Điều chế nano coban oxit

1 MỞ ĐẦU Tổng hợp và nghiên cứu vật liệu nano là lĩnh vực đang được quan tâm bởi những ứng dụng rộng rãi của nó Vật liệu nano đang phát huy sức ảnh hưởng sâu rộng đến mọi lĩnh vực của cuộc sống như y học, công nghiệp, môi trường, điện tử, xây dựng Hiện nay, vật liệu nano coban oxit cũng được nghiên cứu bởi một số ứng dụng trong thực tiễn như làm sử dụng trong biến trở, điện trở nhiệt, chống sét oxit kẽm, pin lithium ion, làm chất màu sơn, men gốm và các chất xúc tác cobalt, sản xuất vật liệu từ.

1 MỞ ĐẦU Tổng hợp nghiên cứu vật liệu nano lĩnh vực quan tâm ứng dụng rộng rãi Vật liệu nano phát huy sức ảnh hưởng sâu rộng đến lĩnh vực sống y học, công nghiệp, môi trường, điện tử, xây dựng… Hiện nay, vật liệu nano coban oxit nghiên cứu số ứng dụng thực tiễn làm sử dụng biến trở, điện trở nhiệt, chống sét oxit kẽm, pin lithium ion, làm chất màu sơn, men gốm chất xúc tác cobalt, sản xuất vật liệu từ tính, vật liệu linh kiện điện tử, cacbua vật liệu, tạo màu gốm sứ thủy tinh Vật liệu nano coban oxit nhóm nghiên cứu giới nước điều chế tổng hợp thành công Song nhóm tác giả lại từ tiền chất khác dẫn đến hình thành hạt nano có kích thước khác Vì vậy, mơn học Vật liệu nano, chúng em giao tiểu luận “ Điều chế nano coban oxit” Nội dung tiểu luận: - Tìm hiểu tổng quan vật liệu nano coban oxit - Điều chế xác định đặc tính nano coban oxit 2 PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu cấu trúc tính chất coban oxit 1.1.1 Tính chất coban oxit [1] CoO có màu lục, nóng chảy 1810oC Khi đun nóng khí O2 400-500oC, biến thành Co3O4 Co2O3 có màu đen, tinh thể lục phương phân hủy 265oC tạo thành Co3O4 Co3O4 chất dạng tinh thể lập phương màu đen, có tính bán dẫn, phân hủy 40oC tạo thành CoO CoO thể tính lưỡng tính, tan dung dịch kiềm mạnh, đặc nóng tạo nên dung dịch màu xanh lam Co2O3 chất oxi hóa mạnh: tác dụng với axit clohidic giải phóng khí clo tác dụng với axit sunfuric giải phóng khí oxi: Co2O3 + Co2O3 + 6HCl → 4H2SO4 → 2CoCl2 + 3H2O + Cl2 4CoSO4 + 4H2O + O2 Co3O4 chất oxi hóa mạnh: Co3O4 + 2Co3O4 + 8HCl → 6H2SO4 → 3CoCl2 + 4H2O + Cl2 6CoSO4 + 6H2O + O2 1.1.2 Ứng dụng Coban oxit [1, 2] CoO nấu chảy với nhiều oxit kim loại tạo nên hợp chất có màu, thường dùng làm chất xúc tác, bột màu sản xuất thủy tinh gốm Co3O4 dùng để chế loại thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại dùng làm chất xúc tác cho số phản ứng phân hủy tổng hợp Các hạt nano oxit coban thu hút ý mạnh mẽ tính chất từ tính xúc tác Được sử dụng biến trở, điện trở nhiệt, chống sét oxit kẽm, pin lithium ion, làm chất màu sơn, men gốm chất xúc tác cobalt, sản xuất vật liệu từ tính, vật liệu linh kiện điện tử, cacbua vật liệu, tạo màu gốm sứ thủy tinh Nó sử dụng sản xuất muối coban khác chất xúc tác Nano Co3O4 phát triển để tách nước điện hóa, với sợi nano