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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2/2024

01.01.2024

The role of iron oxide on the electronic and electrical properties of nitrogenated reduced graphene oxide: experimental and density functional theory approach

verfasst von: David O. Idisi, Edson L. Meyer, Evans M. Benecha

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 2/2024

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Abstract

In this study, nitrogenated reduced graphene oxide (N-rGO) was synthesized and functionalized with iron III oxide (Fe2O3) nanoparticles via a two-step facile sol–gel method. The electrical properties of N-rGO functionalized Fe2O3 nanoparticles showed enhanced electrical conductivity for low Fe2O3 concentration. The I–V characteristics further showed the conversion of p-type to n-type semiconducting features. The enhanced electrical conductivity can be attributed to induced defects arising from the incorporation of Fe2O3 nanoparticles into the N-rGO matrix. Density functional theory calculations showed the formation of unoccupied states below the Fermi level, as well as charge transfer between C, N, Fe, and O atoms. The improved electrical conductivity and conversion of p- to n-type semi-conductivity can be attributed to the hybridization between the C 2p, O 2p, N 2p, and Fe 3d orbitals, and could lead to increased potential of rGO composite for electronic device applications.

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2.
Zurück zum Zitat Y.J. Yun, J. Ju, J.H. Lee, S. Moon, S. Park, Y.H. Kim, W.G. Hong, D.H. Ha, H. Jang, G.H. Lee, Adv. Funct. Mater. 27, 1701513 (2017)CrossRef Y.J. Yun, J. Ju, J.H. Lee, S. Moon, S. Park, Y.H. Kim, W.G. Hong, D.H. Ha, H. Jang, G.H. Lee, Adv. Funct. Mater. 27, 1701513 (2017)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat H.Y. Mao, Y.H. Lu, J.D. Lin, S. Zhong, A.T.S. Wee, W. Chen, Prog. Surf. Sci. 88, 132 (2013)ADSCrossRef H.Y. Mao, Y.H. Lu, J.D. Lin, S. Zhong, A.T.S. Wee, W. Chen, Prog. Surf. Sci. 88, 132 (2013)ADSCrossRef
5.
Zurück zum Zitat L. Sygellou, G. Paterakis, C. Galiotis, D. Tasis, J. Phys. Chem. C 120, 281 (2016)CrossRef L. Sygellou, G. Paterakis, C. Galiotis, D. Tasis, J. Phys. Chem. C 120, 281 (2016)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat T. Van Khai, H.G. Na, D.S. Kwak, Y.J. Kwon, H. Ham, K.B. Shim, H.W. Kim, J. Mater. Chem. 22, 17992 (2012)CrossRef T. Van Khai, H.G. Na, D.S. Kwak, Y.J. Kwon, H. Ham, K.B. Shim, H.W. Kim, J. Mater. Chem. 22, 17992 (2012)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat D.O. Shpylka, I.V. Ovsiienko, T.A. Len, L.Y. Matzui, S.V. Trukhanov, A.V. Trukhanov, O.S. Yakovenko, Ceram. Int. 48, 19789 (2022)CrossRef D.O. Shpylka, I.V. Ovsiienko, T.A. Len, L.Y. Matzui, S.V. Trukhanov, A.V. Trukhanov, O.S. Yakovenko, Ceram. Int. 48, 19789 (2022)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat S.V. Trukhanov, A.V. Trukhanov, V.A. Turchenko, A.V. Trukhanov, E.L. Trukhanova, D.I. Tishkevich, V.M. Ivanov, T.I. Zubar, M. Salem, V.G. Kostishyn, L.V. Panina, D.A. Vinnik, S.A. Gudkova, Ceram. Int. 44, 290 (2018)CrossRef S.V. Trukhanov, A.V. Trukhanov, V.A. Turchenko, A.V. Trukhanov, E.L. Trukhanova, D.I. Tishkevich, V.M. Ivanov, T.I. Zubar, M. Salem, V.G. Kostishyn, L.V. Panina, D.A. Vinnik, S.A. Gudkova, Ceram. Int. 44, 290 (2018)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat M.V. Zdorovets, A.L. Kozlovskiy, D.I. Shlimas, D.B. Borgekov, J. Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 16694 (2021) M.V. Zdorovets, A.L. Kozlovskiy, D.I. Shlimas, D.B. Borgekov, J. Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 16694 (2021)
12.
