Tổng hợp vật liệu nano spinel cofe2o4 và cofe2o4 pha tạp yttrium bằng phương pháp đồng kết tủa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC ˜—&–™ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chun ngành: Hóa học vơ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO SPINEL CoFe2O4 VÀ CoFe2O4 PHA TẠP YTTRIUM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA SVTH: Trần Thị Thanh Thảo MSSV: 43.01.106.104 GVHD: ThS Trương Chí Hiền Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC ˜—&–™ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chun ngành: Hóa học vô TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO SPINEL CoFe2O4 VÀ CoFe2O4 PHA TẠP YTTRIUM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA SVTH: Trần Thị Thanh Thảo MSSV: 43.01.106.104 GVHD: ThS Trương Chí Hiền Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Trương Chí Hiền - người trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, động viên tạo điều kiện tốt để em hoàn thành khóa luận Suốt năm học tập khoa Hóa - Trường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh, em tiếp thu nhiều kiến thức kinh nghiệm bổ ích để trang bị cho đường tương lai phía trước Em xin chân thành cảm ơn thầy cô ngồi khoa, người ln ân cần, nhiệt huyết bảo hỗ trợ chúng em nhiều trình học tập Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln quan tâm, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu Vì thời gian khả có hạn nên khóa luận khơng tránh thiếu sót, em mong nhận đóng góp chân thành thầy bạn để khóa luận trở nên hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 SVTH Trần Thị Thanh Thảo i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU IV DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC BẢNG VI LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NANO 1.1.1 Một số khái niệm khoa học nano 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.3 Phương pháp điều chế vật liệu nano 1.1.4 Ứng dụng vật liệu nano 1.2 VẬT LIỆU FERRITE SPINEL DẠNG AB2O4 11 1.2.1 Cấu trúc vật liệu AB2O4 11 1.2.2 Tính chất ferrite spinel 13 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO OXIDES 15 1.3.1 Phương pháp thủy nhiệt 15 1.3.2 Phương pháp sol – gel 16 1.3.3 Phương pháp phân hủy nhiệt 18 1.3.4 Phương pháp đồng kết tủa 19 1.4 TÌNH HÌNH TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO SPINEL COFe2O4 20 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 THỰC NGHIỆM 23 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 23 2.1.2 Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano CoFe2-xYxO4 (x=0; 0,1; 0,15; 0,3; 0,5) 23 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (TGA/DSC) 25 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 26 2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 28 2.2.