đứng yên cho cảm biến glucose phi enzim hiệu suất cao ứng dụng cảm biến khí điện hóa, pin nhiên liệu, pin mặt trời, siêu tụ điện Nano coban oxit dùng xử lý hạt ngô giống giúp tăng suất thu hoạch, hạt ngơ thu hoạch có hàm lượng tinh bột cao CoO chất tạo màu tốt, ổn định nên sử dụng phụ gia để tạo men nước men màu xanh lam, loại mực đề can, màu men lót, vết màu thân men màu CoO chất tạo màu xanh coban truyền thống đáng tin cậy nhiệt độ nung, hầu hết loại men Nó chất tạo màu mạnh, thơng thường dùng 1% màu đủ đậm[2] Nano Coban oxit có nhiều ứng dụng ngành nghề khác việc sử dụng chưa phổ biến sản phẩm sau sản xuất từ vật liệu có giá thành cao 1.2 Điều chế vật liệu nano 1.2.1 Các phương pháp điều chế vật liệu nano [3] 1.2.1.1 Phương pháp từ xuống Nguyên lý: Dùng kĩ thuật nghiền siêu mịn để nghiền biến dạng vật liệu thành hạt nano Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền, tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Theo phương pháp, vật liệu dạng bột trộn lẫn với viên bi làm từ vật liệu cứng đặt cối Máy nghiền nghiền lắc, nghiền rung nghiền quay Các viên bi cứng va chạm vào nhau, phá vỡ bột đến kích thước nano Kết thu vật liệu nano không chiều Ưu điểm: Đơn giản, dụng cụ không đắt tiền, thao tác dễ tự động hóa nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với lượng lớn 4 Nhược điểm: Các hạt bị kết tụ lại với nhau, phân bố kích thước khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ, khó đạt kích thước cực nhỏ Thường dung để chế tạo vật liệu hữu 1.2.1.2 Phương pháp từ lên Phương pháp từ lên phương pháp từ hạt nguyên tử hay ion tạo thành hạt nano Hiện nay, 90% vật liệu nano hình thành phương pháp từ lên a) Phương pháp sol - gel Sol-gel phương pháp thường dùng để chế tạo vật liệu (thường oxit kim loại) Phương pháp từ phần từ huyền phù dạng keo rắn (precursor) chất lỏng (sol) để tạo thành mạng lưới vô liên tục dựa tảng pha rắn (gel) thông qua chế phản ứng hóa học (thủy phân ngưng tụ) Precusor phân tử ban đầu để tạo thành hạt keo (sol), tạo thành từ nguyên tố kim loại hay phi kim bao quanh lingand khác Sol dung để mô tả phân tán hạt keo chất lỏng Các hạt keo phần tử rắn có kích thước 1-100 nm, chứa khoảng vài chục đến trăm nguyên tử trạng thái trung gian để tạo hạt lớn Sol tồn dung dịch đến thời điểm định hạt keo hút tạo thành phần tử lớn Các phần tử phát triển đến kích thước cỡ 1nm tùy thuộc xúc tác có mặt dung dịch mà chúng tiếp tục phát triển theo hướng khác Sol tồn đến thời điểm mà hạt keo két tụ lại với cấu trúc thành phần rắn, lỏng dung dịch liên kết chặt chẽ tạo nên chất kết dính gọi gel Để tạo gel, phải tang nồng độ dung dịch, thay đổi pH, tang nhiệt độ Các giai đoạn trình sol-gel: Thủy phân – ngưng, gel hóa, định hình, Sấy, thiêu kết Quá trình thủy phân – ngưng tụ: Thủy phân: M(OR)n + nH2O ⇌ M(OH)n + nROH Ngưng tụ có hai kiểu phản ứng xảy ra: Ngưng tụ rượu: M(OR)n + M(OH)n ⇌ M-O-H + ROH Ngưng tụ nước: M(OH)n + M(OH)n ⇌ M-O-H + H2O Nhưng phản ứng xảy đồng thời thường khơng hồn tồn, oxit cuối hình thành Kết phản ứng dạng chất keo huyền phù phân tử nhỏ(1-10nm) sau tạo dạng liên kết ba chiều oxit vô tương đương Q trình gel-hóa: Là q trình chuyển tiếp chế Sol-gel, bắt đầu kết tụ thành dạng rắn có dạng hình học tiếp tục tăng tạo thành mạng toàn dung dịch Sự ngưng tụ cá alkoxido hữu thời gian tạo thành phân tử keo liên kết với để tạo thành mạng chiều Quá trình định hình: Trải qua bước tiếp tục ngưng tụ, co ngót hóa thơ Sự trùng hợp nhóm hydroxyl khơng phản ứng làm tăng thêm kết nối mạng gel, trình xảy với tượng co rút Syneresis tượng co ngót tự phát tăng đẩy chất lỏng lỗ xốp tra ngồi Sau hóa thơ liên quan tới q trình hóa tan lắng tụ, điều khiển chêch lệch tan bề mặt với bán kính khác Quá trình sấy: Vấn đề đáng lưu ý tránh đứt gãy mạng gel trình nung, sức căng xảy lực mao dẫn bề mặt chung khí – lỏng Khe nứt tạo chênh lệch sức căng mạnh sức căng vật liệu Dung dịch phải trực tiếp cho bay chất lỏng vận tốc thấp Thêm vào chất phụ gia hóa học điều khiển q trình nung khơ Q trình thiêu kết: Đây trình kết chặt khối mạng, điều khiển lượng phân giới Mạng rắn dịch chuyển nhờ lưu lượng nhớt hay khuếch tán để loại trừ lỗ xốp 6 Những yếu tố ảnh hưởng đến trình sol – gel: nhiệt độ, thời gian phản ứng; độ pH dung dịch, nồng độ chất phản ứng, loại xúc tác nồng độ chất xúc tác; nhiệt độ thời gian sấy; tỷ số r (H2O:M); dung môi phân cực hay không phân cực Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sol – gel: Nhiệt độ, thời gian phản ứng; Độ pH dung dịch; Nồng độ chất phản ứng; Loại xúc tác nồng độ chất xúc tác; Nhiệt độ thời gian sấy; Tỷ số H2O : M; Dung môi phân cực, không phân cực b) Phương pháp phủ nhúng Phủ nhúng phương pháp mà để nhúng hồn tồn vào dung dịch phủ vad sau rút lên với vận tốc thích hợp điều kiện nhiệt độ áp suất cố định Đọ dày màng phụ thuộc vào tốc độ kéo màng, độ nhớt dung dịch, mật độ kích thước phân tử rắn dung dịch c) Phương pháp phủ quay Phương pháp phủ quay phương pháp sử dụng nhiệt để loại bỏ dung mơi sót lại màng Ưu điểm: Có thể sử dụng cho bề mặt lớn Có thể làm bước Kiểm sốt hợp phần xác Tổng hợp nhiệt độ tương đối thấp nên làm nhiều loại đế khác Nhược điểm: Rất nhạy với điều kiện môi trường Nguyên liệu đầu vào có giá thành đắt Hao hụt nhiều q trình tạo màng Màng tạo có độ xốp cao dễ bị rạn nứt trình nung sấy 7 d) Phương pháp kết tủa hóa học Sự tạo hạt dựa trình kết tủa cần thiết bị thông thường để khuấy trộn, lắng lọc sấy Hơn phương pháp kết tủa hóa học điều khiển dạng kích cỡ hạt theo yêu cầu Phương pháp dựa vào phản ứng chất để tạo chất có độ hịa tan nhỏ mơi trường phản ứng sau tách khỏi hệ dạng chất tan Vật liệu tổng hợp phương pháp cho kích