Zurück zum Zitat D.O. Idisi, J.A. Oke, S. Sarma, S.J. Moloi, S.C. Ray, W.F. Pong, A.M. Strydom, J. Appl. Phys. 126, 35301 (2019)CrossRef D.O. Idisi, J.A. Oke, S. Sarma, S.J. Moloi, S.C. Ray, W.F. Pong, A.M. Strydom, J. Appl. Phys. 126, 35301 (2019)CrossRef
13.
15.
Zurück zum Zitat A.Y. Shenouda, M.M.S. Sanad, J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 14, 024501 (2017)CrossRef A.Y. Shenouda, M.M.S. Sanad, J. Electrochem. Energy Convers. Storage. 14, 024501 (2017)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat G. Bhattacharya, G. Kandasamy, N. Soin, R.K. Upadhyay, S. Deshmukh, D. Maity, J. McLaughlin, S.S. Roy, RSC Adv. 7, 327 (2017)ADSCrossRef G. Bhattacharya, G. Kandasamy, N. Soin, R.K. Upadhyay, S. Deshmukh, D. Maity, J. McLaughlin, S.S. Roy, RSC Adv. 7, 327 (2017)ADSCrossRef
20.
Zurück zum Zitat L. Shahriary, A.A. Athawale, Int. J. Renew. Energy Environ. Eng. 2, 58 (2014) L. Shahriary, A.A. Athawale, Int. J. Renew. Energy Environ. Eng. 2, 58 (2014)
21.
Zurück zum Zitat D.O. Idisi, H. Ali, J.A. Oke, S. Sarma, S.J. Moloi, S.C.S.C. Ray, H.T. Wang, N.R.N.R. Jana, W.F. Pong, Appl. Surf. Sci. 483, 106 (2019)ADSCrossRef D.O. Idisi, H. Ali, J.A. Oke, S. Sarma, S.J. Moloi, S.C.S.C. Ray, H.T. Wang, N.R.N.R. Jana, W.F. Pong, Appl. Surf. Sci. 483, 106 (2019)ADSCrossRef
22.
Zurück zum Zitat S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.I.J. Probert, K. Refson, M.C. Payne, Z. Für Kristallographie-Crystalline Mater. 220, 567 (2005)ADSCrossRef S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.I.J. Probert, K. Refson, M.C. Payne, Z. Für Kristallographie-Crystalline Mater. 220, 567 (2005)ADSCrossRef
24.
27.
Zurück zum Zitat D.O. Idisi, J.A. Oke, E.M. Benecha, S.J. Moloi, S.C. Ray, Mater. Today: Proc. 44, 5037 (2021) D.O. Idisi, J.A. Oke, E.M. Benecha, S.J. Moloi, S.C. Ray, Mater. Today: Proc. 44, 5037 (2021)
28.
Zurück zum Zitat T. Wang, L.-X. Wang, D.-L. Wu, W. Xia, D.-Z. Jia, Sci. Rep. 5, 1 (2015) T. Wang, L.-X. Wang, D.-L. Wu, W. Xia, D.-Z. Jia, Sci. Rep. 5, 1 (2015)
29.
Zurück zum Zitat L. Zhang, X. Yu, H. Hu, Y. Li, M. Wu, Z. Wang, G. Li, Z. Sun, C. Chen, Sci. Rep. 5, 1 (2015) L. Zhang, X. Yu, H. Hu, Y. Li, M. Wu, Z. Wang, G. Li, Z. Sun, C. Chen, Sci. Rep. 5, 1 (2015)
30.
Zurück zum Zitat I.J. Sahib, L.S. Jasim, A.F. Alkaim, Int. J. Appl. Eng. Res. 12, 14874 (2017) I.J. Sahib, L.S. Jasim, A.F. Alkaim, Int. J. Appl. Eng. Res. 12, 14874 (2017)
31.
