The effect of annealing Temperatures on the Structural and the Optical Properties of Cobalt Oxide (Co3O4) Nano-particles

Abstract

Abstract

In this study, Co3O4nano-particle was synthesized through hydrothermal method using cobalt nitrate hex hydrate Co(NO3)2.6H2O , ammonia hydroxide NH4OH and potassium hydroxide KOH. X-ray diffraction , Fourier transforms infrared spectroscopy and UV vis light spectroscopy at different annealing temperature of sample , effect of different annealing temperature on the particle size and on the structure and optical properties of cobalt oxide Co3O4nano-particle has been investigated .Single phase Co3O4nano-particles their structure was confirmed through X-ray diffraction analysis.All diffraction lines can be indexed to a cubic phase (Fd3m), as the annealing temperature increases, the density value of Co3O4is decrease, average crystallite sizes of the nano-particles as determined from the X-ray diffraction were found in the range of 21.2 to 30.1nm.The FTIR spectra can be seen by the bands at characteristic peak the positions 584.9-670.87cm-1 can be assigned to Co-O vibrations of their fig (4.4,4.6,4.7) was assigned to cobalt oxide but the bands at 3000-4000 cm-1 which can be assigned to the presence of water molecules, thus confirming that both O-H groups and water molecules are present in the cobalt oxide.The optical properties of cobalt oxide NPs we calculate by UV spectroscopy, shows the absorption peak is 275.665 nm and the absorption decreases with increasing annealing temperature and the optical absorption band gaps of the 𝐶𝑜3𝑂4 NPs were studied by UV–vis spectroscopy and were estimated is equal (3.569 ev, 3.620 ev, 3.665 ev, 3.727 ev) and we show while increasing temperature the band gap is increasing. The study recommended to study the magnetic properties of cobalt oxide, as well as the work of deformation with another material to improve the work of cobalt oxide, especially in lithium batteries and optical, electrical and magnetic properties.

المستخلص في هذه الدراسة تم تحضير عينات من أكسيد الكوبالت النانوية وذلك بإستخدام طريقة التسخين الحراري العالي ، أخذت عينات من كوبالت نيترايتهايدروكسيد المائيةوتم حلها في 100 مل من الماء المقطر وهايدروكسيد الامونيا وهيدروكسيد البوتاسيوم. أستخدم كل من مطياف الاشعة السينية و مطياف التحليل الكمي للأشعة تحت الحمراء ومطايفية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية لدراسة الخواص التركيبية والخواص الضوئية لأكسيد الكوبالت. حيث وجد أن كل العينات ذات درجات الحرارة المختلفة في المجموعة ذات وجه مكعب (Fd-3m)، وجد أنه عند زيادة التسخين تقل الكثافة للجزيئات وحُسب ثابت الشبيكة لكل العينات ويساوي 8.0650 Å, 8.0821 Å, 8.0650 Å, and 8.1773 Å، وأن متوسط المسافة بين ذرات المادة كانت في المدي (21.2 الي 30.1نانوميتر) وأن المسافة بين الذرات المادة تزيد عند زيادة درجة الحرارة. ظهرت زمرة Co-O عند الطول الموجي ما بين 584.9 الي 670.87 سم -1والإهتزاز الأساسي عند الرقم الموجي في المدي 38 وذلك للزمرة .O-Hأما إمتصاص العينة كان عند الرقم الموجي 275.66 نانو ميتر وأن الأمتصاصية تقل عند زيادة تسخين العينات. وجدت أن فجوة الطاقة الضوئية للعينة ذات درجة الحرارة 700 تساوى 3.727 الكترون فولت وللعينة 600 تساوي 3.66 الكترون فولت وللعينة 500 تساوي 3.62 الكترون فولت وأخيراً للعينة 400 تساوي 3.569 الكترون فولت ملاحظ أنه عند زيادة التسخين تزيد فجوة الطاقة الضوئية.أوصت الدراسة بدراسة الخصائص المغنطيسية لأكسيد الكوبالت ، وكذالك عمل تشويب مع مادة أخري لتحسين عمل أكسيد الكوبالت خصوصاُ في بطاريات الليثيوم والخصائص الضوئية والكهربية والمغنطيسية.