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 28 2.2.5 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 28 2.2.6 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 29 2.2.7 Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COFe2O4 VÀ COFe2-XYXO4 (X=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) 32 ii 3.1.1 Kết phân tích nhiệt 32 3.1.2 Kết nhiễu xạ tia X 33 3.1.3 Kết phân tích SEM, TEM 37 3.1.4 Kết phân tích EDX 39 3.1.5 Kết phân tích UV-Vis 40 3.1.6 Kết phân tích từ tính từ kế mẫu rung 43 3.2 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 45 PHỤ LỤC 49 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Chữ viết tắt DSC: Phân tích nhiệt vi sai EDX: Phổ tán sắc lượng tia X SEM: Kính hiển vi điện tử quét CFO: Cobalt Ferrite Oxide TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA: Phân tích nhiệt vi trọng lượng VSM: Từ kế mẫu rung XRD: Nhiễu xạ tia X CNT: Carbon Nano Tube Các ký hiệu a Hằng số mạng tinh thể d Khoảng cách hai mặt phẳng tinh thể dXRD Kích thước tinh thể xác định từ nhiễu xạ tia X Hc Lực kháng từ Mr Độ từ dư Ms Độ từ bão hịa 𝜆 Bước sóng 2𝜃 Góc nhiễu xạ tia X 𝛽 Độ bán rộng giản đồ nhiễu xạ tia X rA2+ Bán kính lỗ trống phân mạng A rB3+ Bán kính lỗ trống phân mạng B iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 (a) – Cấu hình bát diện, (b) – Cấu hình tứ diện 11 Hình 1.2 Cấu trúc ô mạng spinel thuận 12 Hình 1.3 Sự xếp spin bề mặt hạt sắt từ hai trường hợp dị hướng bề mặt khác K < K > 13 Hình Góc Φ ion MI MII với ion oxygen 14 Hình 1.5 Các cấu hình phân bố ion mạng spinel, phân mạng A B ion kim loại vị trí tứ diện bát diện, vòng tròn lớn ion oxygen 15 Hình 1.6 Sự phụ thuộc áp suất nước vào nhiệt độ thể tích khơng đổi 15 Hình 1.7 Kĩ thuật sol – gel sản phẩm 17 Hình Diễn biến trình Sol – gel 18 Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nao CoFe2-xYxO4 phương pháp đồng kết tủa 24 Hình 2.2 Sơ đồ ngun lí hệ đo nhiễu xạ tia X 26 Hình 2.3 Hiện tượng nhiễu xạ tinh thể 27 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột (x=0) 32 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu CoFe2O4 sau nung 500°C, 700°C, 800°C 900°C 34 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu CoFe2O4 sau nung 700°C 34 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu CoFe2O4 sau nung 800°C 35 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu CoFe2O4 sau nung 900°C 35 Hình 3.6 Ảnh SEM (a) TEM (b) mẫu CoFe2O4 TEM (c) mẫu CoFe1,7Y0,3O4 nung 800°C 38 Hình 3.7.Phổ EDX mẫu CoFe2O4 nung 800oC 39 Hình 3.8 Đồ thị Tauc mẫu CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C 43 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số khác mẫu CoFe2O4 thiêu kết nhiệt độ khác (phương pháp sol – gel) 21 Bảng 1.2 Tính chất từ mẫu CoFe2O4 thiêu kết nhiệt độ khác (phương pháp sol – gel) 21 Bảng 1.3 Các thông số khác mẫu CoFe2O4 thiêu kết 800 – 1000oC (phương pháp nhiệt phân polymer) 21 Bảng 1.4 Từ độ bão hòa Ms, lực kháng từ Hc hệ hạt nano CoFe2O4 tổng hợp 800 – 1000oC (phương pháp nhiệt phân polymer) 21 Bảng 1.5 Từ giản đồ XRD xác định kích thước tinh thể mẫu CoFe2O4 tổng hợp nhiệt độ phản ứng khác (phương pháp thủy nhiệt) 22 Bảng 1.6 Từ độ bão hòa Ms, lực kháng từ Hc hệ hạt nano CoFe2O4 tổng hợp nhiệt độ phản ứng khác (phương pháp thủy nhiệt) 22 Bảng 2.1 Thành phần tiền chất tổng hợp vật liệu nano CoFe2-xYxO4 24 Bảng 3.1 Thông số cấu trúc tinh thể vật liệu nano CoFe2O4 nung nhiệt độ khác 36 Bảng 3.2 Kết EDX mẫu CoFe2O4 CoFe1,7Y0,3O4 nung 800oC 39 Bảng 3.3 Các đặc trưng từ tính mẫu CoFe2O4 nung nhiệt độ khác 43 vi LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ferrite spinel thu hút ý lớn ứng dụng điện tử