Zurück zum Zitat A.L. Kozlovskiy, A. Alina, M.V. Zdorovets, J. Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 3863 (2021) A.L. Kozlovskiy, A. Alina, M.V. Zdorovets, J. Mater. Sci: Mater. Electron. 32, 3863 (2021)
32.
Zurück zum Zitat G. Yasin, M. Arif, M. Shakeel, Y. Dun, Y. Zuo, W.Q. Khan, Y. Tang, A. Khan, M. Nadeem, Adv. Eng. Mater. 20, 1701166 (2018)CrossRef G. Yasin, M. Arif, M. Shakeel, Y. Dun, Y. Zuo, W.Q. Khan, Y. Tang, A. Khan, M. Nadeem, Adv. Eng. Mater. 20, 1701166 (2018)CrossRef
33.
Zurück zum Zitat L. Stobinski, B. Lesiak, A. Malolepszy, M. Mazurkiewicz, B. Mierzwa, J. Zemek, P. Jiricek, I. Bieloshapka, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 195, 145 (2014)CrossRef L. Stobinski, B. Lesiak, A. Malolepszy, M. Mazurkiewicz, B. Mierzwa, J. Zemek, P. Jiricek, I. Bieloshapka, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 195, 145 (2014)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat C. Liang, H. Liu, J. Zhou, X. Peng, H. Zhang, J. Chem. 2015, 791829 (2015)CrossRef C. Liang, H. Liu, J. Zhou, X. Peng, H. Zhang, J. Chem. 2015, 791829 (2015)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat M. Jayashree, M. Parthibavarman, S. Prabhakaran, Ionics. 25, 3309 (2019)CrossRef M. Jayashree, M. Parthibavarman, S. Prabhakaran, Ionics. 25, 3309 (2019)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat Y. Zhao, X. Zhai, D. Yan, C. Ding, N. Wu, D. Su, Y. Zhao, H. Zhou, X. Zhao, J. Li, Electrochim. Acta. 243, 18 (2017)CrossRef Y. Zhao, X. Zhai, D. Yan, C. Ding, N. Wu, D. Su, Y. Zhao, H. Zhou, X. Zhao, J. Li, Electrochim. Acta. 243, 18 (2017)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat P. Scherrer, Nach Ges Wiss Gottingen. 2, 8 (1918) P. Scherrer, Nach Ges Wiss Gottingen. 2, 8 (1918)
40.
Zurück zum Zitat N. Yousefi, M.M. Gudarzi, Q. Zheng, X. Lin, X. Shen, J. Jia, F. Sharif, J.-K. Kim, Compos. Part A: Appl. Sci. Manufac. 49, 42 (2013)CrossRef N. Yousefi, M.M. Gudarzi, Q. Zheng, X. Lin, X. Shen, J. Jia, F. Sharif, J.-K. Kim, Compos. Part A: Appl. Sci. Manufac. 49, 42 (2013)CrossRef
41.
Zurück zum Zitat S.V. Trukhanov, L.S. Lobanovski, M.V. Bushinsky, V.A. Khomchenko, V.V. Fedotova, I.O. Troyanchuk, H. Szymczak, Semiconductors. 41, 507 (2007)ADSCrossRef S.V. Trukhanov, L.S. Lobanovski, M.V. Bushinsky, V.A. Khomchenko, V.V. Fedotova, I.O. Troyanchuk, H. Szymczak, Semiconductors. 41, 507 (2007)ADSCrossRef
42.
Zurück zum Zitat I. Childres, L. Jauregui, W. Park, H. Cao, Y. Chen, New Develop. Photon Mater. Res. 1, 1 (2013) I. Childres, L. Jauregui, W. Park, H. Cao, Y. Chen, New Develop. Photon Mater. Res. 1, 1 (2013)
43.
