Synthesis of Pr-doped ZnO nanoparticles: Their structural, optical, and photocatalytic properties

Abstract

Undoped and praseodymium-doped zinc oxide (Pr-doped ZnO) (with 2.0-mol%-6.0-mol% Pr) nanoparticles as sunlight-driven photocatalysts are synthesized by means of co-precipitation with nitrates followed by thermal annealing. The structure, morphology, and chemical bonding of the photocatalysts are studied by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive x-ray emission spectroscopy (EDS), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), respectively. The optical properties are studied by photoluminescence (PL) and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS). We find that Pr doping does not change the crystallinity of ZnO; but it reduces the bandgap slightly, and restrains the recombination of the photogenerated electron-hole pairs. The photocatalytic performance of the photocatalysts is investigated by the photodegradation reaction of 10-mg/L rhodamine B (RhB) solution under simulated sunlight irradiation, showing a degradation rate of 93.75% in ZnO doped with 6.0-mol% Pr.

Hidden impurities in transparent conducting oxides: study of vacancies-related defects and impurities in (Cu–Ni) co-doped ZnO films

“…The FTIR spectra of (Cu-Ni)/ZnO films exhibit three main bands of stretching Zn−O bonds (420 cm −1 ) [29], stretching Ni−O bonds (610 cm −1 ) [30], and stretching Cu−O bonds (670 cm −1 ) [31] (Fig. 2a).…”

Structural and Optical Characteristics of Highly UV-Blue Luminescent ZnNiO Nanoparticles Prepared by Sol–Gel Method

“…The DR values recorded at different compositions of ZnNiO show a rapid decrease at wavelengths lower than 400 nm. The observed reflectance feature is the most common feature among ZnNiO nanoparticles in UV light range due to fundamental absorption onset involving opto-electronic transition from valance band (VB) to conduction band (CB) [1,44]. In general, the optical reflectivity gradually decreases with Ni doping owing to an upsurge in the dopant related internal light scattering events [19].…”

Pr3+ Katkılı ZnO Nanoparçacıkların Hidrotermal Yöntemle Sentezi ve Karakterizasyonu

“…[34]. ZnO'nun tüm karakteristik pik değerlerinin hesaplanan eğri ile uyumlu olduğu ve bu sonuçların hesaplanan tüm numuneler için, birçok grup tarafından rapor edilenlere çok yakın olduğu tespit edilmiştir [17]. Bu sonuca göreelde edilen numunelerin XRD değerlerinin iyi tanımlandığı doğrulanmaktadır.…”

“…nadir toprak metali katkılı ZnO yarı iletken malzemeler üzerine yapılan araştırmalar son yıllarda hız kazanmıştır [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]. Düşük oranlarda Pr katkılanması bile, ZnO nanoyapıların, optoelektrik performansını, fotokatalitik aktivitesini, fotoelektrik ve lüminesans özelliklerini iyileştirebilmektedir [17][18][19].Özellikle Pr 3+ iyonu katkılanmasıyla ZnO tabanlı yarıiletken malzemelerin buharlaşma, faz saflığı oluşumu, tane büyümesi ve elektrik akımının etkin akışı gibi özelliklerindeki değişim etkileri kullanılarak Bi2O3 tabanlı ZnO varistörlerindeki dezavantajlar giderilmektedir [20][21][22]. Ayrıca, Pr 3+ dalga boyu emisyonu maviden kızılötesi bölgeye kadar ayarlanabilir özelliğinden dolayı, ışık yayıcıların yanı sıra, varistör uygulamaları için fotovoltaikte aşağı dönüştürücü bir malzeme olarak da kullanılabilir [23][24][25][26][27].…”

“…Genel olarak yarı iletken malzeme sistemlerinin elektriksel ve optik özelliklerinin iyileştirilmesinde, bazı Lantanit elementlerinin katkılanmasının yanı sıra sentez yöntemleri de önemli bir rol oynamaktadır. Şimdiye kadar bahsettiğimiz Pr 3+ katkılı ZnO yarıiletken malzemeler; sol-jel [19,28], çökeltme [17], nebulizatör sprey tekniği [29], katı hal sentezi [30], basit sonokimyasal metot [31], magnetron püskürtme tekniği [1] gibi farklı yöntemlerle sentezlenmiştir. Bu yöntemler arasında hidrotermal yöntem ile sentezleme tekniği; verimli, düşük maliyetli, çevre açısından güvenli, düşük reaksiyon sıcaklığı ve katkı maddesi konsantrasyonu ile büyüme parametrelerinin kolay kontrolü gibi nedenlerden dolayı çokça kullanılmaktadır.…”