chẳng hạn nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM), nhớ kết nạp tùy ý từ tính (MRAM), đường giao từ tính (MTJ), van quay, cảm biến, thiết bị vi sóng xúc tác ứng dụng [24] Ferrite spinel nhà nghiên cứu quan tâm đặc tính đáng kể lực kháng từ cao, từ hóa bão hịa, ổn định tốt nhiệt độ cao, từ tính - kết tinh, tính dị hướng lớn chi phí hợp lí Vì lý này, gần vật liệu ferrite nghiên cứu rộng rãi cho ứng dụng siêu tụ điện Các vật liệu phổ biến MnFe2O4 [9], ZnFe2O4 [25], CuFe2O4 [26] CoFe2O4 [23], [27] báo cáo tài liệu ứng dụng điện cực siêu tụ điện Các nhà nghiên cứu thành công tổng hợp cấu trúc nano ferrite chứa ống nano, bơng nano, hình cầu rỗng, dây nano/thanh nano với kích thước hình thái điều chỉnh cách sử dụng kỹ thuật tổng hợp khác chẳng hạn phương pháp sol-gel [16], phương pháp đồng kết tủa [24] phương pháp thủy nhiệt [5] Vật liệu nano ferrite spinel AB2O4 (A = Co, Ni, Zn, Fe, Mn) chủ yếu điều chế phương pháp sol-gel, đốt cháy gel hay sol-gel tạo phức với ưu điểm tiền chất phân bố đồng đều, nhiệt độ nung thiêu kết thấp, dẫn đến kích thước hạt giảm Tuy nhiên, kỹ thuật sol-gel đòi hỏi phải khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành đơn pha tinh thể spinel thời gian lưu nhiệt kéo dài Ngoài ra, việc thêm chất hữu tạo gel sau đốt cháy để thu sản phẩm nhiệt độ khơng cao không loại bỏ hết vụn carbon, gây ảnh hưởng đến tính chất điện từ vật liệu ferite tổng hợp Trong cơng trình [2], [21], nhóm nghiên cứu GVHD tổng hợp thành công số hệ vật liệu nano perovskite LaFe1-xNixO3 nano spinel Co1-xZnxFe2O4 phương pháp đồng kết tủa đơn giản thông qua giai đoạn thủy phân từ từ cation kim loại nước nóng trước (t° > 90 °C), sau để nguội thêm tác nhân kết tủa dung dịch KOH 10-4 M điều chỉnh lượng KOH thêm vào cho dung dịch nước lọc sau thêm KOH đạt giá trị pH = 7,5 nhằm hạn chế hòa tan Zn(OH)2↓ [9] Việc thủy phân từ từ cation kim loại nước nóng trước để nguội tạo thành mầm kết tủa bền hạn chế lớn lên kích thước hạt so với kết tủa nhiệt độ phịng Theo tài liệu tìm kiếm, có cơng trình nghiên cứu vật liệu nano spinel CoFe2O4 pha tạp Zn, Ce chưa có nghiên cứu pha tạp Yttrium đồng thời chưa thấy cơng trình công bố sử dụng phương pháp đồng kết tủa nêu để tổng hợp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc đặc trưng từ tính hệ vật liệu nano spinel CoFe2O4 Từ lí trên, em chọn đề tài “Tổng hợp vật liệu nano spinel CoFe2O4 CoFe2O4 pha tạp Yttrium phương pháp đồng kết tủa” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Kết XRD vật liệu CoFe2-xYxO4 (x=0; 0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C thể hình 3.6, ngồi vạch phổ đặc trưng cho cấu trúc ferrite spinel mẫu vật liệu pha tạp yttrium xuất peak tạp chất (*), báo cáo trước quan sát thấy peak nồng độ yttrium mẫu tăng cao [34], [35], phạm vi khóa luận em chưa thể giải thích Điều cho thấy tất mẫu x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5 khơng hồn tồn đơn pha pha tạp không thành công vào vật liệu CoFe2O4 Các đặc điểm XRD mẫu CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C tóm tắt bảng 3.2 Bảng 3.2 Thơng số cấu trúc tinh thể vật liệu CoFe2-xYxO4 (x=0; 0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C Mẫu x Độ bán rộng (FWHM) Góc 2θ (°) mặt mạng (311) Kích thước tinh thể (nm) a (Å) 0,1 0,15 0,3 0,5 0,299136 0,307008 0,281424 0,307008 0,230256 35,58935 35,55253 35,56807 35,63467 35,71585 27,58 26,87 29,31 26,88 35,84 8,3445 8,3648 8,3648 8,3648 8,3648 Các thông số thu bảng 3.2 cho thấy có mặt yttrium khiến cho số mạng a tăng lên tương ứng 8,3445Å 8,3648 Å, cho x = x = 0,1 Điều phù hợp với khác biệt bán kính ion ion Co2+ (r ≈ 0,82Å), Fe3+ (0,67Å) Y3+ (r ≈ 0,95Å) Kích thước tinh thể tính theo cơng thức (2.6) bảng 3.2 cho thấy với mẫu x=0 (d = 27,58 nm) x=0,1; 0,15; 0,3 có d = 26,87 nm; 29,31 nm; 26,88 nm Từ ta nhận thấy việc tăng thêm nồng độ yttrium pha tạp khơng làm cho kích thước tinh thể thay đổi lớn 3.1.3 Kết phân tích SEM, TEM Để quan sát hình thái kích thước hạt vật liệu nano, tiến hành đo SEM TEM mẫu CoFe2O4 CoFe1,7Y0,3O4 nung 800°C (hình 3.7) 37 Hình 3.7 Ảnh SEM (a) TEM (b) mẫu CoFe2O4 TEM (c) mẫu CoFe1,7Y0,3O4 nung 800°C Từ kết hình 3.7 (a), (b) cho thấy, hạt rời rạc thu có kích thước dao động khoảng 15 – 35 nm, tinh thể nano CoFe2O4 có kích thước hình dạng tương đối đồng đều, hình cầu nối với thành chuỗi Kiểu liên kết thành chuỗi tương tác hạt kim loại có từ tính với nhau, chùm hạt kéo dài dẫn đến làm tăng tính dị hướng từ tinh thể ảnh hưởng đến tính chất từ vật liệu nano spinel CoFe2O4 tổng hợp Hình dạng kích thước mẫu CoFe1,7Y0,3O4 thể qua ảnh TEM (hình 3.7.c) Hình cho thấy CoFe1,7Y0,3O4 có dạng tựa cầu, đều, kích thước dao động từ 30 – 60 nm Các hạt có khuynh hướng kết tụ lại với thành chùm hay đám hạt nano Như vậy, hình thái kích thước hạt pha tạp Y CoFe2O4 lớn so với CoFe2O4 tinh khiết Kích thước lớn so với tính tốn phương trình Debye-Scherrer Điều phương trình DebyeScherrer tính gần tính cho hạt sơ cấp, cịn chụp TEM có ảnh hạt thứ cấp (do kết tụ hạt sơ cấp) 38 3.1.4 Kết phân tích EDX Mẫu CoFe2O4 CoFe1,7Y0,3O4 nung 800°C xác định thành phần thông qua phép đo phổ EDX Kết EDX hình 3.8 – 3.9 bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết EDX mẫu CoFe2O4 CoFe1,7Y0,3O4 nung 800oC Mẫu Nguyên tố Y Co Fe O Lý thuyết % khối lượng CoFe2O4 Thực nghiệm Lý thuyết CoFe1,7Y0,3O4 % khối lượng Thực nghiệm Element Weight% Atomic% O K 22.87 51.31 Fe K 51.02 32.79 Co K 26.11 15.90 Totals 100.00 25,11 47,66 - 27,23 26,11 51,02 - 22,87 24,09 38,87 10,91 26,13 23,67 39,13 11,96 25,24 Hình 3.8 Phổ EDX mẫu CoFe2O4 nung 800oC 39 Hình 3.9 Phổ EDX mẫu CoFe1,7Y0,3O4 nung 800oC Từ kết thu rút kết luận sau: - Mẫu vật liệu CoFe2O4 chứa nguyên tố Co, Fe O; không lẫn tạp chất Phần trăm khối lượng nguyên tố giống với công thức dự kiến ban đầu - Đã tổng hợp CoFe1,7Y0,3O4 phản ứng đồng kết tủa thông qua giai đoạn thủy phân muối nước sôi với tỉ lệ mol [Co2+]:[Fe3+]:[Y3+]=1:1,7:0,3 Nhiệt độ nung 800°C - Vật liệu thu chứa nguyên tố Co, Fe, Y, O không lẫn tạp chất Kết chứng minh cho tồn Yttrium mẫu vật liệu thu có độ tinh khiết cao 3.1.5 Kết phân tích UV-Vis Ở nhiệt độ phòng, phổ UV-Vis phương pháp trực tiếp đơn giản để thăm dò cấu trúc vật liệu xác định lượng vùng cấm quang Phổ UV-Vis hấp thụ mẫu CoFe2O4 nung 700, 800, 900°C trình bày hình 3.10 Từ hình 3.10a cho thấy, vùng ánh sáng tử ngoại (200 – 400 nm) khả hấp thụ ánh sáng mẫu CoFe2O4 700oC lớn 800oC 900oC tương đương Trong vùng ánh