Zurück zum Zitat Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J.W. Suk, J.R. Potts, R.S. Ruoff, Adv. Mater. 22, 3906 (2010)PubMedCrossRef Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J.W. Suk, J.R. Potts, R.S. Ruoff, Adv. Mater. 22, 3906 (2010)PubMedCrossRef
44.
Zurück zum Zitat A. Das, S. Pisana, B. Chakraborty, S. Piscanec, S.K. Saha, U.V. Waghmare, K.S. Novoselov, H.R. Krishnamurthy, A.K. Geim, A.C. Ferrari, Nat. Nanotechnol. 3, 210 (2008)PubMedCrossRef A. Das, S. Pisana, B. Chakraborty, S. Piscanec, S.K. Saha, U.V. Waghmare, K.S. Novoselov, H.R. Krishnamurthy, A.K. Geim, A.C. Ferrari, Nat. Nanotechnol. 3, 210 (2008)PubMedCrossRef
45.
Zurück zum Zitat G. Dovbeshko, O. Fesenko, A. Dementjev, R. Karpicz, V. Fedorov, O.Y. Posudievsky, Nanoscale Res. Lett. 9, 1 (2014)CrossRef G. Dovbeshko, O. Fesenko, A. Dementjev, R. Karpicz, V. Fedorov, O.Y. Posudievsky, Nanoscale Res. Lett. 9, 1 (2014)CrossRef
46.
Zurück zum Zitat L.E. Armas, V.M. Zamarion, L.T. Quispe, E.P. Otero, J. Menezes, L.B. Zegarra, A. Rahim, K. Araki, H.E. Toma, C. Jacinto, Braz. J. Phys. 48, 477 (2018)ADSCrossRef L.E. Armas, V.M. Zamarion, L.T. Quispe, E.P. Otero, J. Menezes, L.B. Zegarra, A. Rahim, K. Araki, H.E. Toma, C. Jacinto, Braz. J. Phys. 48, 477 (2018)ADSCrossRef
47.
Zurück zum Zitat D. López-Díaz, M. Lopez Holgado, J.L. García-Fierro, M.M. Velázquez, J. Phys. Chem. C 121, 20489 (2017)CrossRef D. López-Díaz, M. Lopez Holgado, J.L. García-Fierro, M.M. Velázquez, J. Phys. Chem. C 121, 20489 (2017)CrossRef
48.
Zurück zum Zitat N. Garino, J. Zeng, M. Castellino, A. Sacco, F. Risplendi, M.R. Fiorentin, K. Bejtka, A. Chiodoni, D. Salomon, J. Segura-Ruiz, Npj 2D Materials and Applications. 5, 1 (2021)CrossRef N. Garino, J. Zeng, M. Castellino, A. Sacco, F. Risplendi, M.R. Fiorentin, K. Bejtka, A. Chiodoni, D. Salomon, J. Segura-Ruiz, Npj 2D Materials and Applications. 5, 1 (2021)CrossRef
49.
Zurück zum Zitat G. Witjaksono, M. Junaid, M.H. Khir, Z. Ullah, N. Tansu, M.S.B.M. Saheed, M.A. Siddiqui, S.S. Ba-Hashwan, A.S. Algamili, S.A. Magsi, Molecules. 26, 6424 (2021)PubMedPubMedCentralCrossRef G. Witjaksono, M. Junaid, M.H. Khir, Z. Ullah, N. Tansu, M.S.B.M. Saheed, M.A. Siddiqui, S.S. Ba-Hashwan, A.S. Algamili, S.A. Magsi, Molecules. 26, 6424 (2021)PubMedPubMedCentralCrossRef
50.
Zurück zum Zitat N. Soin, S.C. Ray, S. Sarma, D. Mazumder, S. Sharma, Y.F. Wang, W.F. Pong, S.S. Roy, A.M. Strydom, J. Phys. Chem. C 121, 14073 (2017)CrossRef N. Soin, S.C. Ray, S. Sarma, D. Mazumder, S. Sharma, Y.F. Wang, W.F. Pong, S.S. Roy, A.M. Strydom, J. Phys. Chem. C 121, 14073 (2017)CrossRef
52.