thước nhỏ, đồng đều, dễ dàng điều chỉnh kích thước mong muốn, tiền chất tổng hợp tương đối đơn giản, dễ tìm e) Phương pháp thủy nhiệt Phương pháp thủy nhiệt dựa phản ứng dị thể chất rắn dung dịch điều kiện nhiệt độ áp suất cao Nguồn gốc phương pháp thủy nhiệt từ việc nghiên cứu thủy địa nhiệt lịng đất Cơng nghệ thủy nhiệt khơng ngừng cải tiến nâng cao Đến nay, lĩnh vực quan trọng liên kết công nghệ địa chất, công nghệ sinh học, công nghệ nano vật liệu tiên tiến Phương pháp dùng nước thủy nhiệt dung mơi Ngồi dung mơi khác sử dụng nằm thay đổi thuộc tính nước thủy nhiệt tinh khiết Các trình thủy nhiệt thực máy autoclave Có vấn đề để tổng hợp thủy nhiệt đạt hiệu quả: Tính tốn cân nhiệt động lực học cho q trình xảy thủy nhiệt Tạo sơ đồ cho biến cần quan tâm trình thủy nhiệt Thiết kế thí nghiệm thủy nhiệt để kiểm tra xác nhận sơ đồ tính tốn Từ biến q trình thủy nhiệt xác định, tiến hành kiểm sốt phản ứng động học kết tinh Điều khiển bốn vấn đề vật liệu điều chế có kích thước hạt bé, diện tích bề mặt riêng rộng, mức độ ổn định tinh thể cao, quy trình tương đối đơn giản kết hợp với số phương pháp khác nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm 8 1.2.2 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước giới 1.2.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Muhammad Ramzan [3] cộng tổng hợp nano coban oxit phương pháp kết tủa hóa học: Sử dụng 2,5g CoCl2.6H2O hòa tan nước cất, khuấy từ tính 20p Sau thêm 20ml dung dịch Na2CO3, tiếp tục khuấy 5h 600C Sau 5h, li tâm dung dịch với tốc độ 30000 vịng/ phút Thu kết tủa màu tím nhạt, rửa kết tủa lần nước cất lần C2H5OH Sau sấy kết tủa tủ sấy 800C 12h để thu bột coban oxit Đã xác định đặc tính vật liệu thu phương pháp XRD, SEM TEM Hình 1.1a Phổ XRD nano coban oxit Hình 1.1b Ảnh SEM nano coban oxit Hình 1.1c Ảnh TEM nano coban oxit Kết phổ XRD (hình 1.1a) cho thấy khơng có đỉnh lạ ngồi đỉnh đặc trưng cho cấu trúc tinh thể, chứng tỏ sản phẩm tổng hợp có độ tinh khiết tương đối cao Kết SEM (hình 1.1b) cho thấy, hạt nano tổng hợp có kích thước khơng đồng Kết TEM (hình 1.1c) cho thấy có mặt số vi hạt liên kết với 10 1.2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Tác giả Phan Thị Kim Thư [5] cộng tổng hợp nano coban oxit phương pháp thủy nhiệt: Hòa tan 0,24g cacbon cầu 80 ml nước cất, thêm tiếp 1,2g muối Co(NO3)2.6H2O, khuấy đều, thủy nhiệt nhiệt độ phòng 8h 185oC Lọc, rửa nước etanol, sấy 80oC 6h nung 550oC Đặc tính sản phẩm đo phương pháp XRD SEM Hình 1.2a Phổ XRD nano coban oxit Hình 1.2b Ảnh SEM nano coban oxit Kết phổ XRD (hình 1.2a) cho thấy có tồn số lượng nhóm hydroxyl sản phẩm, chứng tỏ sản phảm có độ tinh khiết khơng cao Kết SEM (hình 1.2b) cho 11 thấy, hạt nano tổng hợp có kích thước tương đối đồng đều, bề mặt nhẵn với đường kính khoảng từ 200 đến 300nm 1.3 Một số phương pháp sử dụng nghiên cứu vật liệu nano [2] 1.