Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano perovskite tbfeo3 tổng hợp bằng phương pháp Đồng kết tủa sử dụng tác nhân potassium hydroxi

TS luận văn "Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano Nguyễn Anh Tiền về để perovekie ThFeO› tổng hợp bing phương phip ding kết tủa sử dụng tác nhân nảy chưa được công bổ t

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

NGHIÊN CUU CAU TRUC VA TINH CHAT CUA VAT LIEU

NANO PEROVSKITE TbFeO3 TONG HOP BANG PHUONG

PHAP DONG KET TUA SU DUNG TAC NHAN POTASSIUM

HYDROXIDE

‘Thanh phd Hd Chi Minh, tháng 04 năm 2024

TRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH

O36

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

NGHIÊN CUU CAU TRUC VA TINH CHAT CUA VAT LIEU

NANO PEROVSKITE TbFeO3 TONG HOP BANG PHUONG

PHAP DONG KET TUA SU DUNG TAC NHAN POTASSIUM

HYDROXIDE

Giang viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Anh Tiến

Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Quỳnh ~ 46.01.106.061

“Thành phố Hỗ Chí Minh, tháng 04 năm 2024

Lời đầu tiên, em xin chân thành, trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy đã hướng

dẫn em là PGS TS Nguyễn Anh Tiền Thầy đã

suốt quá trình nại

n tình giúp đỡ, chỉ dẫn em trong

cứu và hon thành bài khóa uận này

Em xin cảm ơn các quý thầy, cô khoa Hóa học đã giúp đỡ và giing dạy những kiến thức mới, bổ ích giúp em hoàn thiện bản thân hơn trong suốt 4 năm học qua

Em cũng xin bày tô lồng biết em đồn với gi đnh, người thân, bạn bè đã là hỗ dựa vững vàng, luôn ủng hộ, giúp đỡ và động viên em

Em kính chúc các thầy, các cô luôn khỏe mạnh và có những bước tiền mới, ạt được nhiều thành công trong sự nghiệp của mình

Em xin tân trọng cảm ơn!

là Chí Mi

‘Thanh ph „ thắng 04 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Lê Ngọc Quỳnh

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cũ tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS luận văn "Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano

Nguyễn Anh Tiền về để

perovekie ThFeO› tổng hợp bing phương phip ding kết tủa sử dụng tác nhân

nảy chưa được công bổ trong bắt kỉ nghiên cứu nào

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2024

“Sinh viên thực hi

Lê Ngọc Quỳnh

Nanohorns carbon, Graphene it lop Lắng đọng hơi hóa học Bin kinh ion A

‘Bin kinh ion oxygen (hay halogen)

Hệ số dung sai

lên tr từ Kim loại chuyển tiếp Nguyên ổ đắt hiểm Methyl orange Rhodamine B Methylene blue Acid fuchsine Congo red Giá tị vùng cắm Lực kháng từ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ THỊ lình 1.1 Vật liệu nano theo chiều không gian

Hình 1.2, Phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Hình 1.3, Cấu trúc vật liệu perovskite

Hình 1.4 Cấu trúc perovskite lip phương lý tưởng (ABO:) Hình 1.5 Cấu trúc tỉnh thể perovskit lý tưởng SfTiO:

Hình L6.(a) Cấu trúc tỉnh th của pcrovslate GbEeO; (với = 0,81), (b) Câu trúc

tinh thé ca perovskite BaNiOs (véi t= 1,13)

Hình 2.1 Dung dịch hỗn hợp 2 muỗi Fe(NOs)s-9H20 va Th(NOs)s6H20 da hoa

tan trong nước cí

Hình 2.2 Khudy dung địch muối trên bếp khuấy từ

Hình 2.3 Nhỏ từng giot hin hop dung dịch muỗi vào cốc nước đã đơn sôi

Hình 24 (a) Để nguội hỗn hợp, (b) Nhỏ từ từ dung dich KOH 5% vao dung dich

Hình 2:5 Sau khi cho dung dịch KOH vào, xuất hiện kết tủa Hình 36 Lọc lắy kết tủa, nữa qua bằng nước và ethanol Hình 2.7 (a) Kết tủa sau khi để khô ở nhiệt độ phỏng, (b) Nghiền mịn kết tủa

thành bột

Hình 2.8 Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Hình 31 Giản đồ chẳng phổ PXRD của vật liệu nano ToFeOs nang & nhigt độ 750°C, 850°C va 950°C trong th

Hình 3.2,

Giản dd FTIR cia miu vit ligu nano ToFeOs nung 750°C trong 1h

Hình 33 Giản đồ ETIR của mẫu vật liga nano ToFeOs nung 6 850°C tong 1h Hình 3.4 Giản đồ FTIR của mẫu vậ liệu nano ToFeOs nung 6 950°C rong th

Hình 3.5 Giản đỏ ig FTIR cia miu vit liệu nano TbPeO; nung 6 750°C

Hình 3.10 Biểu đồ tròn phần trăm nguyên tổ a) Lý thuyết, b) Thực nghiệm

Hình 3.1 Biểu đồ tron ph trầm khối lượng a) Ly huyết b) Thực nghiệm

Hình 3.12 Quang phổ chẳng UV - Vis của mẫu vật liệu nano TbFeO: nung ở nhiệt độ 750°C, 850°C và 950°C trong Th

lình 3.13, Đ thị biéu điển mi quan hệ giữa (ahv)” và hv (eV) của mẫu vật liệu

nano TbFeO; nung ở nhiệt độ 750°C

Hình 3:14, ĐỒ thị biểu diễn mối quan hệ giữa (ahv)” và hự (eV) của mẫu vậtliệu

nano TbEeO; nung ở nhiệt độ 850°C

Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa (dhv)? và hv (eV) của mẫu vậ liệu nano TbfFeO; nung ở nhiệt độ 950°C