Zurück zum Zitat N.A. Zubir, C. Yacou, J. Motuzas, X. Zhang, And J. C D Da Costa Scientific Reports. 4, 1 (2014) N.A. Zubir, C. Yacou, J. Motuzas, X. Zhang, And J. C D Da Costa Scientific Reports. 4, 1 (2014)
54.
Zurück zum Zitat I. Matanovic, K. Artyushkova, M.B. Strand, M.J. Dzara, S. Pylypenko, P. Atanassov, J. Phys. Chem. C 120, 29225 (2016)CrossRef I. Matanovic, K. Artyushkova, M.B. Strand, M.J. Dzara, S. Pylypenko, P. Atanassov, J. Phys. Chem. C 120, 29225 (2016)CrossRef
55.
56.
57.
Zurück zum Zitat A.P. Singh, P. Garg, F. Alam, K. Singh, R.B. Mathur, R.P. Tandon, A. Chandra, S.K. Dhawan, Carbon. 50, 3868 (2012)CrossRef A.P. Singh, P. Garg, F. Alam, K. Singh, R.B. Mathur, R.P. Tandon, A. Chandra, S.K. Dhawan, Carbon. 50, 3868 (2012)CrossRef
59.
Zurück zum Zitat S.V. Trukhanov, M.V. Bushinsky, I.O. Troyanchuk, H. Szymczak, J. Exp. Theor. Phys. 99, 756 (2004)ADSCrossRef S.V. Trukhanov, M.V. Bushinsky, I.O. Troyanchuk, H. Szymczak, J. Exp. Theor. Phys. 99, 756 (2004)ADSCrossRef
60.
Zurück zum Zitat Z.-H. Duan, Q.-N. Zhao, C.-Z. Li, S. Wang, Y.-D. Jiang, Y.-J. Zhang, B.-H. Liu, H.-L. Tai, Rare Met. 40, 1762 (2021)CrossRef Z.-H. Duan, Q.-N. Zhao, C.-Z. Li, S. Wang, Y.-D. Jiang, Y.-J. Zhang, B.-H. Liu, H.-L. Tai, Rare Met. 40, 1762 (2021)CrossRef
61.
63.
Zurück zum Zitat S. Ullah, A. Hussain, W. Syed, M.A. Saqlain, I. Ahmad, O. Leenaerts, A. Karim, RSC Adv. 5, 55762 (2015)ADSCrossRef S. Ullah, A. Hussain, W. Syed, M.A. Saqlain, I. Ahmad, O. Leenaerts, A. Karim, RSC Adv. 5, 55762 (2015)ADSCrossRef
64.
Zurück zum Zitat P. Nath, D. Sanyal, D. Jana, E. Physica, Low-Dimensional Syst. Nanostruct. 56, 64 (2014)ADSCrossRef P. Nath, D. Sanyal, D. Jana, E. Physica, Low-Dimensional Syst. Nanostruct. 56, 64 (2014)ADSCrossRef
66.
Zurück zum Zitat C. Freysoldt, B. Grabowski, T. Hickel, J. Neugebauer, G. Kresse, A. Janotti, C.G. Van de Walle, Rev. Mod. Phys. 86, 253 (2014)ADSCrossRef C. Freysoldt, B. Grabowski, T. Hickel, J. Neugebauer, G. Kresse, A. Janotti, C.G. Van de Walle, Rev. Mod. Phys. 86, 253 (2014)ADSCrossRef
69.
Zurück zum Zitat F. Joucken, L. Henrard, J. Lagoute, Phys. Rev. Mater. 3, 110301 (2019)CrossRef F. Joucken, L. Henrard, J. Lagoute, Phys. Rev. Mater. 3, 110301 (2019)CrossRef
Metadaten
Titel
The role of iron oxide on the electronic and electrical properties of nitrogenated reduced graphene oxide: experimental and density functional theory approach
verfasst von
David O. Idisi
Edson L. Meyer
Evans M. Benecha
Publikationsdatum
01.01.2024
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 2/2024
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-024-11947-4

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