Abstract
Nanocrystalline copper ferrite shows distinct photocatalytic properties, but it suffers from a high recombination rate of photogenerated electrons (e−) and holes (h+) due to its narrow bandgap. Herein, Al3+ doping is shown to reduce the (e−/h+) recombination rate and improve the charge carriers’ availability in doped CuFe2−xAlxO4 (0≤x≤1) nanoparticles produced by a solid-state, mechanochemical process. CuFe2−xAlxO4 (0≤x≤1) nanoparticles exhibit the growth of a nanocrystalline cubic spinel lattice when annealed at 1000°C. The lattice parameter is reduced by Al3+ doping due to the smaller ionic radius of Al3+ ions substituting bigger Fe3+ ions. However, a higher degree of sintering and greater crystallite size are observed for Al3+ doped samples. The surface morphology and topography also reveal an increase in the particle size, but significantly narrow size distribution and greater homogeneity. The effect of Al3+ doping on the optical properties of CuFe2−xAlxO4 (0≤x≤1) nanoparticles is demonstrated by a decrease in the photoluminescence signal that is attributed to the lower rate of (e−/h+) recombination. Thus, Al3+ doping increases transition time and improves the availability of charge carriers for potential photocatalytic applications.
La ferrita de cobre nanocristalino muestra propiedades fotocatalíticas distintas, pero sufre de una alta tasa de recombinación de electrones fotogenerados (e−) y agujeros (h+) debido a su estrecha banda prohibida. Aquí, se muestra que el dopaje Al3+ reduce la tasa de recombinación (e-/h+) y mejora la disponibilidad de los portadores de carga en nanopartículas de CuFe2-xAlxO4 (0≤x≤1) dopadas producidas por un proceso mecanoquímico de estado sólido. Las nanopartículas de CuFe2-xAlxO4 (0≤x≤1) exhiben el crecimiento de una red de espinela cúbica nanocristalina, cuando se recocen a 1000°C. El parámetro de red se reduce por el dopaje Al3+ debido al radio iónico más pequeño de los iones Al3+ que sustituyen los iones Fe3+ más grandes. Sin embargo, se observa un mayor grado de sinterización y un mayor tamaño de cristalito para las muestras dopadas con Al3+. La morfología y la topografía de la superficie también revelan un aumento en el tamaño de partícula, pero una distribución del tamaño significativamente más estrecha y una mayor homogeneidad. El efecto del dopaje Al3+ sobre las propiedades ópticas de las nanopartículas de CuFe2-xAlxO4 (0≤x≤1) se demuestra por una disminución en la señal de fotoluminiscencia que se atribuye a la tasa más baja de recombinación (e-/h+). Por lo tanto, el dopaje Al3+ aumenta el tiempo de transición y mejora la disponibilidad de portadores de carga para posibles aplicaciones fotocatalíticas.