sáng khả kiến (400 – 750 nm) khả hấp thụ ánh sáng mẫu CoFe2O4 tương tự vùng tử ngoại Còn vùng ánh sáng hồng ngoại (750 – 1000 nm) khả hấp thụ ánh sáng mẫu CoFe2O4 700oC lớn giảm dần từ 800oC đến 900oC 40 Vẽ đồ thị (αhν)2 theo hν Đường thẳng tuyến tính qua điểm uốn đường cong cắt trục hoành, giá trị hoành độ điểm cắt lượng vùng cấm [14] Hình 3.10 (a) Phổ UV-Vis mẫu CoFe2O4 nung nhiệt độ khác - Đồ thị Tauc mẫu CoFe2O4 nung nhiệt độ (b) 700oC, (c) 800oC, (d) 900oC Năng lượng vùng cấm mẫu CoFe2O4 700oC (1,71eV) giảm so với hai mẫu CoFe2O4 800oC 900oC (1,85 eV 1,89eV) Điều cho thấy lượng vùng cấm hạt nano CoFe2O4 bị ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu Giá trị lượng vùng cấm tăng nhiệt độ lớn Giá trị lượng vùng cấm mẫu CoFe2O4 700oC 800oC (1,71 eV 1,85 eV) bé so với giá trị tương ứng cơng trình [22] điều chế phương pháp đốt cháy gel (1,90 eV 2,03 eV) Điều cho thấy độ hấp thụ 41 quang vùng khả kiến mẫu CoFe2O4 điều chế đề tài cao so với cơng trình [22] cơng bố tính chất quang tốt Với lượng vùng cấm xác định, vùng hấp thụ quang nhiệt độ 700oC, 800oC 900oC 725 nm, 670 nm 656 nm Tính chất quang CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nghiên cứu phương pháp UV-Vis Hình 3.11 cho thấy, bờ hấp thu quang CoFe1,7Y0,3O4 chuyển dịch nhẹ sang vùng ánh sáng khả kiến so với CoFe2O4 tổng hợp điều kiện Năng lượng vùng cấm CoFe1,7Y0,3O4 xác định 1,32 eV – tương ứng với vùng hấp thu quang có bước sóng 939 nm bé so với CoFe2O4 (1,85 eV) Kết chứng tỏ độ hấp thụ quang tăng cường có mặt Y3+, pha tạp Yttrium làm thu hẹp lượng vùng cấm làm thay đổi tính chất quang vật liệu CoFe2O4 Năng lượng vùng cấm giảm số ion Y3+ thay vị trí ion Fe3+ gây khuyết tật mạng lưới CoFe2O4 Hình 3.11 (a) Phổ UV-Vis mẫu CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C, (b) Phổ UV-Vis mẫu CoFe2O4 CoFe2-xYxO4 nung 800°C 42 Hình 3.12 Đồ thị Tauc mẫu CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) nung 800°C 3.1.6 Kết phân tích từ tính từ kế mẫu rung Kết khảo sát tính chất từ mẫu phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) cho ta thấy sản phẩm CoFe2O4 thu nung nhiệt độ 700°C, 800°C 900°C (hình 3.13 bảng 3.4) có lực kháng từ (Hc) lớn nằm khoảng từ 1033,689 Oe đến 1124,178 Oe; độ bão hòa từ Ms nằm khoảng 97,824 -122,965 emu/g độ từ dư Mr khoảng 39,423-52,875 emu/g Bảng 3.4 Các đặc trưng từ tính mẫu CoFe2O4 nung nhiệt độ khác Nhiệt độ nung 700 oC 800 oC 900oC Kích thước hạt (nm) 22,07 27,58 88,27 1124,178 1085,640 1033,689 Ms (emu/g) 97,824 105,488 122,965 Mr (emu/g) 39,423 48,102 52,875 Hc (Oe) 43 Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu CoFe2O4 nung (a) 700oC, (b) 800oC, (c) 900oC, (d) 700 oC, 800 oC, 900 oC Từ bảng số liệu đặc trưng từ tính đồ thị đường cong từ trễ ta thấy nhiệt độ nung mẫu tăng lên giá trị lực kháng từ Hc giảm xuống Điều giải thích ảnh hưởng kích thước hạt tới lực kháng từ (Hc) Khi nung nhiệt độ cao, tinh thể hoàn thiện, giảm dị hướng tinh thể, xu hướng giảm lượng tự do, giảm khuyết tật mạng lưới, làm Hc giảm xuống Các giá trị đặc trưng từ tính 700oC cho thấy độ từ dư Mr = 39,423 emu/g, lực kháng từ Hc = 1124,178 Oe, độ bão hòa từ Ms = 97,824 emu/g lớn so với giá trị tương ứng cơng trình [7] điều chế phương