OH-
OH-+ Метиловий Оранжевий → Продукти фотодеградації
La3++ ē → La2+
79https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
Залежності були лінійними у всьому
часовому діапазоні 30–120 хв, а обчислені
значення константи швидкості деградації
K для легованих оксидом лантану зразків
мають значення в межах 0,0046–0,0145 хв-1,
для нелегованих – 0,0098 хв-1. Збільшення
фотокаталітичної активності легованих
оксидом лантану порошків зумовлено в
цьому випадку зменшенням розмірів нано-
частинок порошку і, своєю чергою, – збіль-
шенням питомої поверхні.
Фотокаталітичні реакції протікають за
допомогою радикалів OH• і O2-, сформо-
ваних на поверхні НС ZnO, легованих La3+
[30]. Під час фотокаталізу іон La3+ поглинає
електрон і пригнічує електронно-діркову
рекомбінацію, сприяючи наступним окис-
но-відновним реакціям:
La3+ + hv → ē (Y3+) + h+( La3+)
Zn2+ + hv → ē (Zn2+) + h+(Zn2+)
La3+ + OH-→ La2+ + OH-
OH-+ Метиловий Оранжевий →
Продукти фотодеградації
La3++ ē → La2+
La2+ +O2 → La3+ + О2
-
О2
- + Метиловий Оранжевий →
Продукти фотодеградації
Супероксид-іони O2- викликають реак-
цію розкладання, як зазначено вище. Фо-
тонному поглинанню МО сприяє наявність
іонів La3+, оскільки ці іони захоплюють
електрони та пригнічують електронно-дір-
кову рекомбінацію. Збільшення енергії за-
бороненої зони позитивно впливає на ак-
тивність фотокаталізу через вищий окис-
но-відновний потенціал фотоіндукованих
електронно-діркових пар. Таким чином,
енергія забороненої зони та дефектні стани
є визначальним фактором покращення фо-
токаталітичної активності.
ВИСНОВКИ. Показано, що наноком-
позити ZnO, леговані оксидом лантану
(1–5 %) характерні вюрцитною структурою
кристалічної решітки. Збільшення кілько-
сті La3+ в оксиді цинку призводить до збіль-
шення періоду решітки. За даними скану-
ючої електронної мікроскопії, синтезовані
порошки мають конгломератну структуру.
Встановлено, що морфологія частинок по-
рошку, першою чергою, залежить від вміс-
ту в матеріалі La3+. Зі збільшенням вмісту
оксиду лантану частинки почали набувати
пластинчастої форми, а їхні середні розмі-
ри зросли до 79 нм. Збільшення кількості
La3+ в оксиді цинку призводить до збіль-
шення питомої поверхні (з 3,8 до 11,8 м2/г).
У наших дослідженнях було показано, що
легування ZnO оксидом лантану (1–5 %)
призводить як до зниження, так і до підви-
щення фотокаталітичної активності отри-
маних нанокомпозитів. Результатами до-
сліджень комбінаційного розсіювання та
фотолюмінесценції підтверджено, що зни-
ження фотокаталітичної активності нано-
порошків ZnO, легованих оксидом лантану,
може бути пов’язано з появою великої кіль-
кості дефектів у структурі ZnO.
Роботу виконано за фінансової під-
тримки НАН України наукового
проєкту 0122U002149 «Створення
перспективних матеріалів на основі
ZnO, легованих РЗЕ для застосуван-
ня їх у каталізі».
80 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND
PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED,
La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES.
O. V. Chudinovych1,2, L. A. Myroniuk1,
D.V. Myroniuk1, O. I. Olifan1 ,
I. M. Danylenko3
1I. M. Frantsevich Institute for Problems in
Materials Science, NAS of Ukraine,
3, Omeliana Pritsaka St., 03142, Kyiv, Ukraine,
e-mail: chudinovych_olia@ukr.net
2National Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»,
37, Peremohy Ave., 03056, Kyiv, Ukraine;
3 V. Lashkaryov Institute of Semiconductor
Physics of the NAS of Ukraine,
41 Nauky Av., Kyiv, 03039, Ukraine,
*Е-mail: chudinovych_olia@ukr.net
La-doped ZnO nanocomposites with diffe
rent content of La2O3 (1–5%) were obtained
by the Pechini method from their nitrate solu-
tions. The solutions of Zn2+ and La3+ nitrates
were preliminary obtained by dissolving of
zinc and lanthanum oxides with a content of
the main component of 99.99% in nitric acid.
The influence of lanthanum doping the on
the microstructure, morphology, optical pro
perties and photocatalytic activity of the ZnO
nanopowders were examined. The proper-
ties of the nanopowders were studied by us-
ing X-ray phase analysis, scanning electron
microscopy (SEM), energy dispersive X-ray
spectroscopy. The samples were subjected to
X-ray powder diffraction using a DRON-3
diffractometer (Cu-Kα radiation) at room
temperature. The scan angle was 0.05–0.1 °
in the range 2θ = 15–90 °. X-ray phase ana
lysis confirms the formation of single phase of
La2O3-doped ZnO powders on diffractograms.
Raman light scattering and photolumines-
cence spectra were recorded using a Horiba
Jobin‑Yvon T64000 spectrometer equipped
with a CCD detector at room temperature in
the inverse scattering geometry.
According to SEM results, the powders
characterized a conglomerate structure. The
undoped ZnO has an average particle size of
43 nm, while the average particle size of La3+-
doped ZnO ranges from 64 to 80 nm. It was
established that the morphology of powder
particles primarily depends on the content of
La3+ in the material. An increase in the amount
of La3+ in zinc oxide leads to an increase in the
specific surface area (from 3.8 to 11.8 m2/g). In
the photoluminescence spectra of ZnO pow-
ders, with increasing La2O3 concentration,
bands at 400 nm are observed due to the ap-
pearance of impurities that cause of interstitial
zinc and zinc vacancy defects and their broade
ning with a shift to the long-wave region.
Photocatalytic properties of ZnO powders
doped with lanthanum oxide were investigated
using Methyl Orange as a model dye under Os-
ram Ultra-Vitalux lamp (300 W) irradiation.
A present result indicates that the obtained
powders are potential candidate for the practi-
cal application in photocatalysis.
Keywords: ZnO-La2O3 nanopowders, zinc
oxide, lanthanum oxide, photocatalysis, degra-
dation.
ЛІТЕРАТУРА
1. Gupta J., Hassan P. A., Barick K. C. Structu
ral, photoluminescence, and photocatalytic
properties of Mn and Eu co-doped ZnO nano
particles. Materials Today: Proceedings, 2021.
81https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
42(2). P. 926–931.
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.837
2. Zong Y., Li Z., Wang X., Ma J., Men Y. Syn-
thesis and high photocatalytic activity of Eu-
doped ZnO nanoparticles. Ceramics Interna-
tional, 2014. 40. P. 10375–10382.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.02.123
3. Zhao Z., Song J.-L., Zheng J.-H., Lian J.-S. Op-
tical properties and photocatalyticтactivity
of Nd-doped ZnO powders. Transactions of
Nonferrous Metals Society of China, 2014. 24.
P. 1434–1439.
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)63209-X
4. Kumar S., Sahare P. D. Nd-doped ZnO as a
multifunctional nanomaterial. Journal of Rare
Earths, 2013. 30. 761–768.
https://doi.org/10.1016/S1002-0721(12)60126-4
5. Zhao Z., Song J.L., Zheng J.H., Lian J.S. Op-
tical properties and photocatalytic activity
of Nd-doped ZnO powders. Transactions of
Nonferrous Metals Society of China, 2014. 24.
P. 1434–1439.
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)6320
9-X.
6. Zhou Y., Lu S.X., Xu W.G. Photocatalytic ac-
tivity of Nd-doped ZnO for the degradation
of C.I. Reactive Blue 4 in aqueous suspension.
