Спектроскопические свойства наночастиц феррита марганца, допированного редкоземельным элементом Yb³⁺

Методом соосаждения синтезированы наночастицы порошка MnFe_2–xYb_xO₄ (x = 0, 0.025, 0.075, 0.1 и 0.2) различных размеров. Влияние легирующей добавки Yb³⁺ на свойства феррита марганца охарактеризовано методами рентгеновской дифракции (XRD), ИК-Фурье-спектроскопии (FT-IR), КР-спектроскопии и фотолюминесцентной (ФЛ) спектроскопии. Образцы имеют кубическую структуру с пространственной группой симметрии Fd3m, размеры 24.8–34.7 нм и плотность 5.07– 5.49 г/см³. ИК-Фурье-анализ указывает на наличие двух полос поглощения в диапазоне 400–600 см^–1, которые характерны для ферритов. Полоса v₂ (мода растяжения Fe-O в октаэдрической позиции) смещается в сторону меньшего волнового числа, что подтверждает заселенность октаэдрической позиции более крупными ионами Yb³⁺. Пики КР наблюдались при 228, 295, 405, 502 и 634 см^–1 для нелегированного феррита марганца. В соответствии с КР-спектрами ионы Mn²⁺ занимают октаэдрические (B) позиции, замещая ионы Fe³⁺. Обнаружено, что редкоземельные ионы преимущественно занимают октаэдрические позиции. Смещение КР-полос преимущественно связано с большими радиусами редкоземельных ионов по сравнению с ионами Fe³⁺ и Mn²⁺, а смещение пиков указывает на присутствие Yb³⁺ в октаэдрической позиции. В спектре ФЛ наблюдается излучение при 560 нм с ростом интенсивности при увеличении содержания примеси Yb³⁺, что может быть связано с включением Yb³⁺ в структуру шпинели, приводящим к излучательной рекомбинации в желтой области электромагнитного спектра.

1. J. Li, Y. He, W. Sun, Y. Luo, H. Cai, Y. Pan, M. Shen, J. Xia, X. Shi, Biomaterials, 35 , 3666–3677 (2014), https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.01.011.

2. A. C. C. Arantes, L. E. Silva, D. F. Wood, C. das G. Almeida, G. H. D. Tonoli, J. E. de Oliveira, J. P. da Silva, T. G. Williams, W. J. Orts, M. L. Bianchi, Carbohydrate Polymers, 207 , 100–107 (2019), https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.081.

3. T. M. Freire, L. M. U. Dutra, D. C. Queiroz, N. M. P. S. Ricardo, K. Barreto, J. C. Denardin, F. R. Wurm, C. P. Sousa, A. N. Correia, P. de Lima-Neto, P. B. A. Fechine, Carbohydrate Polymers, 151 , 760–769 (2016), https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.05.095.

4. N. Kostevšek, Magnetochemistry, 6 , 11 (2020), https://doi.org/10.3390/magnetochemistry6010011.

5. S. Gul, S. B. Khan, I. U. Rehman, M. A. Khan, M. I. Khan, Front. Mater., 6 , 179 (2019), https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00179.

6. K. Tanbir, M. P. Ghosh, R. K. Singh, M. Kar, S. Mukherjee, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 31 , 435–443 (2020), https://doi.org/10.1007/s10854-019-02546-9.

7. Aakash, R. Choubey, D. Das, S. Mukherjee, J. Alloys and Compd., 668 , 33–39 (2016), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.01.198.

8. K. S. Nalwa, A. Garg, A. Upadhyaya, Mater. Lett., 62 , 878–881 (2008).

9. S. Debnath, R. Das, J. Mol. Struct., 1199 , 127044 (2020), https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.127044.

10. C. Venkataraju, G. Sathishkumar, K. Sivakumar, J. Alloys and Compd., 498 , 203–206 (2010), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.03.160.

11. J. Li, H. Yuan, G. Li, Y. Liu, J. Leng, J. Magnetism and Magnetic Mater., 322 , 3396–3400 (2010), https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.06.035.

12. J. Kwon, J.-H. Kim, S.-H. Kang, C.-J. Choi, J. A. Rajesh, K.-S. Ahn, Appl. Surf. Sci., 413 , 83–91 (2017), https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.04.022.

13. N. Akhlaghi, G. Najafpour-Darzi, J. Ind. and Eng. Chem., 103 , 292–304 (2021), https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.07.043.

14. M. Y. Rafique, L.-Q. Pan, Q. Javed, M. Z. Iqbal, H.-M. Qiu, M. H. Farooq, Z.-G. Guo, M. Tanveer, Chin. Phys. B, 22 , 107101 (2013), https://doi.org/10.1088/1674-1056/22/10/107101.

15. E. A. Setiadi, Rahmat, S. Simbolon, M. Yunus, C. Kurniawan, A. P. Tetuko, S. Zelviani, Rahmaniah, P. Sebayang, J. Phys.: Conf. Ser., 979 , 012064 (2018), https://doi.org/10.1088/1742-6596/979/1/012064.

16. N. Najmoddin, A. Beitollahi, H. Kavas, S. Majid Mohseni, H. Rezaie, J. Åkerman, M. S. Toprak, Ceram. Int., 40 , 3619–3625 (2014), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.063.

17. M. H. Abdellatif, A. A. Azab, M. Salerno, Mater. Res. Bull., 97 , 260–264 (2018), https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2017.09.012.

18. M. M. Baig, M. A. Yousuf, M. F. Warsi, P. O. Agboola, M. Sher, I. Shakir, Ceram. Int., 45 , 18014–18022 (2019), https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.020.

19. E. Chitra Devi, I. Soibam, Mater. Today: Proc., 5 , 2157–2162 (2018), https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.09.213.

20. M. N. Akhtar, A. B. Sulong, M. N. Akhtar, M. A. Khan, J. Rare Earths, 36 , 156–164 (2018), https://doi.org/10.1016/j.jre.2017.09.003.

21. J. Song, L. Wang, N. Xu, Q. Zhang, J. Rare Earths, 28 , 451–455 (2010), https://doi.org/10.1016/S1002-0721(09)60132-0.

22. V. Jagadeesha Angadi, B. Rudraswamy, K. Sadhana, K. Praveena, Mater. Today: Proc., 3 , 2178–2186 (2016), https://doi.org/10.1016/j.matpr.2016.04.124.

23. O. N. Shebanova, P. Lazor, J. Solid State Chem., 174 , 424–430 (2003), https://doi.org/10.1016/S0022-4596(03)00294-9.

24. J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, R. P. Van Duyne, Nature Mater., 7 , 442–453 (2008), https://doi.org/10.1038/nmat2162.

25. P. R. Graves, C. Johnston, J. J. Campaniello, Mater. Res. Bull., 23 , 1651–1660 (1988), https://doi.org/10.1016/0025-5408(88)90255-3.

26. N. Amri, J. Massoudi, K. Nouri, M. Triki, E. Dhahri, L. Bessais, RSC Adv., 11 , 13256–13268 (2021), https://doi.org/10.1039/D0RA10140K.

27. K. Kombaiah, J. J. Vijaya, L. J. Kennedy, M. Bououdina, K. Kaviyarasu, R. J. Ramalingam, H. A. Al-Lohedan, M. A. Munusamy, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 28 , 10321–10329 (2017), https://doi.org/10.1007/s10854-017-6800-2.

28. S. Gulati, S. Gokhale, V. Luthra, J. Supercond. Nov. Magn. ( 2023 ), https://doi.org/10.1007/s10948-023-06534-3.

29. F. ur Raheem, M. A. Khan, A. Majeed, A. Hussain, M. F. Warsi, M. N. Akhtar, J. Alloys and Compd., 708 , 903–910 (2017), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.040.

30. N. H. Alonizan, R. Qindeel, Appl. Phys. A, 124 , 408 (2018), https://doi.org/10.1007/s00339-018-1825-9.

31. Sh. Karamipour, M. S. Sadjadi, N. Farhadyar, Spectrochim. Acta A: Mol. and Biomol. Spectrosc., 148 , 146–155 (2015), https://doi.org/10.1016/j.saa.2015.03.078.

32. A. Javed, T. Szumiata, A. Sarwar, T. Fatima, Mater. Chem. and Phys., 221 , 99–107 (2019), https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.09.042.

33. M. K. Kokare, N. A. Jadhav, Y. Kumar, K. M. Jadhav, S. M. Rathod, J. Alloys and Compd., 748 , 1053–1061 (2018), https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.03.168.

34. S. J. Iyengar, M. Joy, C. K. Ghosh, S. Dey, R. K. Kotnala, S. Ghosh, RSC Adv., 4 , 64919–64929 (2014), https://doi.org/10.1039/C4RA11283K.

35. D. Padalia, U. C. Johri, M. G. H. Zaidi, Mater. Chem. and Phys., 169 , 89–95 (2016), https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.11.034.

36. S. R. S. Veloso, R. G. D. Andrade, V. Gomes, C. O. Amorim, V. S. Amaral, V. Salgueiriño, P. J. G. Coutinho, P. M. T. Ferreira, M. A. Correa-Duarte, E. M. S. Castanheira, IJMS, 23 , 14145 (2022), https://doi.org/10.3390/ijms232214145.

37. A. Shandilya, R. S. Yadav, A. K. Gupta, K. Sreenivas, Mater. Chem. and Phys., 264 , 124441 (2021), https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124441.

38. D. Bouokkeze, J. Massoudi, W. Hzez, M. Smari, A. Bougoffa, K. Khirouni, E. Dhahri, L. Bessais, RSC Adv., 9 , 40940–40955 (2019), https://doi.org/10.1039/C9RA07569K.

39. A. Manohar, C. Krishnamoorthi, C. Pavithra, N. Thota, J. Supercond. Nov. Magn., 34 , 251–259 (2021), https://doi.org/10.1007/s10948-020-05685-x.

40. X. Wang, L. Gong, D. Zhang, X. Fan, Y. Jin, L. Guo, Sensors and Act. B: Chem., 322 , 128615 (2020), https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128615.

41. V. K. Sharma, A. Alipour, Z. Soran-Erdem, Y. Kelestemur, Z. G. Aykut, H. V. Demir, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8 , 12352–12359 (2016), https://doi.org/10.1021/acsami.6b02407.

42. L. Y. Zhang, G. H. Zheng, Z. X. Dai, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 27 , 8138–8145 (2016), https://doi.org/10.1007/s10854-016-4816-7.