Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano trên cơ sở ce fe o bằng phương pháp Đồng kết tủa sử dụng ethanol với tác nhân ammonia

"vực: làm chất quang xúc tác [4], [5] ứng dụng trong xử lý môi trường [6] ; pin mặt rời [7] L0] là một thiết bị hết súc tiềm năng tong xu hướng sản xu vige nim vững cầu trúc, tính chất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO

‘TRUONG DAI HQC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH KHOA HOA HOC

onl ng

E1

Phạm Minh Thư

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

'TỎNG HỢP, NGHIÊN CỨU CAU TRÚC VÀ TINH CHAT

CUA VAT LIEU NANO TREN CO SG Ce-Fe-O BANG PHUONG PHAP DONG KET TUA

SỬ DỤNG |ANOL VOI TAC NHÂN AMMONIA

‘TP Hé Chi Minh, thang 04 nam 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

'TỎNG HỢP, NGHIÊN CỨU CÁU TRÚC VÀ TÍNH CHÁT

CUA VAT LIEU NANO TREN CO SO Ce-Fe-O BANG PHUONG PHAP DONG KET TUA

SU DUNG ETHANOL VOI TAC NHAN AMMONIA

Giang vién hwéng dẫn: PGS TS Nguyễn Anh Tiến

Sinh viên thực hiện: Phạm Minh Thư ~ 46.01.201.124

‘TP Hé Chi Minh, thang 04 nam 2024

XÁC NHẬN CUA GVHD XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG (Kí và ghi rõ họ tên) (Kí và ghỉ rõ họ tên)

LOI CAM ON

“rong bốn năm học lập và rên luyện ti giảng đường đại học, nhờ sự chỉ dạy và giúp

lũy được nhiều kiến thức, kỉ năng để thực hiện khóa luận tốt nghiệp, những điều đồ sẽ giúp ich rắt nhiều cho công việc và cuộc sống của tôi sau này Để tỉ ân những điều đó, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

“Thầy Nguyễn Anh Tiền đã tận tâm hướng dẫn, đưa ra những định hướng thục hiện

đề tải, chia sẻ

thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học, liên tục đốc thúc và động

viên tôi trong quá trình thực hiện khóa luận này

“Thầy, Cô khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Thành phố

day những kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tiễn cho tôi trong quá trình học tập

“Trong luận văn này, tuy đã đảnh nhiều thời gian nhưng do trình độ lý luận cũng như

kinh nghiệm thực tiễn côn hạn chế của một sinh viên nên tôi khó có th tránh khổi

Phạm Minh Thư

LOL CAM DOAN

Toi xin cam đoan luận văn “Tổng hợp, nghiên cứu cầu trú vàtính chất của vật iệu nano

ammonia” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Anh Tiến Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bổ rong bắt

kì công trình nghiên cứu nào

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Phạm Minh Thư

1.2 Cấu trúc tỉnh thể vật liệu nano perovskite 6

1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 7 1.3.1 Phương pháp phán ứng pha rắn 7 1.3.2 Phương pháp sol-gel 8 1.3.3 Phương pháp đồng kết tủa 10 1.4 Tình hình tổng hợp và nghiên cứu vật liệu nano nano trên cơ sở Ce-Fe-O 13

2.2.1 Phương pháp nhigu xa tia X (X-ray diffraction - XRD), a

3/23 Phương pháp kính hiển vi điện từ truyền qua (Transmission electron

miscrocopy - TEM) 20

2.2.5 Phương pháp phổ hắp thu tử ngoại khả kiến (UV-Vis) CHƯƠNG 3 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả nhiễu xạ tia X bột (PXRD) 3.2 Kết quả phố hồng ngoại (FTIR) 3.3 Kết quả kính hiển vỉ điện tử (TEM) 3.4 Kết quả đo từ kế mẫu rung (VSM),

35 Kết quả phố hắp thu tử ngoại khả kiến (UV ~ Vi KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

1 Kết luận

2 Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHU LUC

DANH MYC CAC CHO VIET TAT VA KY HIEU Góc nhiễu xạ tia X

Céng thie chung cua oxide perovskite

“Thông số mạng tỉnh thể

Thể ích ô mạng tỉnh thé

Khoảng cách giữu hai mặt phẳng tỉnh thể

Kích thước tỉnh thể xác định tử nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ tia X bột (Powder X — ray Diffraction) Pho hing ngoại biển đổi Fourier (Fourier ~ transform infrared spectroscopy)

'Từ kế mẫu nung (Vibrating Sample Magnetometer) Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope)

Hap thy ti ngosi (Ultraviolet — visible)

Độ rộng bán phổ của peak nhi’u xa tia X (Full Width at Half

ĐANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỎ THỊ

Hình 1.L Các cấu trúc nano phân loại theo kích thước của vật liệu Hình 1.2, Hạt nano

Hình 1.3 Ông nano

Hình 1.4 Màng nano

Hình 1.8, Cau trie tinh thé perovskite ABO: thuần,

"Hình L6 Sơ đồ khối của phương pháp phản ứng pha rắn

"Hình 2.1 Tóm tắt quy trình tổng hợp vật liệu nano nano Ce-

Hình 2.2 Hiện tương nhiễu xạ tỉa X 18

Hình 2.3 Cấu trúc máy đo quang phổ hồng ngoại Fourier 19

Hình 3.1: Giản đỗ XRD của mẫu vật liệu nano trén co sé Ce-Fe-O tai 750°C va 850°C 23

‘Hinh 3.3: Pho FTIR cia miu vat ligu nano trên co sé Ce-Fe-O & 750°C va 850°C 27

Hình 3.4: Ảnh TEM của vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O ở 750!