Environmental Progress & Sustainable Energy,
2009. 28. P. 226–233.
https://doi.org/10.1002/EP.10318.
7. Satpal S.B., Athawale A.A. Synthesis of ZnO
and Nd doped ZnO polyscales for removal of
rhodamine 6G dye under UV light irradiation.
Materials Research Express, 2018. 5.
https://doi.org/10.1088/2053-1591/AAD26C.
085501.
8. Sin J.C. Lam SM. One-dimensional ZnO na-
norods doped with neodymium for enhanced
resorcinol degradation under sunlight irradi-
ationvol. Chemical Engineering Communica-
tions, 2018. 205. P. 311–324.
https://doi.org/ 10.1080/00986445.2017.13878
55.24.
9. Samanta A., Goswami M. N., Mahapatra P. K..
Influence of Nd3+ doping in ZnO nanoparti-
cles to enhance the optical and photocatalytic
activity. Materials Research Express, 2019. 6.
P. 065031.
https://doi.org/ 10.1088/2053-1591/ab0c25
10. Kayani Z. N., Amir B., Riaz S., Naseem S. An-
tibacterial, magnetic, optical and dielectric
analysis of novel La2O3 doped ZnO thin films.
Optical Materials, 2020. 109. P. 110–287.
https://doi.org /10.1016/j.optmat.2020.110287
11. Li C., Hun R., Qin L., Ding R., Li X., Wu H.
Enhanced photocatalytic activity of ZnO/
La2O3 composite modified by potassium for
phenol degradation. Materials Letters, 2013.
113. P. 190–194.
https://doi.org /10.1016/j.matlet.2013.09.050
12. Kayani Z. N., Amir B., Riaz S. Antibacterial,
magnetic, optical and dielectric analysis of
novel La2O3 doped ZnO thin films. Optical
Materials, 2020. 109. P. 110–287.
https://doi.org /10.1016/j.optmat.2020.110287
13. Hsieh P.-T., Chuang R.-K., Chang C.-Q., Wang
C.-M., Chang S.-J. Optical and structural cha
racteristics of yttrium doped ZnO films using
sol-gel technology. Journal of Sol-Gel Science
and Technology, 2011. 58(1). P. 42–47.
https://doi.org 10.1007/s10971-010-2352-0
14. Sanoop P.K., Anas S., Ananthakumar S. Syn-
thesis of yttrium doped nanocrystalline ZnO
and its photocatalytic activity in methylene
blue degradation. Arabian Journal of Chemist
ry, 2016. 9(2). P. 1618–1626.
https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.04.023
15. Divya N. K., Pradyumnan P. P. Solid state syn-
thesis of erbium doped ZnO with excellent
photocatalytic activity and enhanced visible
light emission. Materials Science in Semicon-
ductor Processing, 2016. 41. P. 428–435.
https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.10.004
16. Zong Y., Li Z., Wang X., Ma J., Men Y. Syn-
thesis and high photocatalytic activity of Eu-
doped ZnO nanoparticles. Ceramics Interna-
tional, 2014. 40(7). P. 10375–10382.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.02.123
82 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
17. Chudinovych, O. V., Myroniuk, D. V., Myro-
niuk, L. A. , Shyrokov, O. V., Danylenko, I. M.
Structure, optical properties and photocataly
tic activity of undoped, Nd2O3-doped ZnO na-
nocomposites. Functional Materials, 2023. 30.
P. 1–7.
https://doi.org/10.15407/fm30.02.1
18. Boltenkov I.S., Kolobkova E.V., Evstropiev
S.K. Synthesis and characterizationof trans-
parent photocatalytic ZnO-Sm2O3 and ZnO-
Er2O3 coatings. Journal of Photochemistry and
Photobiology A, 2018. 367. P. 458–464.
https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.09.
