Synthesis and characterization of mixed oxides : experimental and theoretical study of their photocatalytic activity
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Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Sciences
Abstract
In this study, LaFeO3 powders with crucial catalytic and photocatalytic performance were
successfully prepared through the sol-gel method using chloride and nitrate salts. The influence of the used
precursor on the crystallinity, morphology, specific surface area, and optical properties was investigated.
TGA and XRD patterns confirmed the formation of the LaFeO3 orthorhombic perovskite phase (Pnma, #62).
SEM images highlighted a significant effect of the precursor type on the surface morphology of the
synthesized nanoparticles. The obtained band gap varies between 2.19 - 2.27 eV. The kinetic and isotherm
adsorption studies revealed that the adsorption of MB molecules on LaFeO3 nanoparticles fitted well with
the pseudo-second-order and Freundlich models. Moreover, the thermodynamic study demonstrated that the
adsorption of MB on the LaFeO3 samples is spontaneous, exothermic, and more favorable at low
temperatures while the magnitude of enthalpy changes energies suggested a physisorption. Hence, LaFeO3
samples prepared with chloride salts are expected to show high photodegradation efficiency of MB dye. In
addition, our study was completed by the theoretical investigation, using DFT within GGA+U, of the Bulk
and surface properties of LaFeO3. A perfect agreement is found between the experimental results and the
theoretical ones.
Description
Dans cette étude, des poudres de LaFeO3 présentant des performances catalytiques et
photocatalytiques cruciales ont été préparées avec succès par la méthode sol-gel en utilisant des
sels de chlorure et de nitrate. L'influence du précurseur sur la cristallinité, la morphologie, la surface
spécifique et les propriétés optiques a été étudiée. L’ATG et la DRX ont confirmé la formation de
la phase pérovskite orthorhombique LaFeO3 (Pnma, #62). Les images MEB ont mis en évidence
un effet significatif de type précurseur sur la morphologie de surface des nanoparticules
synthétisées. La bande interdite obtenue varie entre 2.19 et 2.27 eV. L’étude de la cinétique
d'adsorption et l’étude isotherme ont révélé que l'adsorption des molécules de MB sur les
nanoparticules de LaFeO3 correspondait bien au modèle de pseudo-second ordre et de Freundlich.
De plus, l’étude thermodynamique a démontré que l’adsorption du MB sur les échantillons de
LaFeO3 est spontanée, exothermique et plus favorable à basse température, tandis que les valeurs
de l’enthalpie suggèrent une physisorption. Par conséquent, les échantillons de LaFeO3 préparés
avec des sels de chlorure devraient présenter une efficacité de photodégradation élevée du colorant
MB. De plus, notre étude a été complétée par l’investigation théorique, en utilisant DFT avec
GGA+U, des propriétés du massif et de surface de LaFeO3. Un accord parfait est trouvé entre les
résultats expérimentaux et les résultats théoriques.