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Sử dụng để phân tích vật liệu có cấu trúc, cho phép xác định số mạng pic đặc trưng cho cấu trúc Đối với kim loại, phương pháp XRD cho phép xác định xác tồn kim loại mẫu dựa pic chuẩn nguyên tố Nguyên lý hoạt động: Chùm tia X có bước sóng λ chiếu vào bề mặt cách khoảng cách d với góc tới Khi đến chạm vào bề mặt trên, chùm tia tới bị chặn lại xuất chùm tia nhiễu xạ Đây tượng nhiễu xạ góc chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ 2 Khi xảy cộng hưởng khoảng cách (A+B) phải số ngun lần bước sóng Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lí phương pháp nhiễu xạ XRD Cách tính kích thước hạt theo cơng thức Sherrer: Dựa độ bán rộng cực đại đỉnh hấp thụ lớn nhất, ta tính tốn kích thước trung bình tinh thể: LC = 180 𝜋 𝑘.𝜆 𝑐𝑜𝑠 √𝐹𝑊𝐻𝑀2 −𝑆 12 Trong đó: FWHM: độ bán rộng cực đại 180 𝜋 : Chuyển đổi FWHM từ độ sang radian λ: Bước sóng Cu (λ= 1.5406A) k: Hệ số Sherrong, giá trị mặc định = 0.89 S: Giá trị mặc định = 1.3.2 Phương pháp hiển vi điện tử Phương pháp hiển vi điện tử phát triển để thay phương pháp hiển vi quang học Dùng chùm tia electron có lượng cao để khảo sát vật thẻ nhỏ Phương pháp cho biết thơng tin mặt hình thái học (hình dạng- kích thước vật liệu); Diện mạo học (kết cấu bề mặt- độ cứng vật liệu) tinh thể học (mô tả cách xếp nguyên tử vật thể) Nguyên tắc hoạt động: Một dịng electron hình thành từ nguồn electron đước tăng tốc hướng phía mẫu tích điện dương Chùm electron điều khiển hội tụ nhờ khe hở thấu kính hội tụ từ tính hình thành chùm tia nhỏ, đơn sắc Sau chum e hội tụ vào mẫu nhờ sử dụng thấu kính hội tụ từ tính Do tương tác xảy bên mẫu nên chum tia chiếu vào bị ảnh hưởng đồng thời xảy xạ thứ cấp Những tương tác ảnh hưởng ghi lại, khuếch đại chuyển thành hình ảnh phân tích để thu thơng tin giá trị a) Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Phương pháp SEM sử dụng để xác định hình dạng cấu trúc bề mặt vật liệu cỡ hàng chục nano Ưu điểm: Có thể thu hồi ảnh ba chiều chất lượng cao khơng địi hỏi phức tạp khâu chuẩn bị mẫu Tuy nhiên SEM lại có độ phóng đại nhỏ so với TEM SEM đặc biệt hữu dụng cho độ phóng đại thay đổi từ 10-100000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng cấu trúc bề 13 mặt Các điện tử tương tác với nguyên tử cấu thành mẫu làm phát sinh tín hiệu chứa đựng thơng tin cấu trúc bề mặt mẫu, thành phần cấu tạo mẫu, cấu trúc tinh thể đặc tính khác dẫn điện, mật độ Nguyên lý hoạt động SEM: Điện tử phát từ súng phóng điện tử (có thể phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường) sau tăng tốc, tăng tốc từ 10-50 kV Điện tử phát ra, tăng tốc hội tụ thành chùm hẹp nhờ hệ thống thấu kính từ Sau quét bề mặt mẫu nhờ cuộn quét tĩnh điện, electron đập vào mẫu tạo tập hợp hạt thức cấp tới