016
19. Jia T., Wang W., Long F. Fabrication, charac
terization and photocatalytic activity of La-
doped ZnO nanowires. Journal of Alloys and
Compounds, 2009. 484(1–2). P. 410–415.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.04.153
20. Li C., Hun R., Qin L., Ding R., Li X., Wu H.
Enhanced photocatalytic activity of ZnO/
La2O3 composite modified by potassium for
phenol degradation. Materials Letters, 2013.
113. P. 190–194.
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.09.050
21. Clament Sagaya Selvam N., Judith Vijaya J.,
John Kennedy L. Comparative studies on in-
fluence of morphology and La doping on
structural, optical, and photocatalytic pro
perties of zinc oxide nanostructures. Journal
of Colloid and Interface Science, 2013. 407.
P. 215–224.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.06.004
22. Boky G.B., Poray-Koshits M.A. X-ray diffrac-
tion analysis. 1964. University of Moscow (in
Russian).
23. Sidorenko S.I., Barabash R.I. Modern X-ray
diffraction analysis of real crystals. 1997. Nau-
kova Dumka, Kiev (in Ukrainian).
24. Liu Y., Wei S., Gao W. Ag/ZnO heterostructures
and their photocatalytic activity undervisible
light: Effect of reducing medium. Journal of
Hazardous Materials, 2015. 287. P. 59–68.
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.12.045
25. Ahmad M., Ahmed E., Zhang Y., Khalid N. R.,
Xu J., Ullah M., Hong Z. Preparation of highly
efficient Al-doped ZnO photocatalyst by com-
bustion synthesis. Current Applied Physics,
2013. 13. P. 697–704.
https:// doi: 10.1016/j.cap.2012.11.008
26. Damen T. C., Porto S.P. S., Tell B. Raman ef-
fect in zinc oxide. Physical Review, 1996. 142.
P. 570.
http://dx.doi.org/10.1103/physrev.142.570
27. Schneider L., Halm S., Bacher G., Roy A.,
Kruis F.E. Physісa Status Solidi C, 2006. 3.
P. 1014–1017.
https://doi.org/10.1002/pssc.200564705
28. Yang J., Wang R., Yang L., Lang J., Wei M.,
Gao M., Liu X., Cao J., Li X., Yang N. Tunable
deep-level emission in ZnO nanoparticles via
yttrium doping. Journal of Alloys and Com-
pounds, 2011. 509. P. 3606–3612.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.12.102
29. Zamiri R., Lemos A.F., Reblo A., Ahangar H. A.,
Ferreira J.M.F. Effects of rare-earth (Er, La
and Yb) doping on morphology andstructure
properties of ZnO nanostructures prepared by
wet chemical method. Ceramics International,
2014. 40. P. 523–529.
http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.06.034
30. Munawar T., Mukhtar F., Shahid Nadeem M.,
Mahmood K., Hasan M., Hussain A., Ali A.,
Arshad M.I., Iqbal F. Novel direct dual-Z-
scheme ZnO-Er2O3-Nd2O3@reducedgraphene
oxide heterostructured nanocomposite: Syn-
thesis, characterization and superior antibac-
terial and photocatalytic activity. Materials
Chemistry and Physics, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.
123249.
REFERENCES
1. Gupta J., Hassan P. A., Barick K. C. Structural,
photoluminescence, and photocatalytic pro
perties of Mn and Eu co-doped ZnO nano-
particles. Materials Today: Proceedings. 2021.
42(2): 926–931.
83https://ucj.org.ua
О. В. Чудінович, Л. A. Миронюк, Д. В. Миронюк, О. І. Оліфан, I. M. Даниленко УХЖ № 10 / ТОМ 89
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.837
2. Zong Y., Li Z., Wang X., Ma J., Men Y. Syn-
thesis and high photocatalytic activity of Eu-
doped ZnO nanoparticles. Ceramics Interna-
tional. 2014. 40: 10375–10382.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.02.123
3. Zhao Z., Song J.-L., Zheng J.-H., Lian J.-S. Op-
tical properties and photocatalyticтactivity
of Nd-doped ZnO powders. Transactions of
Nonferrous Metals Society of China. 2014. 24:
1434–1439.