Hình 3,16 Đồ thị đo VSM của vật liệu TbFeOs nung ở nhiệt độ 750°C Hình 3,17 Đồ thị VSM cia vật liệu TbFeO; nung ở nhiệt độ 850°C Hình 3.18, Đồ thị VSM của vật liệu TbEeO› nung ở nhiệt độ 950°C

45

Bang 2.1 Thong tin hóa chất

Bang 2.2 Tên dụng cụ

Bang 2.3 Tên thiết bị

jing 3.1 Thông số mạng của giản đồ PXRD của mẫu vật liệu nano ToFeOs

Bảng 32 Thành phần các nguyên tổ trong mẫu vật liệu TbFeO› nung ở 850°C

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TÁT

DANH MUC CAC HINH VE, ĐÔ THỊ

DANH MUC CAC BANG SỐ LIỆU

4 Phương pháp nghiên cứu

5 _ Cấu trúc cña khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN

liệu nano, công nghệ nano

1.2 Giới thiệu vậLliệu nano perovshite và ính chất 1.24, — Tổng quan vé perovskite

2.3.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tỉa X (EDX) 36 23.5 Phuong phép phé hip thu tir ngoai kha kién (UV — Vis) 37

33 K&L qué kinh hiễn vi điện tử truyền qua (TEM) a7

34, Kết quả SEM và phổ tán sắc năng lượng ta X (EDX) 48 3⁄5 - Kết quả phổ hấp thu từ ngoại khả kiến (UV — Vis) 32

1 Tính cấp thiết của đề tài

“rong nhũng năm gần đây, công nghệ kỹ thuật phát triển vật iệu mano được bit đến rộng rãi bởi những tính chất đặc biệt và ứng dụng trong xã hội trên nhiễu lĩnh vực tác cũng với đó, các nghiên cứu về vật iệu này phát iễn một cách nhanh chồng Vật liệu nano rất đa dạng về thành phần, kích thước và có những tính chất hữu ích hắp dẫn Tựa vào đó, các nhà khon học đã nghiên cứu vật lều nano với cúc cầu trúc khác nhau

để tăng khả năng ứng dụng và tính chất của các vật liệu

`V liệu perotete nhận được sự quan tâm và nghiên cứu rộng ri, ứng dụng trong sắc lĩnh vực quang học, quang điện, di ti, tr inh, xe te, cảm biển Các nghiên

giảm kích thước vật liệu perovskite thành cầu trúc nano và kết hợp các ion đấchiểm (RE) tạo nên hiệu quả cải thiện tính chất vật liệu, làm tăng cường hiệu suất và tăng khả năng ứng đụng của vật liệu perovskite [1] Vậtliệu nano với cấu trúc perovskiLe

mở a im năng ứng đụng trong ngành xúc ác, pin nhiên iệu và cảm biển đệ hóa, y sinh,

“rong số đó, ậtiệu nano perovskie TPEcO› có độ ôn định cao nh th hiện được

một số tỉnh năng nhất định như tính dẫn, sắt điện, sắt từ [2| Ngoài ra, cầu trúc nano

ir spin — canted [3] Tin chit ny

cho thấy tiểm năng lớn trong lĩnh vực y sinh học ứng dụng trong và tơ thể

Cho tới nay, vật liệu nano perovskite TbFeOs đã được tông hợp bằng nhiều phương pháp khúc nhau như phương pháp phản ứng pha rắn, phương pháp sơÌ — el, phương, pháp gel polyacrylamide, Các phương pháp trên đều có ưu điểm và một số nhược điểm rêng như quy trình phức tạp tiêu thụ năng lượng nhiễu hay chỉ phí cao 4l bằng phương pháp đồng kết ta [5] thông qua quá thủy phân cation trong nước sôi, sau đó cho tác nhân kết tủa potassium hydroxide vào để tổng hợp các hạt nano 'TbFeOs Phương pháp này với quy trình không quá phức tạp tránh được sự kết tụ và

giảm kích hước hại Đây là một đề ải nghiên cứu mới về phương pháp đồng kết tủa

tổng hợp vậtliêu nan pcrovdkite TBPO› với tác nhân kết tủa chưa được nghiên cứu trước đầy

Dựa vào các ý do trên, để góp phần tổng hợp vật liệu bằng một phương pháp mới

ih chất cũa vật liệu nano

chúng tôi đã thực hiện dé tải “Nghiên cứu cấu trúc và

perovskite ThFeOs ting hợp bằng phương pháp đồng két tia sử dụng tác nhân potas

3 Phạm vỉ nghiên cứu

Các đặc trưng cấu trúc tỉnh thể, tính chất quang học và tử tính của vật liệu nano

bột TPFeO; tổng hợp bằng phương pháp đồng kết ừa trong dung môi nước

-4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tổng hợp vật liệu: phương pháp đồng kết tủa Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc; Nhiễu xạ tia X bột (PXRD), phd hing ngoại biến đổi (FTIR), kinh hién vi điện tử truyền qua (TEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX),