Hình 3.5: Đường cong từ trễ của vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O sau Khhi nung 6 850°C

trong Ih, 29

"Hình 3.6: Kết quá chỗng phổ UV ~ Vis của mẫu vật liệu nano Ce-Fe-O khí nung 6 750°C

và 850C, 31 inh 3.7: Dé thj biéu diễn sự phụ thuộc của (aho)!2 vào ho của mẫu vật liệu nano trên cơ

sở Ce-Fe-O ở 75C và 850'C, 32

Bảng I-1 Một số vậtliệu được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa " Bảng 31 Các thông số cầu trúc của mẫu vậtiệu nano CeO2 nung ở 750*C và 850°C 24

Bảng 3.2 Các thông số cầu trúc của mẫu vậtliệu nano Fe:Os nung ở 750°C va 850°C 25, Bảng 3.3 Kích thước hạt CeO: và Fe:O; theo XRD của một số nghiên cứu khác 26

hợp ở750°C và 850°C 27 Bảng 3.5 Kích thước hạt nano theo TEM của vật liệu nano Ce-Ee-O ở một số công trình

của chúng nhằm định hướng ứng dụng trong thyc tin (2 (31

Vật liệu nano perovskite ABO: được nghiên cứu và ứng dụng trong rất nhiều lĩnh

"vực: làm chất quang xúc tác [4], [5] ứng dụng trong xử lý môi trường [6] ; pin mặt rời [7]

L0] là một thiết bị hết súc tiềm năng tong xu hướng sản xu

vige nim vững cầu trúc, tính chất của vậ liệu nano perovskite ABO: sẽ giúp chúng ta có thể khai thác được thêm các ứng dụng khác nhằm phục vụ trong nghiên cứu khoa học cũng

như trong đời sống con người

Đổi với hệ vật liệu nano perovskite ABO: thì đã có rất nhiều tính chất đã được công

từ đối với các vật liệu có chứa sắt (Fe)

bổ và nghiên cấu, rong đồ nỗ bt tf in

Một số vật liệu như LaFeO› hay YbFeO; đã được tổng hợp và nghiên cứu cầu trúc [11],

tính chất từ [12] và ứng đụng liên quan một cách phổ bin thì CeFeO› có phần hạn chế hơn "Ngoài rà vậLliệu nano CeFeO; chưa được tổng hợp bằng phương pháp đồng kí tủa

thông qua giai đoạn thủy phân trong ethanol sôi - một phương pháp có quy trình thực

nghiệm đơn gián, không gây 6 nhiém môi trường và không yêu cầu về trang thết bị đất

độ phân cục của ethanol thấp hơn nước (moment lưỡng cực của nước và ethanol lẫn lượt

là 1.85D và 1,66D [13]) dẫn đến tương tác không đáng kể giữa các cation của Ce (II) và khỏi nhau và tách khỏi dung môi hơn, kết quả nghiền cứu sẽ đáng tìn cậy và chính xác hơn

Trên các cơ sở vừa nêu trên, để tài "Tổng hợp, nghiên cứu cầu trúc và tính chất của

vật liệu nana trên cơ sở Ce-Fe-Q bằng phương pháp đẳng kết tủa sử dụng ethanaol với tác

c định

sôi sử đụng tác nhân kết tũa là dung địch NH;, Vật liêu sau khi tổng hợp sẽ được xí sắu trúc, tính chất quang - từ

2 Mục đích nghiên cứu

“Tổng hợp được thành công vậtiệu nano trên cơ sử Cc-Fe-O bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng ethanol với tác nhân ammoni, xác định các thông số cầu trú và tính chất sửa chúng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đồi tượng nghiên cứu: vật liệu nano bột trên cơ sở Ce-Fe-O bằng phương pháp đồng

kết tủa sử dụng ethanol với tác nhân ammonia

Phạm vi nghiên cứu: các đặc trưng câu trúc tỉnh thể và đặc trưng quang từ của vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fc-O tổng hợp được

4, Phương pháp nghiên cứu

“Tổng hợp vật lệ phương pháp đồng k tủa

Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc: nhiễu xạ tia X bột (PXIRD), phổ hồng ngoại biển đổi (FTIR), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) va phổ tán sắc năng lượng tỉa X (EDX)

Phương pháp nghiên cứu tính chất từ: hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Phương pháp phân tích, so sánh