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)632
09-X
4. Kumar S., Sahare P. D. Nd-doped ZnO as a
multifunctional nanomaterial. Journal of Rare
Earths. 2013. 30: 761–768.
https://doi.org/10.1016/S1002-0721(12)60
126-4
5. Zhao Z., Song J.L., Zheng J.H., Lian J.S. Op-
tical properties and photocatalytic activity
of Nd-doped ZnO powders. Transactions of
Nonferrous Metals Society of China. 2014. 24:
1434–1439.
https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)6320
9-X.
6. Zhou Y., Lu S.X., Xu W.G. Photocatalytic ac-
tivity of Nd-doped ZnO for the degradation
of C.I. Reactive Blue 4 in aqueous suspension.
Environmental Progress & Sustainable Energy.
2009. 28: 226–233.
https://doi.org/10.1002/EP.10318.
7. Satpal S.B., Athawale A.A. Synthesis of ZnO
and Nd doped ZnO polyscales for removal of
rhodamine 6G dye under UV light irradiation.
Materials Research Express. 2018. 5.
https://doi.org/10.1088/2053-1591/AAD26C.
085501.
8. Sin J.C. Lam SM. One-dimensional ZnO na-
norods doped with neodymium for enhanced
resorcinol degradation under sunlight irradia
tionvol. Chemical Engineering Communica-
tions. 2018. 205: 311–324.
https://doi.org/ 10.1080/00986445.2017.1387
855. 24.
9. Samanta A., Goswami M. N., Mahapatra P. K..
Influence of Nd3+ doping in ZnO nanoparticles
to enhance the optical and photocatalytic activi
ty. Materials Research Express. 2019. 6: 065031.
https://doi.org/ 10.1088/2053-1591/ab0c25
10. Kayani Z. N., Amir B., Riaz S., Naseem S. An-
tibacterial, magnetic, optical and dielectric
analysis of novel La2O3 doped ZnO thin films.
Optical Materials. 2020. 109: 110–287.
https://doi.org /10.1016/j.optmat.2020.110287
11. Li C., Hun R., Qin L., Ding R., Li X., Wu H.
Enhanced photocatalytic activity of ZnO/
La2O3 composite modified by potassium for
phenol degradation. Materials Letters. 2013.
113: 190–194.
https://doi.org /10.1016/j.matlet.2013.09.050
12. Kayani Z. N., Amir B., Riaz S. Antibacterial,
magnetic, optical and dielectric analysis of
novel La2O3 doped ZnO thin films. Optical
Materials. 2020. 109: 110–287.
https://doi.org /10.1016/j.optmat.2020.110287
13. Hsieh P.-T., Chuang R.-K., Chang C.-Q., Wang
C.-M., Chang S.-J. Optical and structural cha
racteristics of yttrium doped ZnO films using
sol-gel technology. Journal of Sol-Gel Science
and Technology. 2011. 58(1): 42–47.
https://doi.org 10.1007/s10971-010-2352-0
14. Sanoop P.K., Anas S., Ananthakumar S. Syn-
thesis of yttrium doped nanocrystalline ZnO
and its photocatalytic activity in methylene
blue degradation. Arabian Journal of Chemis-
try. 2016. 9(2): 1618–1626.
https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2012.04.023
15. Divya N. K., Pradyumnan P. P. Solid state syn-
thesis of erbium doped ZnO with excellent
photocatalytic activity and enhanced visible
light emission. Materials Science in Semicon-
ductor Processing. 2016. 41: 428–435.
https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.10.004
16. Zong Y., Li Z., Wang X., Ma J., Men Y. Syn-
thesis and high photocatalytic activity of Eu-
doped ZnO nanoparticles. Ceramics Interna-
tional. 2014. 40(7): 10375–10382.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.02.123
84 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
СТРУКТУРА, ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ НАНОКОМПОЗИТІВ ZnO, ЛЕГОВАНИХ La2O3НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
17. Chudinovych, O. V., Myroniuk, D. V., Myro-
niuk, L. A. , Shyrokov, O. V., Danylenko, I. M.