Phương pháp nghiên cứu tính chất: phổ hắp thu ti ngogi kha kién (UV — Vis) va

hệ đo tử kế mẫu rung (VSM)

Phương pháp phân tích, so sánh kết quả thực nghiệm,

5 Cầu trúc của khóa luận tốt nghiệp

“Cấu trúc khóa luận tốt nghiệp bao gầm lời cảm ơn, mục lục, ba chương chính văn, kết luận — kiến nghị và danh mục tải liệu tham khảo

“Chương 1: Tang quan

“Chương 2: Thực nghiệm

“Chương 3: Kết quả thực nghiệm,

1.1 VậLiệu nano, công nghệ nano

Vật liệu nano

Các hạt nano đã tổn tại rong tự nhiên từ rất âu và việc xác định lịch sử chính xác

về các vật thể nano đã được con người sở dụng rất khỏ làm rõ Vào cách đây khoảng

4500 nam, con người đã biết ứng dụng sợi nano amiang tự nhiên để gia cổ kiểm soát

nền gốm Người Ai Cập ở 4000 năm trước đã sử dụng các hạt nano như PbŠ trong công thức nhuộm tóc cổ đại Cho đến năm 1914, thuật ngữ “nanomet"lần đầu tiên được sử

dung bởi Richard Adolf Zsigmondy [6], và hơn nữa thể kỳ gần đây, vật liệu nano mới được nghiên cứu và xác định được vai trỏ quan trong của mình Từ quan điểm khoa đến bước tiền lớn trong lĩnh vực nghiên cứu này Các nghiên cứu có hệ thống của ông

về sự tương tác của ánh sắng với các hạt nano kim loại có thể được coi là sự khởi đầu của hóa học keo hiện đại và tiễn để cho sự xuất hiện của khoa học nano và công nghệ nano |6]

Vat ligu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống hay các tắm, mỏng có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 ~ 100 am, Vật liệu nano đã được tổng hợp bằng nhiều phương pháp để cho ra kích thước nhỏ và thể hiện được các đặc tính cụ thể

để ứng dụng trong công nghiệp, y học

'Vật liệu nano có các đặc tính đặc biệt như "Diện tích bề mặt” với cấu trúc chứa

liện tích bề mặt trên thể tích lớn hơn

nhiều hạt kích thước nhỏ, vật liệu nano có tỷ Ì

10

liệu nano 3 chiều (bulk semiconductor) là chất bán dẫn khối

100 100m 100

100mm ` 100mm

Hinh 1.1, Vật liệu nano theo chiều không gian

"Ngoài ra, vật liệu nano còn được phân loại theo tính chất Vật liệu nano từ tính (Fe:Oy, .) Vat ligu nano kim loai (Au, Ag, Pt, .), vt ligu nano bán din (SiOz, TiO: ++) Va Vat ligu nano oxide (Fess, MnsOs, )

b Công nghệ nano

“Công nghệ nano đề cập đến công nghệ được thực hiện ở cắp độ nano và có các ứng dụng trong thể giới the [8] sin xuất vật liệu các loại ở cắp độ nano

“Công nghệ nano ra đồi đã mở đầu cho sự phát tiễn cia vat liệu nano Khái niệm

cụ thể về công nghệ nano đã được Richard Feynman đưa ra vào năm 1959 Cùng với

iệc phát iển công nghệ kỹ thuật đã thúc đấy nghiên cứu và đổi mới trong lĩnh vực

nh vực đa ngành, với ác tính cht điện, quang, từ nh và cơ bọc rong cấu trú nano, trở thành tiềm năng cho việc mở rồng ứng dụng trong đồi sống CẤu trúc nano cũng có

thể cung cấp giải pháp cho những vấn đ ông nghệ và mỗi trường rong các lĩnh vực xúc tác, y học, chuyển đổi năng lượng mặt rời và xử lý nước [10] Đối tượng nghiên cứu của công nghệ nano là các vật liệu có kích thước nanomet

vũ cích tạo ra vật liệu ấy Phương pháp tổng hợp vật liệu nano có hai cách iếp cận

từ dưới lên (bom — up),

Bulk Material

fo © ©0 © © i Ị c2Elsetosdele

Hình L2 Phương pháp tổng hợp vat liệu nano

“Theo phương pháp tiếp cận từ trên xuống (Top down)

“Với nguyên hị là các hạt kích thước lớn được dùng để tạo các hạt có kích thước nano Phương pháp này bao gồm phương pháp cơ học, quá ình cắt bò bằng laser, phún

xạ và phóng điện hỗ quang

Đối với phương pháp cơ học được dùng để sn xuất hỗn hợp các pha khác nhau một cách hiệu quả, và nó rất hữu ích trong việc sản xuất vật liệu nanocomposite Phương pháp phún xạ là một phương pháp hiệu quả để sản xuất mảng mỏng vật liêu nano Đóng góp với vai r là một quá tình được sử dụng đểsản xuất vật liệu nano thông qua việc bi

IHỊ

ph bề mặt rắn bằng các hạt năng lượng cao như plasma hoặc khí

Phương pháp phóng điện hồ quang được biết đến nhiễu với việc sản xuất các vật

liệu dựa trên carbon, ví dụ như fullerenes, nanohoms carbon (CNH), éng nano carbon,

sử dụng quá tỉnh cất bỏ lsser đễ tạo ra cúc hạt nano km loại quỷ được xem là một

kỹ thuật xanh, vì không cần các chất ôn định hoặc các hóa chất khác [13]

