Structural, Optical and Electrical Properties of Ce Doped SnO2 Nanoparticles Prepared by Surfactant Assisted Gel Combustion Method

Abstract

Нанокристалічні чисті та леговані Ce порошки оксиду олова (SnO2) синтезували методом горіння гелю з додаванням поверхнево-активних речовин (CTAB і PEG), використовуючи сечовину як паливо. Підготовлені зразки характеризували PXRD, FESEM, UV-Vis, FTIR та імпедансним аналізатором. Аналіз PXRD виявив тетрагональну рутильну фазу SnO2. Розмір зерна оцінювали за допомогою рівняння Дебая-Шеррера та методу Вільямсона-Холла. Параметри елементарної комірки були знайдені за допомогою уточнення Рітвельда та графіка Нельсона-Ріллі. На фотографіях FESEM було показано утворення наночастинок майже сферичної форми. Спектр FTIR виявив смуги завдяки фундаментальним гармонікам та комбінації з'єднань Sn-O та Sn-O-Sn. У спектрах UV-Vis показано зменшення ширини забороненої зони із вмістом Ce внаслідок збільшення дефектів. Вплив легування Ce на електричні властивості вивчали при кімнатній температурі. Діелектричні параметри ε' і tanδ були максимальними для зразка чистого SnO2. Варіювання діелектричних властивостей та змінної провідності з частотою зумовлено міжфазною поляризацією типу Максвелла-Вагнера.

Nanocrystalline pure and Ce doped tin oxide (SnO2) powders were synthesized through surfactant (CTAB and PEG) assisted gel combustion method using urea as a fuel. Prepared samples were characterized by PXRD, FESEM, UV-Vis, FTIR and Impedance analyzer. The PXRD analysis revealed the tetragonal rutile SnO2 phase. The grain size was estimated using the Debye-Scherrer equation and Williamson-Hall method. The cell parameters were found using Rietveld refinement and Nelson-Rieley plot method. The FESEM pictures showed the formation of nanoparticles of almost spherical shape. FTIR spectrum revealed the bands due to the fundamental overtones and combination of Sn-O and Sn-O-Sn entities. The UV-Vis spectra showed the decrease in band gap with Ce content due to an increase in defects. The effect of Ce doping on the electrical properties was studied at room temperature. The dielectric parameters, ε' and tanδ were maximum for pure SnO2 sample. The variation of dielectric properties and ac conductivity with frequency is due to the Maxwell-Wagner type of interfacial polarization.