Structure, optical properties and photocataly
tic activity of undoped, Nd2O3-doped ZnO na-
nocomposites. Functional Materials. 2023. 30:
1–7.
https://doi.org/10.15407/fm30.02.1
18. Boltenkov I.S., Kolobkova E.V., Evstropiev
S.K. Synthesis and characterizationof trans-
parent photocatalytic ZnO-Sm2O3 and ZnO-
Er2O3 coatings. Journal of Photochemistry and
Photobiology A. 2018. 367: 458–464.
https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.
09.016
19. Jia T., Wang W., Long F. Fabrication, charac-
terization and photocatalytic activity of La-
doped ZnO nanowires. Journal of Alloys and
Compounds. 2009. 484(1–2): 410–415.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.04.153
20. Li C., Hun R., Qin L., Ding R., Li X., Wu H.
Enhanced photocatalytic activity of ZnO/
La2O3 composite modified by potassium for
phenol degradation. Materials Letters. 2013.
113: 190–194.
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.09.050
21. Clament Sagaya Selvam N., Judith Vijaya J.,
John Kennedy L. Comparative studies on influ-
ence of morphology and La doping on struc-
tural, optical, and photocatalytic properties of
zinc oxide nanostructures. Journal of Colloid
and Interface Science. 2013. 407: 215–224.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.06.004
22. Boky G.B., Poray-Koshits M.A. X-ray diffrac-
tion analysis. 1964. University of Moscow (in
Russian).
23. Sidorenko S.I., Barabash R.I. Modern X-ray
diffraction analysis of real crystals. 1997. Nau-
kova Dumka, Kiev (in Ukrainian).
24. Liu Y., Wei S., Gao W. Ag/ZnO heterostruc-
tures and their photocatalytic activity under-
visible light: Effect of reducing medium. Jour-
nal of Hazardous Materials. 2015. 287: 59–68.
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.12.045
25. Ahmad M., Ahmed E., Zhang Y., Khalid N. R.,
Xu J., Ullah M., Hong Z. Preparation of highly
efficient Al-doped ZnO photocatalyst by com-
bustion synthesis. Current Applied Physics.
2013. 13: 697–704.
https:// doi: 10.1016/j.cap.2012.11.008
26. Damen T. C., Porto S.P. S., Tell B. Raman effect
in zinc oxide. Physical Review. 1996. 142: 570.
http://dx.doi.org/10.1103/physrev.142.570
27. Schneider L., Halm S., Bacher G., Roy A.,
Kruis F.E. Physісa Status Solidi C. 2006. 3:
1014–1017.
https://doi.org/10.1002/pssc.200564705
28. Yang J., Wang R., Yang L., Lang J., Wei M.,
Gao M., Liu X., Cao J., Li X., Yang N. Tunable
deep-level emission in ZnO nanoparticles via
yttrium doping. Journal of Alloys and Com-
pounds. 2011. 509: 3606–3612.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.12.102
29. Zamiri R., Lemos A.F., Reblo A., Ahangar H.
A., Ferreira J.M.F. Effects of rare-earth (Er, La
and Yb) doping on morphology andstructure
properties of ZnO nanostructures prepared by
wet chemical method. Ceramics International.
2014. 40: 523–529.
http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.06.
034
30. Munawar T., Mukhtar F., Shahid Nadeem M.,
Mahmood K., Hasan M., Hussain A., Ali A.,
Arshad M.I., Iqbal F. Novel direct dual-Z-
scheme ZnO-Er2O3-Nd2O3@reducedgraphene
oxide heterostructured nanocomposite: Syn-
thesis, characterization and superior antibac-
terial and photocatalytic activity. Materials
Chemistry and Physics. 2020.
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.
123249.