“Theo phương pháp tiếp cận từ dưới lên (BotIom up)

Với nguyên lý ghép các nguyên từ và phân tử thành các cấu trúc vật chất mới

học cao, độ bay hơi, trong quả trình bay ơi cổ sự ôn định tối, không mang tính chất

chất được xem là phủ hợp phải có độ tinh khiết hóa

nguy hiểm, chỉ phí thấp và thời hạn sử dụng lâu di (9),

Đối với phương pháp bình nhiệt và thủy nhiệt xảy ra phần ứng không đồng nhắt thực hiện trong môi trường nước ở điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao xung quanh điểm tới hạn trong bình kín hình thành nên các vật iệu cổ ấu trúc nano Phương pháp này được dùng để sản xuất vật liệu với các hinh dang nano khác nhau, chẳng hạn như dây

nano, thanh nano, tắm nano và quả cầu nano [14]

Phương pháp sol — gel là phương pháp thường thấy, được sử dụng để phát tiền các loại vật liệu nano dựa trên oxide kim loại chất lượng cao Phương pháp này được sợi là phương pháp sơl-gel vì rong quá tình tổng hợp các hạt nano oxide kim lại tiền chất lòng được chuyển thành sol và sol cuối cùng được chuyển đối thành cầu trúc mạng được gọi là gel [15]

“Còn với phương pháp mielle đảo với lõi của các me ngược hoạt động như một lò phản ứng nano để tổng hợp các hạt nano Kích hước của ác lò phần ứng nano này có thế được kiểm soát bằng cách thay đối ỷ lệ nước trên chất hoạt động bỀ mặt, có

Š gây ảnh hưởng đến kích thước của các hạt nano được tổng hợp thông qua phương,

1B

ng thitechinh cho tit ca cde hop chit perovskite Ia ABXs trong d6 A vi B la

cc cation (vi ban kinh ion cia A và B khác nhau) và X thing bi oxygen nhumg cing

có thé 1a sulfate, nitrate va céc halogen e6 bin ion Tom nhue la F và CL Voi hai logi anion (halogen va oxide) khéc nau két hop cing cdc cation kim loại khác nhau tạo thành perovskites halogen và perovskites oxides

Perovskites oxides chứa được hầu hết cá ion kim logi trong bảng tuần hoàn và có các đặc ính khác nhau như đẫn ion, chất điện môi, cùng nhiều ứng dụng rộng rãi

trong lĩnh vực vật lý và hóa học [18]

1.2.2 Cấu trúc

Cae vat ligu perovskite có cầu trú chung li ABX; trong dé A va B la cdc cation

và một anion X lign kt vi ca hai Ton A fa nguyén t6 nhém Lanthanoids hay kim loại kiểm thổ (như K, Na, Ca, Sr, Ba, Pb, Bi, Y, La, ) B là các kim loại chuyển tiếp họ d' (như Ti, Nb, Ta, Mn, Fe Co, Ni, ) Các nguyên từ A sẽ có bán kinh lớn hơn nguyên từ

B và vị A, B có thể được thay thể bằng bắt kỳ kim loại hay bản kim loại nào trong

bảng tuẫn hoàn [1S] Nguyên tử B có số phối trí là 6, nguyên tử Ä có số phối t là 12

a Chu tric tinh thé perovskite If tung ABOs

Cie perovskite oxides 6 dang lý tưởng có cấu trúc tỉnh thể hình lập phương với các thông số mạng a = b = e và ư J =y = 90°, Khi ở nhiệt độ thấp có thể xây ra một vải

sự chuyển pha [18] Cấu trúc được đặc trưng của perovskitelý tưởng không phải CaTiO

mà là S/TiOs (với tham số mạng: a = 0.3905 nm)

Hình 1.5 Cấu trúc tỉnh thể perovskite lý tưởng SrTiOs

Số phối tí Tí: 6 (bất điện), O: 6 (bát điện)

Nguyên tử Tỉ nằm ở các góc và nguyên tử Sr ở tâm của khối phương Oxygen

av2

Tỉ — 0:2 ~ 0:5 = 0,1952 = 0/1952 nm; S nm; Sr — 0:°5= = 0,2761 2761 nm; TSS = 03382 Ti-St ai 0,3382 nm

b Cấu trú tỉnh thể và sự biển dạng mang tinh thé perovskite Cau trie perovskite doe bit li rt linh host vi cdc ion A và B có thể thay đổi dẫn đến có một sổ lượng lớn các hợp chất đã biết đều có cấu trúc perovckie hoặc các cầu trúc liên quan Liễu hết perovsiite đều bị biến dạng và không có cấu trúc hình khối lý tưởng [20]

"Nguyên nhân gây ra hiện trợng biển dạng ở hầu hỗ! các trường hợp là do một số yên

tổ tác động lên cầu trúc, Ba yếu tổ chỉnh đã được xác định là hiệu ứng kích thước, độ lệch của bố cục lý tưởng và hiệu ứng Jahn ~ Teller