detector, dây chuyển thành tín hiệu điện Các tín hiệu sau khuếch đại tới ống tia catot quét lên ảnh Cho chùm tia quét đồng mẫu, tia điện tử hình đèn hình thu khuếch đại loại tín hiệu từ mẫu phát để làm thay đổi cường độ ánh sáng tia điện tử qt hình ta có ảnh Thu tín hiệu điện tử thứ cấp để tạo ảnh ta có kiểu ảnh điện tử thứ cấp, độ sáng tối ảnh cho biết độ lồi lõm mẫu Cần ý hiển vi điện tử quét thấu kính để tập trung chùm điện tử thành điểm nhỏ chiếu lên mẫu, khơng dùng thấu kính để khuếch đại Với ảnh phóng đại phương pháp qt, khơng u cầu mẫu phải lát mỏng phẳng nên hiển vi điện tử quét cho phép quan sát bề mặt mấp mô cách rõ nét Độ phân giải SEM xác định từ kích thước chùm tia điện tử hội tụ,kích thước bị hạn chế quang sai Vì mà SEM khơng thể đạt độ phân giải tốt kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) b) Phương pháp hiển vi điện từ truyền qua (TEM) Nguyên tắc tạo ảnh TEM gần giống với kính hiển vi quang học Điểm khác quan trọng sử dụng sóng điện tử thay cho sóng ánh sáng, thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh Phương pháp sử dụng chùm electron thay chùm sáng chiếu xuyên qua mẫu thu thông tin cấu trúc thành phần Hiển vi điện tử truyền qua phương pháp hiển vi điện tử phát triển với thiết kế mô phương pháp hiển vi quang học truyền qua Phương pháp 14 sử dụng chùm electron thay chùm sáng chiếu xuyên qua mẫu thu thông tin cấu trúc thành phần giống cách sử dụng hiển vi quang học Kính hiển vi điện tử truyền qua sử dụng chùm điện tử có lượng cao, chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng dùng thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần) Ảnh tạo huỳnh quang, film quang học, hay ghi lại máy chụp kỹ thuật số Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua có ưu phương pháp hiển vi điện tử quét SEM chỗ có độ phóng đại lớn (độ phóng đại 400.000 lần) với nhiều vật liệu, với nguyên tử đạt độ phóng đại tới 15 triệu lần Tem sử dụng phổ biến khoa học vật liệu, luyện kim sinh vật học Mẫu phải mỏng có khả chịu chân không cao bên buồng đo, sử dụng chế độ điện tử đâm xuyên qua mẫu vật nên mẫu vật quan sát TEM phải đủ mỏng TEM sử dụng phổ biến khao học vật liệu, luyện kim sinh vật học Trong trường hợp mẫu phải mỏng có khả chịu chân không cao buồng đo TEM hoạt động máy chiếu slide, máy chiếu chiếu chùm tia sáng xuyên qua slide, ánh sáng xuyên qua slide bị ảnh hưởng cấu trúc vật thể slide Những ảnh hưởng dẫn đến kết phần chum sáng xuyên qua phần định slide Những tia sáng chiếu lên quan sát, tạo thành ảnh đóng đại slide Những electron xuyên qua mẫu chiếu lên huỳnh quang để quan sát Ưu điểm: Có thể tạo ảnh cấu trúc vật rắn với độ tương phản, độ phân giải cao, đồng thời dễ dàng thông dịch thông tin cấu trúc Nhược điểm: Thiết bị đắt tiền, phải xử lý mẫu mỏng chùm điện tử xuyên qua mẫu quan sát Chỉ hoạt động