pháp đồng kết tủa (Mr = 29 emu/g, Hc = 1089 Oe, Ms = 67,5 emu/g) Bột nano CoFe2O4 nung nhiệt độ 700 oC, 800 oC, 900 oC có độ từ hóa cao bền, đồng thời giá trị lực kháng từ lớn (> 100 Oe) nên kết luận vật liệu từ cứng ứng dụng nam châm hoạt động nhiệt độ cao, nam châm vĩnh cửu, môi trường ghi từ cho đĩa cứng… 44 3.2 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Trên sở nội dung nghiên cứu kết thu đề tài, kết luận sau: - Tổng hợp thành công vật liệu spinel CoFe2O4 CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3; 0,5) phương pháp đồng kết tủa thông qua giai đoạn thủy phân cation Co2+, Fe3+ Y3+, nước nóng (t°>90°C), sau để nguội thêm tác nhân kết tủa NaOH 5% - Vật liệu nano đơn phase spinel CoFe2O4 thu sau nung kết tủa môi trường áp suất khơng khí từ nhiệt độ phịng đến 700, 800 900°C cho thấy có cấu trúc lập phương, số ô mạng lập phương CoFe2O4 ~ 8,3445Å, kích thước tinh thể 27,58 nm (800°C, theo XRD), kích thước hạt ~ 35 nm (theo TEM), có độ tinh khiết cao có khả hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến (Eg = 1,85 eV) - Đối với mẫu vật liệu nano CoFe2O4: Hc giảm theo chiều tăng nhiệt độ nung, cịn Ms lại tăng Khi nung nhiệt độ cao (900°C), spinel nano CoFe2O4 thuộc vật liệu từ cứng (Hc = 1033,689 Oe; Ms = 122,965 emu/g; Mr = 52,875 emu/g) - Vật liệu nano CoFe2-xYxO4 (x=0,1; 0,15; 0,3) thu sau nung kết tủa mơi trường áp suất khơng khí từ nhiệt độ phịng đến 800°C cho thấy có cấu trúc lập phương, số ô mạng lập phương CoFe2-xYxO4 ~ 8,3648Å, kích thước 26,87 - 29,31 nm (theo XRD), kích thước hạt ~ 60 nm (theo TEM), có độ tinh khiết cao lượng vùng cấm (Eg = 1,31-1,35 eV) giảm so với CoFe2O4 làm thay đổi tính chất quang Vì thời gian nghiên cứu đề tài hạn chế nên em chưa thể nghiên cứu sâu đề tài Nếu có hội học tập nghiên cứu tiếp tục, em phát triển đề tài theo hướng như: - Nghiên cứu ảnh hưởng pha tạp Yttrium đến đặc trưng vật liệu nano spinel CoFe2O4 phương pháp đồng kết tủa - Nghiên cứu đặc trưng từ tính vật liệu nano pha tạp CoFe2-xYxO4 nhiệt độ khác nhiệt độ khác 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Anh Tiến, Hoàng Thị Tuyết, 2015, Tổng hợp, cấu trúc từ tính vật liệu nano CoFe2O4 phương pháp đồng kết tủa, Tạp chí Hóa học, 53(4), 441-444 [2] Nguyễn Anh Tiến, Nguyễn Thị Hợi, 2018, Ảnh hưởng hàm lượng pha tạp kẽm nhiệt độ nung lên cấu trúc tính chất từ vật liệu nano spinel Co1-xZnxFe2O4 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa, Tạp chí phát triển Khoa học Cơng nghệ chuyên san Khoa học Tự nhiên, tập 2, số 3, 85-93 [3] Lưu Minh Đại, Nguyễn Thị Tố Nga, 2010, Nghiên cứu tổng hợp CoFe2O4 kích thước nanomet phương pháp đốt cháy gel, Tạp chí Hóa học, 48(4), 404-408 [4] Nguyễn Tiến Đạt, 2016, Nghiên cứu tổng hợp khảo sát đặc trưng vật liệu nano spinen Ni1-xCoxFe2O4 phương pháp đồng kết tủa, Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [5] Phạm Thị Hồng Hoa, 2019, Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc tính chất hệ hạt nano CoFe2O4 phương pháp thủy nhiệt, Luận văn Thạc sĩ, Học viện Khoa học Công nghệ [6] Nguyễn Thị Kim Yến, 2013, Nghiên cứu tổng hợp khảo sát cấu trúc, tính chất vật liệu nano NiFe2O4, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [7] Vũ Đình Ngọ, 