“Trong trường hợp lập phương lý tưởng trục mạng a vỀ mặt hình học có đến bán kính ion (Fạ rg và rx} [20],

quan

+< 1: kết quả bát điện sẽ nghiêng để lắp diy không gian

{1 (đo bản kính ion A lớn hay bản kính ion B nhỏ) thì các biến thể lực giác của cầu trú perovekits sẽ ấn định (chẳng hạn như BaNiO,) Trường hợp này, các lớp xếp chật

cược xếp chồng lên nhau theo kiểu lạc gic tri ngược với lập phương được tìm thấy ở sắn trú perovskite ly tudng [20]

9116 < L<0 96: cấu trie tre thoi (orthorhombic)

1.96 < t< 1: cấu trú lập phương (cubic)

Nếu gi hip sé Lam giảm ính đối xứng của cấu trú tỉnh thể, Ngoài ra, các hợp chit st tr cdu tri perovskite din hinh nh: BaTiOs, NaNbOs, KNbOs, céc hop chất như GaFeOs kết tỉnh dạng trực thơi và LaCoO: hình thoi Cu trú tỉnh thể perovskite

cđễ biển dạng khi có tác động ngoại lực nên chúng được ứng dụng trong các loại gốm áp, điện, siêu dẫn

"Trong luận văn này, với bán kính các ion Tbˆ*, Fe'* và O* lẫn lượt là 1,24 Ã,

@ ) Hình L6 (e) Cu tie tinh thé cia perovskite GbEeO; (với t= 0.81), (b) Cấu rúc tỉnh thể của perovalile BaNÍO; (với t= 1,13) 1.23 Tính chất đặc trưng của nhóm vật liệu perovskite

“Tổng hợp perovskite đa thành phẫn bằng cách thay thể một phẫn eaion ở vị tr A và

B tạo ra nhiễu loại hợp chất có tính chất đặc biệt như tính chất điện mỗi, ính chất quang học, tính sắt điện, tính siêu dẫn, tính áp điện, tính đa sắt, tỉnh kháng từ không lồ (CMR))

và hoạt tỉnh xúc tác, [18]

“Tính chất điện môi à vậ liệu mã trưởng tĩnh điện có th tổn tại trong thời gian đài

Perovskite được khảo sát có độ linh hoạt hóa học cùng với hing số điện môi cao và độ mắt điện môi thấp [22

Với tính chất quang học, perovskites đã cung cấp loại vật liệu rit đặc biệt với đặc

tính quang học và phát quang tuyệt v Potassium tantalate niobate là perovskite oxides

có hàm lượng lớn hiệu ứng quang điện ở nhiệt độ phỏng [18]

‘Tinh chit sắt điện là hiện tượng xây ra kh một điệ trường ngoài ác dụng lên một

số vật liệu dẫn đến sự phân cực điện tự phát Khi kết hợp các yêu tổ RE vào cấu trúc

mạng tỉnh thé cia perovskite Kim giảm kích thước tỉnh thể và biển dạng của mạng tinh thể, giúp ỗi ưu hóa hiệu suất sắt điện [1] Các nghiên cứu tính sắt điện tong vật i perovskite BaTiO; với hằng số điện môi tương đối, tỉnh thé ở nhiệt độ phòng và không

có sự phân cực [23]

Logi ef trie perovskite oxide mang lại sự tuyệt vời cho khung cầu trúc do sự tổn tại của tính siêu dn, Perovskite su din nh La = Ba ~ Cu ~ O và nhiề loại khác

Ngoài ra, cấu trúc perovskite có sự kết hợp của các ion 4f ở vị tri A và các ion 3d ở

vị trí B tạo ra các pha dẫn điện [19] Vd: LaCrO: là ứng viên điển hình cho điện cực thy tir MHD

Anh áp điện là một số vật liệu có khả năng tạo rà

điện Một

suất cơ học tác dụng được gọi là á

ố vật liệu áp dig tổng hợp là á

gốm sử có cấu trúe tỉnh thé perovskite Vit ligu perovskite tinh chit áp điện có giá tỉ

ứng dụng khoa học như: bật lửa, cảm biển, micro, cảm biến lực, thiết bị truyền động,

“Tính đa sắt ở vật liệu có tính đặc biệt ở khả năng dùng đồng thời trạng thái từ hóa

và phân cực, được ứng dụng cho các thiết bị bộ nhớ và cảm biển Ngoài ra, vật liệu đa

sit thé higm tính chất sắt tử, tật sắt điện và sắt đân hồi đồng nhất Nhiều chất đa sắt

18 oxide kim loại chuyển tiếp với cấu trúc tỉnh thể perovskite Những vật liệu nảy còn

có tỉnh đa sắt ở nhiệt độ phòng Vd: perovskite bismuth ferrite (BiFeOs) bi bién dang, hình thoi có cả tính sắt từ và sắt điện [18]

Điện trở từ (CMR) là đặc tính đặc biệt của vật liệu chủ yếu là perovskite oxide gốc

Mn, cho phép chúng thay đổi điện trở khi có từ trường

ên cạnh đó, perovskite thể hiện tác dụng xúc tắc đặc biệt và sự ồn định hóa học do

đồ nó bao gồm trong việc xúc tác thay đổi phản ứng Tủy thuộc vào mức linh hoạt trong việc chuyển đổi các trạng thái hóa trị của ion kim loại 3d và diện tich bé mặt chất xúc

Với các thành phần và cấu trúc đa dạng của vật liêu perovskie cùng với những

tinh cl Ất đặc trưng, perovskite được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quang học,

