Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems

Synthesis of Copper Hydroxide Nitrate (Cu2(OH)3NO3) micro-sheets by plasma electrolysis of Cu(NO3)2 aqueous solution in atmospheric air

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Physics, Malayer University, Malayer, Iran

2 Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer.

3 Department of Electrical Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran

4 Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer,Iran

5 Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer, Iran

Abstract

In the present paper, using a cathodic pin-to-solution electrical discharge electrolysis setup, interaction of the atmospheric air plasma with aqueous solution of copper nitrate and its possibility for synthesis of nano-materials is investigated. An AC (50 Hz) high-voltage power supply (5 kV) with rectified current is used for electrical discharge of the air between a metal pin and the solution surface. The experiment shows that, immediately after beginning of the discharge, a pale green-blue powder is generated at the plasma-solution interface. Characterization of the powder by XRD and EDS analyses shows that it is Cu2(OH)3NO3. FESEM images reveal that the synthesized powder consists of crystalline micro-plates with nanometer (~200 nm) thicknesses and micrometer (~2 μm) widths. It seems that generation of OH ions and radicals in the air plasma as well as dissociation of water molecules by energetic plasma ions is responsible for the powder synthesis.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

سنتز میکرو-ورقه های نیترات هیدروکسید مس (Cu2(OH)3NO3) با الکترولیز پلاسمای محلول آبی Cu(NO3)2 در هوای اتمسفری

Authors [Persian]

  • مسعود رضوانی جلال 1
  • حسین حجتی 2
  • جواد رضوانی جلال 3
  • سعید ابراهیمی 4
  • محمد رضا زنگنه بیقاشی 5

1 گروه فیزیک ، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 گروه فیزیک ، دانشکده علوم ، دانشگاه ملایر ، ملایر.

3 گروه مهندسی برق ، دانشگاه صنعتی همدان ، همدان، ایران

4 گروه فیزیک ، دانشکده علوم ، دانشگاه ملایر ، ملایر ، ایران

5 گروه فیزیک ، دانشکده علوم ، دانشگاه ملایر ، ملایر ، ایران

Abstract [Persian]

در این مقاله، برهمکنش پلاسمای هوای تولید شده در تخلیه الکتریکی پین-به-محلول با محلول آبی نیترات مس به صورت تجربی در پیکربندی الکترلیز کاتدی و امکان پذیری آن برای سنتز نانوذرات مورد بررسی قرار می گیرد. از یک منبع تغذیه ولتاژ بالای متناوب (فرکانس 50 هرتز و ولتاژ 5 کیلوولت) با جریان یکسو شده برای تخلیه الکتریکی هوا استفاده می شود. آزمایش ها نشان می دهند که بلافاصله بعد از شروع تخلیه یک پودر سبز-آبی کمرنگ در محل تماس پلاسما-محلول تولید می شود. با مشخصه یابی XRD و تحلیل EDS معلوم می شود که این پودر 'نیترات مس بازی' با فرمول Cu2(OH)3NO3 می باشد. تصاویر FESEM به دست آمده از پودر نشان می دهد که متشکل از میکرو-صفحات Cu2(OH)3NO3 با ضخامت های نانومتری (nm 200) می باشد. به نظر می آید که تولید یونها و رادیکال های OH در پلاسمای هوا و نیز شکست مولکول های آب به واسطه برخورد یونهای پر انرژی پلاسما عامل اصلی سنتز پودر مذکور می باشد.

Keywords [Persian]

  • Cu2(OH)3NO3
  • میکرو-ورقه
  • تخلیه پین-به-محلول
[1] P. Bruggeman et al, “Non-thermal plasmas in and in contact with liquids”, Journal of Physics D: Applied Physics, 42 (2009) 053001.
[2] T. Abdul Kareem, A. Anu Kaliani, "Glow discharge plasma electrolysis for nanoparticle synthesis", Ionics, 18 (2012) 315.
[3] D. Mariotti, R. M. Sankaran, "Microplasmas for nanomaterials synthesis", Journal of Physics D: Applied Physics, 43 (2010) 323001.
[4] L. Lin, Q. Wang, "Microplasma: A New Generation of Technology for Functional Nanomaterial Synthesis", Plasma Chemistry and Plasma Processing, 35 (2015) 925.
[5] P. Bruggeman et al, “Plasma-liquid interactions: a review and roadmap”, Plasma Sources Science and Technology, 25 (2016) 053002.
[6] C. Richmonds, R. M. Sankaran, "Plasma-liquid electrochemistry: Rapid synthesis of colloidal metal nanoparticles by microplasma reduction of aqueous cations", Applied Physics Letters, 93 (2008) 131501.
[7] R. Wang et al, "Microplasma-Assisted Growth of Colloidal Silver Nanoparticles for Enhanced Antibacterial Activity", Plasma Processes and Polymers, 11 (2014) 44.
[8] N. Shiari et al, "Synthesis of metal nanoparticles by dual plasma electrolysis using atmospheric dc glow discharge in contact with liquid", Japanese Journal of Applied Physics, 53 (2014) 046202.
[9] N. Shirai et al, "Synthesis of magnetic nanoparticles by atmospheric-pressure glow discharge plasma-assisted electrolysis", Japanese Journal of Applied Physics, 56(2017) 076201.
[10] Lanbo Di et al, "Gas-Liquid Cold Plasma for Synthesizing Copper Hydroxide Nitrate Nanosheets with High Adsorption Capacity", Advanced Materials Interfaces, 3 (2016) 1600760.
[11] Haixia Niu et al, "A new route to copper nitrate hydroxide microcrystals", Materials Science and Engineering B, 135 (2006) 172.
[12] Bin Liu, "One-dimensional copper hydroxide nitrate nanorods and nanobelts for radiochemical applications", Nanoscale, 4 (2012) 7194.
[13] Sambandam Anandan et al, "Sonochemical Synthesis of Layered Copper Hydroxy Nitrate Nanosheets", ChemPhysChem, 16 (2015) 3389.
[14] Songbo Wang et al, "Controllable sonochemical synthesis of Cu2O/Cu2(OH)3NO3 composites toward synergy of adsorption and photocatalysis ", Applied Catalysis B: Environmental, 164 (2015) 234.
[15] M. Rezvani Jalal et al, "Glow-spark switching by a dielectric wall in a pin-to-electrolyte discharge", Journal of Plasma Physics, (2015) 1.
Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems
Volume 2, Issue 1
November 2018
Pages 109-112