Influence of phases on Urbach energy in Fe2O3-MgO systems

Guadalupe Alan Castillo Rodríguez ^1,*, José Raúl Flores Montes ², Cristian Gómez Rodríguez ³, Linda Viviana García Quiñonez ⁴, Ana María Guzmán Hernández ¹ y Marina Hernández Reséndiz ¹

1 Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León 66451, México; alan.castillo@uanl.mx (G.A.C.R.), ana.guzmanhrd@uanl.edu.mx (A.M.G.H.), mari-na.hernandezrsn@uanl.edu.mx (M.H.R.)
2 Universidad Tecnológica de Coahuila, México;
3 Facultad de Ingeniería, Universidad de Veracruz, Coatzacoalcos 96535, México; crisgomez@uv.mx (C.G.R.)
4 Centro de Investigación en Recursos Energéticos y Sustentables, Universidad de Veracruz, Coatzacoalcos 96535, México; lingarcia@uv.mx (L.V.G.Q.)
* Correspondencia: alan.castillo@uanl.mx; Tel.: +52 8183294020 Ext. 5730 (G.A.C.R.)

https://doi.org/10.59335/lzxo5339

Summary

Understanding the properties of metal oxides is critical for various technological applications. This work addresses the detailed study of binary mixtures of metal oxides, specifically Fe₂O₃ and MgO, using brucite as a precursor and analyzed by XRD and UV-vis spectroscopy. A clear correlation was identified between the proportion of components and their structural and optical properties. The Urbach energy (Eu) showed a range extending from 0.00 eV for 100% MgO (M-1) to 0.231 eV for 75% Fe₂O₃ with 25% MgO(M-4). In parallel, bandgap energy (Eg) shifted from a high value of 3.934 eV in M-1 to a low of 1.828 eV in M-4. The XRD analysis showed that while M-1 is essentially MgO, samples M-2 to M-4 exhibit a diversity of phases. Particularly, M-4 stands out for its complexity, integrating phases such as Magnesioferrite, Periclase, Kirschsteinite and Spinels. These data suggest that the addition of Fe₂O₃ significantly modifies both the structure and optical properties. Based on these transformations and properties, Fe₂O₃-MgO compounds emerge as promising candidates for applications in photocatalysis, opening new horizons of research and development.

Resumen

La comprensión de las propiedades de óxidos metálicos es fundamental para diversas aplicaciones tecnológicas. Este trabajo aborda el estudio detallado de mezclas binarias de óxidos metálicos, específicamente Fe₂O₃ y MgO, utilizando brucita como precursor y analizadas mediante DRX y es-pectroscopía UV-vis. Se identificó una clara correlación entre la proporción de componentes y sus propiedades estructurales y ópticas. La energía de Urbach (Eu) mostró un rango que se extendía desde 0.00 eV para 100% MgO (M-1) a 0.231 eV para 75% Fe₂O₃ con 25% MgO(M-4). Paralela-mente, la energía de banda prohibida (Eg) se desplazó desde un alto valor de 3.934 eV en M-1 a un mínimo de 1.828 eV en M-4. El análisis DRX evidenció que la mezcla M-1 es esencialmente MgO, y las muestras M-2 a M-4 exhibieron una diversidad de fases. Particularmente, M-4 resalta por su complejidad, en la que se formaron fases como Magnesioferrita, Periclasa, Kirschsteinita y Espinelas. Estos datos sugieren que la adición de Fe₂O₃ modifica significativamente tanto la estructura como las propiedades ópticas. Con base en estas transformaciones y propiedades, los compuestos Fe₂O₃-MgO emergen como candidatos prometedores para aplicaciones en fotocatálisis, abriendo nuevos horizontes de investigación y desarrollo..

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