2012, Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc tính chất coban ferit niken ferit cấp hạt nano, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội [8] Ngụy Hữu Tâm, 2004, Công nghệ nano trạng, thách thức siêu ý tưởng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [9] Quách Văn Tuấn, 2018, Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nước, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam [10] Phan Thị Phương, 2018, Tổng hợp tính chất quang vật liệu ZnAl2O4 pha tạp Ce3+, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [11] [12] [13] [14] Tài liệu tiếng Anh Alves, T E P., Pessoni, H V S., & Franco Jr., A, 2017, The effect of Y3+ substitution on the structural, optical band-gap, and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles, Physical Chemistry Chemical Physics, 19(25), 16395-16405 Ekaphan Swatsitang, Sumalin Phokha, Sitchai Hunpratub, Brian Usher, Atipong Bootchanont, Santi Maensiri, Prinya Chindaprasirt, 2016, Characterization and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles, Journal of Alloys and Compounds, 664, 792-797 G B Sergeev, 2001, Utxpekhi khimii, 70(10), 915-933 Habibi, M H., & Parhizkar, H J., 2014, FTIR and UV–vis diffuse reflectance spectroscopy studies of the wet chemical (WC) route synthesized nanostructure CoFe2O4 from CoCl2 and FeCl3, Spectrochimica Acta Part A: 46 Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 127, 102-106 [15] K.J Klabunde, 1994, Free Atoms, Clusters and Nanoparticles, Academic Press, San Diego [16] Min Shi, Ruzhong Zuo, Yudong Xu, Yunzhi Jiang, Guiyang Yu, Hailin Su, Jiagang Zhong, 2012, Preparation and characterization of CoFe2O4 powders and films via the sol–gel method, Journal of Alloys and Compounds, 512, 165– 170 [17] Ru Zhang, Li Suna, Zhenduo Wang, Wentao Hao, Ensi Cao and Yongjia Zhang, 2018, Dielectric and magnetic properties of CoFe2O4 prepared by solgel auto-combustion method, Materials Research Bulletin, 98, 133-138 [18] Yeong Il Kim, Don Kim, ChoongSub Lee, 2003, Synthesis and characterization of CoFe2O4 magnetic nanoparticles prepared by temperature-controlled coprecipitation method, Physica B, 337, 42–51 [19] Chen R., Michael G.C, Polina A, 2013, Maximizing Hysteretic Losses in Magnetic Ferrite Nanoparticles via Model-Driven Synthesis and Materials Optimization, American Chemical Society, 7, 8990–9000 [20] Hai-Yan He, 2013, Structural and Magnetic Property of Co1-xNixFe2O4 Nanoparticles Synthesized by Hydrothermal Method, International Journal of Applied Ceramic Technology, 11(4), 626-636 [21] Tien A Nguyen, Vinh N.T Pham, Hanh T Le, Diem H Chau, V.O Mittova, Linh T Tr Nguyen, D.A Dinh, T.V Nhan Hao, I Ya Mittova, 2019, Crystal structure and magnetic properties of LaFe1-xNixO3 nanomaterials prepared via a simple co-precipitation method, Ceramics International [22] Nguyen Thi To Loan, Nguyen Thi Hien Lan, Nguyen Thi Thuy Hang, Nguyen Quang Hai, Duong Thi Tu Anh, Vu Thi Hau, Lam Van Tan, and Thuan Van Tran, 2019, CoFe2O4 Nanomaterials: Effect of Annealing Temperature on Characterization, Magnetic, Photocatalytic, and Photo-Fenton Properties, MDPI Processes 2019, 7, 885 [23] Ghulam Nabia, Waseem Raza, Muhammad Arshad Kamran, Thamer Alharbi, Muhammad Rafique, Muhammad Bilal Tahir, Sajad Hussain, N.R Khalid, Qurat ul-Aain, Nafisa Malik, Rashid S Ahmeda , CB Cao, 2020, Role of cerium-doping in CoFe2O4 electrodes for high performance supercapacitors, Journal of Energy Storage, 29, 101452 [24] Li, C.