Стаття надійшла 05.11.2023.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-591 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:10:47Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/b1/9e67478c82c89301d92e73745b13cfb1.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-5912026-07-22T08:23:52Z STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES Chudinovych , Olga Myroniuk, Denys Myroniuk, Liliia Danylenko, Ihor Olifan, Olena ZnO-La2O3 nanopowders, zinc oxide, lanthanum oxide, photocatalysis, degradation. La-doped ZnO nanocomposites with different content of La2O3 (1–5%) were obtained by the Pechini method from their nitrate solutions. The solutions of Zn2+ and La3+ nitrates were preliminary obtained by dissolving of zinc and lanthanum oxides with a content of the main component of 99.99% in nitric acid. The influence of lanthanum doping the on the microstructure, morphology, optical properties and photocatalytic activity of the ZnO nanopowders were examined. The properties of the nanopowders were studied by using X-ray phase analysis, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy. The samples were subjected to X-ray powder diffraction using a DRON-3 diffractometer (Cu-K radiation) at room temperature. The scan angle was 0.05–0.1 ° in the range 2 = 15–90 °. X-ray phase analysis confirms the formation of single phase of La2O3-doped ZnO powders on diffractograms. Raman light scattering and photoluminescence spectra were recorded using a Horiba Jobin‑Yvon T64000 spectrometer equipped with a CCD detector at room temperature in the inverse scattering geometry. According to SEM results, the powders characterized a conglomerate structure. The undoped ZnO has an average particle size of 43 nm, while the average particle size of La3+-doped ZnO ranges from 64 to 80 nm. It was established that the morphology of powder particles primarily depends on the content of La3+ in the material. An increase in the amount of La3+ in zinc oxide leads to an increase in the specific surface area (from 3.8 to 11.8 m2/g). In the photoluminescence spectra of ZnO powders, with increasing La2O3 concentration, bands at 400 nm are observed due to the appearance of impurities that cause of interstitial zinc and zinc vacancy defects and their broadening with a shift to the long-wave region. Photocatalytic properties of ZnO powders doped with lanthanum oxide were investigated using Methyl Orange as a model dye under Osram Ultra-Vitalux lamp (300 W) irradiation. A present result indicates that the obtained powders are potential candidate for the practical application in photocatalysis. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2023-11-24 Article Article Inorganic Chemistry Неорганическая химия Неорганічна хімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/591 10.33609/2708-129X.89.10.2023.69-84 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 89 No. 10 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 69-84 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 89 ##issue.no## 10 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 69-84 Український хімічний журнал; Том 89 № 10 (2023): Український хімічний журнал; 69-84 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/591/302 Copyright (c) 2023 Olga Chudinovych , Denys Myroniuk, Liliia Myroniuk, Ihor Danylenko, Olena Olifan https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Chudinovych , Olga Myroniuk, Denys Myroniuk, Liliia Danylenko, Ihor Olifan, Olena STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title | STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title_full | STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title_fullStr | STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title_full_unstemmed | STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title_short | STRUCTURE, OPTICAL PROPERTIES AND PHOTOCATALYTIC ACTIVIYY OF UNDOPED, La2O3-DOPED ZnO NANOCOMPOSITES |
| title_sort | structure, optical properties and photocatalytic activiyy of undoped, la2o3-doped zno nanocomposites |
| topic_facet | ZnO-La2O3 nanopowders zinc oxide lanthanum oxide photocatalysis degradation. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/591 |
| work_keys_str_mv | AT chudinovycholga structureopticalpropertiesandphotocatalyticactiviyyofundopedla2o3dopedznonanocomposites AT myroniukdenys structureopticalpropertiesandphotocatalyticactiviyyofundopedla2o3dopedznonanocomposites AT myroniukliliia structureopticalpropertiesandphotocatalyticactiviyyofundopedla2o3dopedznonanocomposites AT danylenkoihor structureopticalpropertiesandphotocatalyticactiviyyofundopedla2o3dopedznonanocomposites AT olifanolena structureopticalpropertiesandphotocatalyticactiviyyofundopedla2o3dopedznonanocomposites |