“quang điện, điện tử, từ tính, xúc tác, cảm biến Tuy nhiên, vẫn có một số nhược điểm,

chẳng hạn như hiệu quả thấp (hiệu suất chuyển đổi năng lượng ) và đ

định kém

(chống lại nước, oxygen, tia eye tim, .), hạn chế trong việc ứng dụng thực tế Các

nghiên cứu về việc giảm kích thước vétligu perovskite thin edu trúc nano vả kết hợp sắc lon đắt hiểm (RE) vào ấu trúc tạo nên hiệu quả để cải thiện tính chất vật liệu, giúp

lầm phong phú thêm hiệu suắt và mở rộng khả năng ng dụng của vật liệu [1]

19

được sử dụng rộng rãi trong xe điện, hay thiết bị lưu trừ năng lượng Ngoài ra, vật liệu nano perovskite có tiềm năng lớn trong lĩnh vực truyền thông di déng, dai phát thanh,

truyền hình và công nghệ vi s ng

Thờ vào sự phát quang mạnh trong tính chất quang học, ật liệu này cồn được

sử dụng chế tạo nhăn chống hàng giá, lĩnh vực màn hình và đèn LED, Với tỉnh chất xúc được dùng làm chất xúc ác quang tách nước, loại bỏ các chất ô nhiễm trong môi

trường Tính áp điện được ứng dụng trong ede link vue kiểm tra siêu âm công nghỉ đầu đồ, hình ảnh y t

1.3 - Các phương pháp tổng hợp

1.3.1 Phương pháp gốm truyền thống nano perovskite

Phương pháp niy lâu đồi nhất và được áp dụng rộng rãi cho đến hiện nay Phương pháp gồm tuyền thống xây dựng dựa trên các phản ứng pha tắn ở nhiệt độ cao thường được sử dụng để hu được các vật i u perovskite

'Quy trình (24)

2) Quá trình nghiền, trộn giúp nghién min nguyên liệu cho các chất trong hỗn hợp,

khuếch tân đồng đều và tăng điện tích iếp xúc

(3) Ep viên để tăng độ tếp xúc giữa các chất phản ng

in thin phần của các ngu)

(4) Nung ở nhiệt độ cao vì là thực hiện phản ứng pha rắn, phản ứng không thể thực hiện hoàn toàn nên thường sẽ nung lại lần hai hoặc hơn

Ưu điểm của phương pháp ở việc quy ình lầm khá đơn giản, dễ thực hiện í tốn

kinh pÏ tạo ra được khối lượng lớn vật liệu một cách dễ dàng

"Nhược điểm là do các phản ứng pha rắn nên phải nghi, mài và hạn ch ở tỉnh

không đồng nhất của sản phẩm Trong quả trình giảm kích thước lặp đi lặp lại để có sự

kết hợp của các tạp chất, nhiệt độ gia nhiệt cao và thời gian gia công âu.

Nguyên lắc của phương pháp thủy nhiệt là dùng dung môi nước hay các dung môi khác ở trạng thái siêu tới hạn trong bình kín đẻ tổng hợp nên những sản phẩm mới

với kích thước nanomet từ tiền chat thô ban đầu Những thông số hóa lý trong phương

“Kích thước và cầu trúc hình thái

độ phân ân cao, ác hạ nano cổ kích thước đồng

Nhược điễm là thi gian tổng hợp lâu từ 2h đến 48h [25] 1.3.4 Phương php sol-gel

"Từ năm 1950, một sổ pha peroveki loại nonsiicate ceramies đều tiên được tổng

"hợp bởi ky thuat sol — gel do R Roy tại bang Pennsylvania đã phát triển vào năm 1948 [26] Phuong pháp sol — gel thường áp dụng cho nhiều loại aluminate, titanate và phức hợp các pha caion hỗn hợp và quá trình tổng hợp không cần nhiệt độ cao [19]

Sol i sr phn tin cfc het rn rong chất lòng có đường kính khoảng 1 ~ 100 am và lực tương ác giữa các hạtlà lục Van der Waals Gel i trang thái chất ông và rắn phân tân vào nhau, trong đồ sự ngưng tụ các hạt sẽ tạo thành mạng lưới chất rẫn chứa các thành phần chất lỏng kết dình lạ tạo thành zel

Kỹ thuật sol — gel gm: Các nguyên liệu thô, chẳng hạn như nitrate RE, nitrate kim

loại chuyển tiếp (TM), acid citde, được hồn tan về trộn trong nước, chủng thủy phân

và ngưng tụ để tạo thành một hệ théng sol ổn định Từ soi được xử lý thành gel, sau đó vật liệu nano được hình thành sau khi sấy khô và thiêu kết [27] Các thông số có thể dược kiểm soát trong phương pháp sol - gel bao gồm: nồng độ và loại tiền chất, bản chất của dung môi, pH của dung địch, nồng độ phụ gia (chất xúc tác, chất hoạt động bể init), xi trước và sau nhiệt của vật liệ, và thời gian lão hỗ [28]

Ưu điểm của phương pháp: có thể dùng điều chế perovskite oxide với nhiệt độ hình thành pha cao, hiệu suất tốt và kích thước hạt sau tổng hợp nhỏ, tương đổi đồng đều, Nog i Hin hii vg ano dupe di chứ bằng phương phá này tiểu

