Influence of Mn2+ Substitution on the Optical Properties of Novel CaLi2O2 Nanoparticles Synthesized by Sol-gel Method

Abstract

Нова наночастинка на основі композитного оксиду кальцію і літію CaLi2O2 була успішно синтезована за допомогою методу золь-гелю. Метою роботи є вивчення зміни оптичних властивостей зі зміною концентрації іонів Mn2+ у наночастинках CaLi2O2. Новизною цього дослідження є синтез наночастинок CaLi2O2, легованих Mn. Для вивчення їх фізичних властивостей отримані зразки у вигляді порошку термічно обробляли при 300 °C, а потім характеризували порошковою рентгенівською дифракцією (XRD), УФ та видимою (UV-Vis) спектроскопією та інфрачервоною спектроскопією з перетворенням Фур'є (FT-IR). Рентгенограми показують, що кристалічна структура змінювалася зі зміною концентрації іонів Mn2+ в решітці CaLi2O2. Включення атомів марганцю в CaLi2O2 підтверджено FT-IR. Це можна пояснити появою деяких смуг поглинання в діапазоні хвильових чисел від 584 до 601 см – 1. Розмір частинок зменшується з 463 Ǻ до 117 Ǻ. Значення ширини забороненої зони змінювалося від 3,769 до 3,794 еВ, що було пов'язано з ефектом квантового обмеження.

A novel calcium lithium composite oxide CaLi2O2 nanoparticle has been successfully synthesized by using sol-gel method. The objective of the present work is to examine the change of optical properties with the change of Mn2+ ion concentration in CaLi2O2 nanoparticles. The novelty of this study is the synthesis of Mn-doped CaLi2O2 nanoparticles. In order to investigate their physical properties the resulting samples in powder form were thermally treated at 300 °C and then characterized by powder X-ray diffraction (XRD), UV-Visible (UV-Vis) spectroscopy and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR). The XRD patterns show that the crystalline structure has been changed with the change of Mn2+ ion concentration in CaLi2O2 lattice. The incorporation of manganese atoms into CaLi2O2 has been confirmed by the FT-IR spectroscopy. This may be explained by the apparition of some absorption bands in the wavenumber range from 584 to 601 cm – 1. The particles size decreases from 463 Ǻ to 117 Ǻ. The band gap values were tuned from 3.769 eV to 3.794 eV and discussed based on the quantum confinement effect.