-J., Wang, J.-N., Wang, B., Gong, J R., & Lin, Z , 2012, A novel magnetically separable TiO2/CoFe2O4 nanofiber with high photocatalytic activity under UV–vis light, Materials Research Bulletin, 47(2), 333–337 [25] Palanivel, B., Mudisoodum perumal, S devi, Maiyalagan, T., Venkatesan, J., Ayyappan, C., & Alagiri, M., 2019, Rational design of ZnFe2O4/g-C3N4 nanocomposite for enhanced photo-Fenton reaction and supercapacitor performance, Applied Surface Science, 143807 [26] Li, J.-Q., Sun, Y.-H., Huang, M.-X., & Nan, J.-M., 2019, Mesoporous CuFe2O4/CuO and reduced-graphene oxide composite anodes mediated by Prussian blue analogues and different surfactants for advanced lithium storage applications Journal of Alloys and Compounds, 788, 690–700 [27] Khan, M Z., Gul, I H., Anwar, H., Ameer, S., Khan, A N., Khurram, A A., Mumtaz, M., 2017, Massive dielectric properties enhancement of 47 [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] MWCNTs/CoFe2O4 nanohybrid for super capacitor applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 424, 382–387 K Hola, Z Markova, G Zoppellaro, J Tucek, R Zboril, 2015, Tailored functionalization of iron oxide nanoparticles for MRI, drug delivery, magnetic separation and immobilization of biosubstances, Biotechnol Adv., 33, 1162 1176 Franco, A., Pessoni, H V S., & Alves, T E P.,2017, Enhanced dielectric permittivity on yttrium doped cobalt ferrite nanoparticles, Materials Letters, 208, 115–117 K K Patankar, P.S Jadhav, Jyoti Devkar, D M Ghone, S D Kaushik, 2017, Synthesis and characterization of CoFe2-xYxO4 (x = 0.05-0.2) by auto combustion method, AIP Conference Proceedings, 1832 Kurian J, Mathew M J., 2018, Structural, optical and magnetic studies of CuFe2O4, MgFe2O4 and ZnFe2O4 nanoparticles prepared by hydrothermal/ solvothermal method, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 451, 121-130 Akbar Hoseini, S., & Khademolhoseini, S., 2016, Investigation of the structural, optical and magnetic properties of nickel ferrite nanoparticles synthesized through modified sol–gel method Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 27(6), 5943–5947 Singh G, Chandra S, 2018, Electrochemical performance of MnFe2O4 nanoferrites synthesized using thermal decomposition method, International Journal of Hydrogen Energy, 43(8), 4058-4066 Saikia, K K., Haque, S U., Murugesan, G., Kalainathan, S., 2017, Dielectric relaxation in CoFe2−xYxO4 (x=0,2; 0,4; 0,6) prepared by hydrothermal method, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28(9), 65836591 Wu, X., Yu, H., & Dong, H., 2014, Enhanced infrared radiation properties of CoFe2O4 by doping with Y3+ via sol–gel auto-combustion, Ceramics International, 40(8), 12883–12889 48 PHỤ LỤC Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 nung 700oC 49 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 nung 800oC 50 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 nung 900oC 51