共沉淀法制备Mg/Zn铁氧体的结构与光学性能对比研究及其应用价值

本研究针对尖晶石型MgFe2O4与ZnFe2O4纳米晶的结构-光学性能调控需求，通过创新共沉淀法成功制备无杂相样品。XRD证实纯相尖晶石结构，FT-IR揭示阳离子在四面体/八面体位点的重排特征，FE-SEM显示球形纳米形貌，UV-vis与PL光谱测得光学带隙及缺陷发光峰，为二价阳离子(Mg2+/Zn2+)对铁氧体性能的定制化调控提供重要依据。

　　

在功能材料领域，尖晶石型铁氧体因其独特的磁光特性成为研究热点，其中MgFe₂O₄和ZnFe₂O₄作为典型代表，在催化、传感、生物医学等领域展现巨大潜力。然而，传统制备方法难以同时控制晶体结构纯度和纳米尺度形貌，且二价阳离子对材料本征性能的调控机制尚不明确。这些关键问题的突破，对实现材料性能的精准定制至关重要。

研究人员通过优化共沉淀法成功制备纳米级Mg/Zn铁氧体，采用多尺度表征技术揭示其构效关系。X射线衍射(XRD)确认样品为单相尖晶石结构，无杂峰干扰；傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测到600 cm^?1(υ₁)和400 cm^?1(υ₂)特征振动峰，证实金属阳离子在晶体场中的特异性分布；场发射扫描电镜(FE-SEM)显示粒径均匀的近似球形纳米颗粒；紫外-可见吸收光谱(UV-vis)测得光学带隙值，光致发光光谱(PL)捕获到源于氧空位和间隙缺陷的发射峰。

【结构表征】
XRD图谱显示所有样品均呈现典型尖晶石结构衍射峰，无杂质相特征峰，晶胞参数计算表明Mg²⁺的引入导致晶格收缩。Rietveld精修确认阳离子在四面体(A位)和八面体(B位)的占位差异，为后续光学性能差异提供结构基础。

【形貌分析】
FE-SEM图像显示两种铁氧体均为50-80 nm的球形颗粒，表面能各向异性导致的自组装倾向在ZnFe₂O₄中更显著。粒径分布直方图证实共沉淀法具有良好的尺寸可控性。

【光学性能】
UV-vis吸收边分析显示MgFe₂O₄带隙(2.1 eV)小于ZnFe₂O₄(2.3 eV)，与阳离子电负性差异导致的电子云重排相关。PL光谱在520 nm和650 nm处的双峰分别对应氧空位(V_O)和金属间隙(Fe_i)缺陷态跃迁，强度比反映Mg样品具有更高的本征缺陷浓度。

该研究系统阐释了阳离子类型对尖晶石铁氧体结构-光学性能的调控规律：Mg²⁺因其较小离子半径和较高晶场稳定能，更易诱发八面体位点畸变和氧缺陷形成，导致带隙窄化和缺陷发光增强；而Zn²⁺偏好四面体配位的特性使其样品具有更规整的晶体场环境和更高的光学透明度。这些发现为开发面向光电转换、荧光标记等特定应用的定制化铁氧体材料提供了明确的材料设计准则。