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Tailoring the Catalytic Activity of Fe3O4 Nanoparticles for KNO3 Decomposition via Surface Functionalization
Indexado
WoS WOS:001417935000001
Scopus SCOPUS_ID:85218270620
DOI 10.1007/S10876-024-02758-Y
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



This study investigates the synthesis, characterization, and catalytic activity of functionalized iron oxide nanoparticles for the thermal decomposition of potassium nitrate (KNO3). The iron oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs) were synthesized using a co-precipitation method and then functionalized with 11-Bromoundecanoic (Fe3O4@Br) and 11-Aminoundecanoic acids (Fe3O4@NH2) by chemical route. The functionalized nanoparticles were characterized using Transmission electron microscopy (TEM), Thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and vibrating sample magnetometry (VSM). The characterization results revealed that the nanoparticles have a uniform size of approximately 8.3 nm, exhibit superparamagnetic behavior, and are successfully functionalized. To compare short and long-chain ligands, we included our previously reported quaternary (Fe3O4@NR4 +) and tertiary (Fe3O4@NR3) amine-functionalized magnetic catalysts in the catalytic studies. Among the different functionalized nanoparticles, Fe3O4@NR3 exhibited the most pronounced catalytic activity, significantly reducing the decomposition temperature (DT) of KNO3 to 683.2 degrees C compared to the other nanoparticles. This enhanced catalytic activity is attributed to the specific interaction between the Fe3O4@NR3 surface and KNO3 molecules. The activation energies (E a) for the thermal decomposition of KNO3 were calculated using the ASTM e628 method, confirming the decrease in activation energy for the Fe3O4@NH2 + KNO3 mixture compared to pure KNO3. These findings demonstrate the potential of tailored surface functionalization to improve the catalytic performance of Fe3O4 nanoparticles for KNO3 decomposition, which has potential applications in various fields such as propellants, explosives, and pyrotechnics.

Revista



Revista ISSN
Journal Of Cluster Science 1040-7278

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Disciplinas de Investigación



WOS
Chemistry, Inorganic & Nuclear
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



Muestra la distribución de colaboración, tanto nacional como extranjera, generada en esta publicación.


Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Dibdalli, Yuvaraja - Universidad Bernardo O'Higgins - Chile
2 Perez, Hector - Universidad Bernardo O'Higgins - Chile
3 Lopez-Telgie, Alejandro - Universidad de Concepción - Chile
4 Vejar, Nelson - Ctr Invest & Desarrollo Ciencias Aerosp - Chile
Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aeroespaciales - Chile
5 MacLeod-Carey, Desmond - Universidad Autónoma de Chile - Chile
6 Gaete, Jose - Universidad Bernardo O'Higgins - Chile
7 Abarca, Gabriel - Universidad Bernardo O'Higgins - Chile
8 MORALES-VERDEJO, CESAR AARON Hombre Universidad Bernardo O'Higgins - Chile

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Financiamiento



Fuente
FONDECYT
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
ANID Fondecyt
ANID Fondecyt Postdoctoral
Proyecto Exploracion 2022

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
We gratefully acknowledge the financial support from FONDECYT grant 1210827 (C.M-V), ANID FONDECYT Postdoctoral 3220124 (J.G.), 1230991 (G.A.), InES49 (C. M-V), UBO/VVC- MEI-28 (C. M-V) and Proyecto Exploracion 2022 No 13220074.
We gratefully acknowledge the financial support from FONDECYT grant 1210827 (C.M-V), ANID FONDECYT Postdoctoral 3220124 (J.G.), 1230991 (G.A.), InES49 (C. M-V), UBO/VVCMEI-28 (C. M-V) and Proyecto Exploraci\u00F3n 2022 N\u00BA 13220074.

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