chế độ chân không Như phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao, dùng để nghiên cứu hình thái, cấu trúc vật liệu nano 15 1.3.3 Phương pháp BET Hiện nay, phương pháp BET ứng dụng phổ biến để xác định diện tích bề mặt riêng vật liệu Nguyên tắc phương pháp sử dụng phương trình BET dạng: 𝑃 𝑃 (𝐶 − 1) = + 𝑉(𝑃𝑜 − 𝑃) 𝑉𝑚 𝐶 𝑃𝑜 𝑉𝑚 𝐶 Trong đó: V thể tích chất bị hấp phụ tính cho gam chất rắn Vm thể tích chất bị hấp phụ cần thiết để tạo lớp đơn phân tử chất bị hấp phụ bề mặt gam chất rắn áp suất cân P Po áp suất bão hòa chất bị hấp phụ C số BET, θ = 𝑉 𝑉𝑚 gọi phần bề mặt bị hấp phụ 16 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị Hóa chất Muối niken clorua CoCl2.6H2O Etanol C2H5OH Natri hidroxit Na2CO3 Nước cất hai lần Dụng cụ Cốc 50ml 02 Pipet 20ml 01 Thìa sắt 01 Quả bóp cao su 01 Quả bóp cao 01 Bình tia nước cất 01 Pipet 10m 01 Pipet 5ml Con từ 01 Thiết bị Tủ sấy Memmert (UN 160, Đức) Lò nung Nabertherm(LT9/11/B140, Đức) Máy khuấy từ IKA C-MAG (HS10, Malaysia) 17 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Điều chế vật liệu nano niken oxit Dựa theo tài liệu tham khảo [2] nano coban oxit tổng hợp phương theo sơ đồ sau: Thuyết minh sơ đồ: Bước 1: Cho 2,5g CoCl2 6H2O vào 20ml H2O dung dịch CoCl2 nồng độ 1M Cho 2,15g Na2CO3 vào 20ml H2O dung dịch Na2CO3 nồng độ 1M Bước 2: Nhỏ từ từ dung dịch Na2CO3 vào dung dịch CoCl2, khuấy máy khuấy từ nhiệt độ 50-600C dung dịch chứa kết tủa Bước 3: Dung dịch thu sau khuấy mang ly tâm với tốc độ 3000 vòng/s Lọc rửa kết tủa thu sau ly tâm lần nước cất etanol để loại bỏ sản phẩn phụ Bước 4: Sấy kết tủa thu 12 nhiệt độ khoảng 800C tủ sấy Bước 5: Nung kết tủa sau sấy 5000C vòng để thu nano coban oxit Điều kiện tổng hợp: Tỉ lệ mol CoCl2 6H2O: Na2CO3= 1:1 Nồng độ CoCl2 6H2O = Na2CO3 = 1M Sản phẩm cuối nung 500oC Quy trình điều chế vật liệu nano coban oxit trình bày mục 3.1 2.2.2 Xác định đặc tính vật liệu nano coban oxit Nghiền nhỏ vật liệu chụp ảnh SEM máy Kính hiển vi điện tử quét Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Kích thước vật liệu nano thu quan sát ảnh SEM trình bày mục 3.2 18 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Điều chế vật liệu nano niken oxit Dựa theo tài liệu tham khảo[2], vật liệu nano coban oxit tác giả tổng hợp theo tỷ lệ mol tiền chất 1:1, nhiệt độ phản ứng 50oC, nhiệt độ nung 500oC Điều kiện để điều chế vật liệu nano trình bày bảng sau: Tiền chất Chất tạo gel Tỷ lệ mol Nồng độ Co2+.6H2O (g) H2 O (ml) Na2CO3 (g) H2 O (ml) Co2+ : NaOH (M) 2,5 20 2,15 20 1:1 1M Nhiệt độ phản ứng (oC) Thời gian phản ứng (h) Dạng bên sản phẩm 50 Kết tủa tím Với tỉ lệ mol muối coban clorua: natri cacbonat 1:1, thu kết tủa tím, đem sấy thu kết tủa khô Kết tủa đem nung thu bột màu đen Do đó, em chọn điều kiện tổng hợp nano coban oxit theo quy trình sau: Bước 1: Cho 2,5g CoCl2 