độ

tính đồng nhất, khả năng kiểm soát và phân tán, Không đồng nhất hóa học do

thủy phân các chất ban đầu khác nhau, cằn khảo sát nhiễu yếu tổ ảnh hưởng như nồng,

sau đó để khô tự nhiên trong nhiệt 19 phòng khoảng 5 — 7 ngày Sau khi tổng hợp,

ạt thụ được có ích thước nano, mật độ phân bổ đồng đều và độ phần tần cao

p, thiết bị không quá đất

Ưu điểm của phương pháp: Nhiệt độ tổng hợp tt

quy trình dễ thực hiện phù hợp cho việc tổng hợp tại phòng thí nghiệm Kích thước hạt khi tổng hợp được nhỏ, đồng nhất, có độ tỉnh khiết cao Bên cạnh đó có thể kiểm soát

Xích thước hại qua chỉnh tỷ lệ tiễn chất, độ pH của dung địch, 1á, h hình nghiên cứu và tổng hợp vậ 1 nano perovskite ThFeOs

‘Nam 2013, H Yang và công sự nghiên cứu các hạt nano THFeOs loai perovskite được tổng hợp thông qua phương phép gel polyacrylamide Quan sát kết quả SEM cho thấy các hạt có bình dạng cầu, khá đồng đêu và có kích thước trung bình S0 mm Giá trị vũng cắm quang học của vật liệu nhận được từ phép đo phổ hắp thy UV — Vis la 1,98

sự phân hủy các loại thuốc nhuộm hữu cơ khác nhau bao gdm methyl orange (MO) Rhodamine B (RhB), methylene blue (MB), cid fuchsine (AF) và congo red (CR) dưới Đức xạ ánh sắng khả kiến, Hiệu suất quang x túc phụ thuộc vào loại thuốc nhuộm và hiệu suất phân hủy cao nhất được quan sát thấy đối với CR [29] Peisong Tang và cộng sự vào năm 2015, nghiên cứu về TbfFeO; các hạt nano được

tổng hợp bằng cách sử dụng Tb.O; và Fe(NO.)»9H-O làm nguyên liệu chính cho guy

({TG - DTA), nhiễu xạ ỉa X (XRD), kính hiển vỉ điện ử quét (SEM) và quang phổ hồng ngoại biến

trưng bằng các phương pháp: phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt vị đổi (FTIR), Két qui XRD và SEM thu được chứng mình cho sự tổng hợp thành công,

2

của TbFeO› đơn pha và kích thước hạt trung bình có đường kính 40 — 100 nm Cấu trúc đơn pha của TbFeO› vẫn được duy tri sau khi nung ở 800°C Thí nghiệm quang xúc tác cho thấy mẫu vậ liệu có hoạt tính quang xúc ác cao trong vùng ánh sáng khả kiến cho quá tình phân hủy methyl da cam [301

Nam 2019, K, D Martinson và cộng sự đã công bổ nghiên cứu về quá trình hình thành tỉnh thể nano terbium orthoferrte (TbFeO,) thụ được bằng kỹ thuật đốt dung địch

cđược nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tỉa X, kính hiễn vỉ điện tử quét, quang phổ

‘Mossbauer “Fe, phan tich hip phụ N; và quang phổ hồng ngoại biển đổi FTIR Tác giả đã chứng minh rằng phương pháp đắt gycine ~ nitrate cho phép họ thu được ThFeO› với ba dạng biển đổi khác nhau: o = TbFeO; trực thoi, h~ TbFeO; lục giác và am — trực thoi và lục giác lần lượt là 29 + 3 và 15 + 2 nm Cơ chế hình thành các dạng cấu trúc khác nhau của tetbium onhoferrite đã được nghiên cứu trên cơ sở hình thái bột nano, diện tích bề mặt cụ thể và kích thước tỉnh th [31] Nam 2020, Pourya Mehdizadch và cộng sự đã đưa kết quả nghiên cứu về cầu trúc nano ThFeO› được chế tạo bằng phương pháp xanh, dơn giản Theo kết quả thu được

khi sử dụng nước cam làm chất hoạt động bề mặt sẽ tạo ra cấu trúc nano TbFeO: rất tỉnh khiết và có độ kết tình cao với hình dạng và kích thước đồng đều Mặt khác, Pe:O, được quan sát là tạp chất khi chất hoạt động bề mặt hóa học như SDS được sử dụng trong quá tình tổng hợp cấu trúc nano TbEeO› (SDS khử ion Fe™ thinh Fe khi có sông siêu âm) Ảnh hưởng của các thông số khắc như nhiệt độ nung loi chất hoạt động

"nghiên cứu trong bài báo Cu trúc nano TEeO› được điều chế để cho hoạt tính quang, xúc tác cao nhất trong điều kiện: nhiệt độ nung 700°C, chất hoạt động b mặt là nước

cam, công suất siêu âm 60 W, thời gian siêu âm 40 phút Ngoài ra, cấu trúc tano TbFeO:

cho thấy hoạt nh xúc tác quang cao hơn trong môi trường acid và nỗng đ

Với sự có mặt của các dung mỗi khác nhau, các sản phẩm khác nhau thụ được bao gồm sắc hạt nano ToFeO> nh khit, Các đặc ính quang học, ừ tính cũa cầu trúc nano Tb —

Fe — O được nghỉ cứu có tác động tích cực đến khả năng lưu trữ hydrogen điện hóa [321

Gần đây nhất, vào năm 2023 Nguyen Anh Tien cùng cộng sự đã công bổ nghi cứu tổng hợp terbium orhoferrite (TbFeO;) bằng phương pháp đồng kết tủa, thu được

tính thể đơn pha TbEeO: trực thoi với nhiệt độ nung 850°C, trong khi 650°C ~ 750°C

Khảo sátthấy côn một lượng nhỏ pha terbium và oxide sắt Khi nhiệt độ nung tăng, kích

'Ở nhiệt độ trú tỉnh thể bị biển dạng của ø ~ ThFeOs quan sắt thấy ở tắt cả các mẫ 850°C miu vật iệu th hiện khả năng hắp thụ ở vũng ánh sáng khả kiến và vũng cắm

"hẹp có tiềm năng ứng dụng rộng rãi Ngoài ra các mẫu tổng hợp được đều có lục kháng

từ và độ từ dư nhỏ thể hiện hành vi thuận từ [33]

Như vậy, có thể thấy vật ligu nano perovskite TbFeOs di vi đang nhận được sự

“quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thể giới Tuy nhiên, việc tổng hợp nano perotsile TBFO, bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giản thông qua sự thuỷ

tủa là dung địch KOH chưa được nghiên cứu [33], [34], [35] 1.5 - Các đặc trưng từtính của vậtliệu

Vật iệu từ tỉnh bao gồm vật liệu sắt từ (ferromagnetic), frit ir (ferrimagnetic)

và phân sắt từ (amtferomagnetic) Độ cảm từ và một số thông sổ như: lực kháng từ HỤ

độ từ hóa bão hòa Mụ, ừ đơ MỤ sẽ đóng vai trồ quan trọng rong xắc định tính chất vật liệu

Lực kháng từ H, là iá tị của từ trường cần đặt vào để tiệt tiêu từ độ (M) hay sảm ứng từ (B) của vật liệu Vật liệu sắt từ được chỉa thành 2 loại dựa vào khả năng từ hóa và khử từ: vật liệu từ cứng và vật liệu từ mm

"Độ từ hóa bão hỏa (M,): khi áp từ trường ngoài H (A/m) vào vật liệu sắt từ, các

miễn có khuynh hướng sắp xếp theo hướng từ trường, khi H đủ lớn, tắt cả các miền sip theo hướng từ trường ngoài, B và M đạt đến gi tị bão hỏa

“Co, Ni, Mn, và các ion đất hiểm RE (RE: Gd, Sm, Tb, Ho, )

ghép đôi, điều này dẫn đến các ính chấttừ tính của vật liệu 1] Ngoài ra, sự từ tính của

từ [36] Đường cong từ hóa

êu nano perovskite có chứa các ion kim loại chuyển tiếp (TM: Fe, eleetron chưa

vật liệu còn là kết quả sự đóng góp của hai mạng ti tinh: mang oxide sit phan sắt từ với

các sgìn được ghép nỗi thông qua cơ chế trao đỗi giữa các ion Fe và

đồng góp thuận từ của các ion La" chưa ghép đổi [37]

26

Giấy cân

4 Máy lọc hút chân không Neuberger

5 May EMPYREAN ~ PANalytical (18 Lan)

6 Mấy EDX H~ 7593 HORIBA (Anh)

1 May FESEM S4300 HITACHI (Nhật Bàn)

8 Quang phố hồng ngoại IR: méy NICOLET 6700 — Hang Thermo

9 May do pho UV — Vis, máy đo UV ~ 2600 hãng Shimadzu, Nhật Bản

10 Thiết bị do tik miu rang (VSM)

2.2 Thue nghigm ting hop vit liu nano perovskite ThFeOs

Như đã phân tích ở trên, trong đẻ tài này phương pháp đồng kết tủa được lựa chọn để

tổng hợp vật liệu nano perovslite TbFeO Các bước thực nghiệm được mô tả dưới đây

trong nude

Bước 2: Cho 650 mL mux ất vào cốc thủy tỉnh 1000 mLL, đun sôi (đậy miệng cốc)

Bước 3: Cho con cả từ vào cốc dung dịch musi Th(NOs)s, Fe(NOs)s va dat len may khuấy từ cho mudi hoa tan hết (Hình 22)

Hình 22 Khuấy dung dịch muổi trên máy khuy từ

2

Bước 4: Rứa sạch, ráng nước buret và đổ dung dịch hỗn hợp 2 muỗi Tb(NO!)›, Ee(NO:)› đã khuấy vào buret

Bước 5: Cho con cá từ vào cốc 1000 mĨ có chứa 650 mĨ nước cắt đã dun sồi và đem sốc đặt lên bàn khuấy nhiệt Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp dung dịch muỗi tiền buret vào sốc 1000 mE (có giấy đậy trên cốc) (Hình 2.3)

Hình 2.3, Nhỏ từng giọt hỗn hợp dung dịch muối vào cốc nước đã đun sôi

(Hình '2.4) Khi nguội, nhỏ từ từ dung địch KOH 5% vào và thứ pH bằng quỷ tím đến pH = 9 Bước 6: Sau khi nhỏ hết dung dịch trên buret, đem cốc đi đun sôi và để ngu

“Cho vào con cả từ và đặt lên máy khuấy tử khuấy trong 4Š phút (Hình 2.5)

Bước 7: Đ lắng, đem hỗn hợp đi lọc, rửa và thủ lấy kết tủa, phơi khô ở nhiệt độ phòng

"Để lắng, đem hỗn hợp lọc, rửa và phơi khô

Hình 2.8 Sơ đồ quy trình thực nghiệm,