6H2O vào 20ml H2O dung dịch CoCl2 nồng độ 1M Cho 2,15g Na2CO3 vào 20ml H2O dung dịch Na2CO3 nồng độ 1M Bước 2: Nhỏ từ từ dung dịch Na2CO3 vào dung dịch CoCl2, khuấy máy khuấy từ nhiệt độ 50-600C dung dịch chứa kết tủa Bước 3: Dung dịch thu sau khuấy mang ly tâm với tốc độ 3000 vòng/s Lọc rửa kết tủa thu sau ly tâm lần nước cất etanol để loại bỏ sản phẩn phụ Bước 4: Sấy kết tủa thu 12 nhiệt độ khoảng 800C tủ sấy Bước 5: Nung kết tủa sau sấy 5000C vòng để thu nano coban oxit 3.2 Xác định đặc tính vật liệu nano niken oxit Ảnh SEM mẫu nano NiO với độ phóng đại 500nm trình bày hình 1.9 Ảnh SEM mẫu nano NiO với độ phóng đại 300nm trình bày hình 1.10 19 độ phóng đại 150.000 lần (bên trái); độ phóng đại 200.000 lần (bên phải) Hình 2.3 Ảnh SEM mẫu Co3O4 Quan sát ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy, mẫu Co3O4 điều chế có kích thước hạt trung bình 35 nm Hạt nano thu có dạng hình cầu, khơng đồng đều, xếp chồng lên nhau, kết tụ thành đám Ngoài ra, hạt nano thu chưa đồng q trình tổng hợp chưa nghiên cứu yếu tố khảo sát khác nhiệt độ, nồng độ, tỷ lệ mol, thời gian phản ứng, Việc nghiên cứu tiếp góp phần điều chế hạt nano có kích thước tốt ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống 20 KẾT LUẬN Sau thời gian thực tiểu luận, chúng em làm việc sau: Đã điều chế thành công hạt nano Co3O4 từ tiền chất CoCl2 Na2CO3 phương pháp đồng kết tủa Xác định đặc tính vật liệu thu phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Kết cho thấy kích thước hạt nano Co3O4 trung bình 35 nm, có dạng hình cầu, khơng đồng nhất, xếp chồng lên nha kết tụ thành đám 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Nhâm “Hóa học vơ cơ bản” tập 3, NXB giáo dục Việt Nam, 2017 [2] Muhammad Ramzan Saeed Ashraf Janjua, “Synthesis of Co3O4 Nano Aggregates by Co-precipitation Method and its Catalytic and Fuel Additive Applications” [3] Đặng Thị Thanh Lê, “bài giảng môn vật liệu nano”, trường Đại hoc Thủy lợi (2018) [4] I Luisetto F Pepe, “Preparation and characterization of nano cobalt oxide” [5] Phan Thị Kim Thư, Lê Thi Hòa, Nguyễn Hải Phong “Tổng hợp nano cobalt oxide phương pháp thủy nhiệt ứng dụng làm cảm biến khí” tạp chí khoa học công nghệ, trường Đại học Khoa học, ĐH Huế  ... 12h để thu bột coban oxit Đã xác định đặc tính vật liệu thu phương pháp XRD, SEM TEM Hình 1.1a Phổ XRD nano coban oxit Hình 1.1b Ảnh SEM nano coban oxit Hình 1.1c Ảnh TEM nano coban oxit Kết phổ... vòng để thu nano coban oxit Điều kiện tổng hợp: Tỉ lệ mol CoCl2 6H2O: Na2CO3= 1:1 Nồng độ CoCl2 6H2O = Na2CO3 = 1M Sản phẩm cuối nung 500oC Quy trình điều chế vật liệu nano coban oxit trình bày... 3.1 Điều chế vật liệu nano niken oxit Dựa theo tài liệu tham khảo[2], vật liệu nano coban oxit tác giả tổng hợp theo tỷ lệ mol tiền chất 1:1, nhiệt độ phản ứng 50oC, nhiệt độ nung 500oC Điều