§ Cấu trúc của khóa lui tốt nghiệp

Khoa luận được trình bảy trong 4 chương chỉnh vin; phin mở đầu, phần thục nghiệm, phần kết luận và kiến nghị Khoá luận được trình bày trong 34 trang, bao gồm 21

hình, 9 bảng, 79 nguồn tải liệu tham khảo

1.1 Tổng quan về công nghệ nano và vật liệu nano

‘Theo Hiệp hội Công nghệ nano Hoa Kỳ (Nanotechnology Initiative ~ NND), công nghệ nano là ngảnh công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng sắc cấu trú, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, ích thước ở quy mô nanomet (1 nm = 10m), tức kích thước nhỏ cỡ nguyên tử, phân từ và siêu phân từ Xăm 1959, các ý tưởng và khái niệm về khoa học nano và công nghệ nano bắt đầu

tử bài nói chuyện của nhà vật lý Richard Feynman (người đoạt giải Nobel Vật lý 1965) trong một cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Học viện Công nghệ California (CalTech) vio 29/12/1959 -ri law trước khỉ thuật ngữ nanotechnology được sử dụng Đây

là giấc mơ sớm nhất về công nghệ nano Qua sự phát iển của kỹ thuật phân tích và công

"nghiệp hóa, các nhà khoa học đã có khả năng nghiên cứu và kiểm soát các vật liệu ở mức nano [16]

`Vào những năm 1970, các nhà khoa học bắt đu đưa ra các ÿ tưởng vỀ công nghệ nano từ nhiều góc độ khắc nhau, Năm 1974, nhà khoa học Donny Guecï lần đầu tiên sử đụng thuật ngữ công nghệ nano đẻ mô tả gia công chính xác

Sự phát tiễn nhanh chóng của công nghệ nano là vào cuối những năm 1980 và đầu

những năm 1990, Đây là thời kỳ khi thuật ngữ "nano" bắt đầu xuất hiện rộng rải trong công đồng khoa học Tại cuộc họp về tải nguyên vật chất và khoa học tại Mỹ năm 1992, nhà khoa học Erie Drexler đã sử dụng thuật ngữ "nanotechnolosy" để mô tả việc kiểm

nano [H7],

“Thập ky 2000 va sau này: Công nghệ nano phát triển mạnh mẽ và lan rộng sang

ế tạo các cầu trúc tại mứ

nhiều lĩnh vực, bao gồm y học, điện tử, năng lượng, và môi trường Nhiều nghiên cứu và

ứng dụng nano trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày [18]

Vật liên nan là một đỗi tượng quan trọng của công nghệ nano, Vật liệu nano là

loại vật liệ trúc các hạt, các sợi, cá

khoảng tir 1 nanomet dén 100 nanomet Thông thường vật liệu nano được phân ra thành tạ, các tắm mỏng, có kích thước đặc trưng,

nhiễu loại, phụ thuộc vào trang thải, hình dạng „ cấu trúc của vật liệu và kích thước của chúng [19]

là vật liệu rắn sau đó mới đến chất liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay cha yé

Mình 1.L Các cầu trúc nano phân loại theo kích thước của vật liệu

“+ Vật liệu nano không chiều: Cả 3 chiều đều có kích thước nano, không còn chiều

tự do nào cho điện tử như đám nano, hạt nano, (Hình I.2)

+ Vat ligu nano một chiều: Là vật liệu trong đó bai chiều có kích thước nano, điện

tữ được tự do trên một chiều như đây nano, ng nano (Hình 13)

-+ Vật liệu nano bai chiều: Là vật liệu trong đó có một chiều có kích thước nano,

"hai chiều tự do như màng mỏng (Hình 1.4)

+ Vật liệu nano ba chiều: Là vật liệu dạng khối được cầu tạo từ các hạt nano tỉnh

thể Vật liêu có cầu trúc nano hay nano composite trong dé chi có một phần của vật liệu

lẫn nhau.

Hình 1.2, Hat nano Hình 1.3 Ong nano Hình 1.4 Mang nano

~ Ngoài ra, người ta còn phân loại các dạng vật liệu nano dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác, nhau của chúng:

-+ Vật liệu nano kim loại;

+ Vat ligu nano bản dẫn;

+ Vật liệu nano từ tính;

+ Vat ligu nano sinh học,

Vit liệu nano dang đi sâu vào đời sống hiện đại và chiếm ý nghĩa rất lớn đối với

inh chi

đời sống của con người nhờ vào cị đặc biệt của chúng ma các vật liệu truyền

thống trước đó không có được Với những đặc tính tu việt đó, vật liệu nano được ứng,

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực [20];

~ Y học và chăm sóc sức khäe: Công nghệ nano đã thúc đẩy sự phát triển của được phẩm

"Nano có thể được chuyển tới vị trí cụ th trong cơ thể để chin đoán bệnh hoặc cung cấp liều thuốc chính xác, Vật liệu nano đang cải thiện chất lượng và hiệu suất của các thiết bị

y tế như bộ cấy ghép, bộ xâm nhập và các cảm biến y

phụ và tăng khả năng tổn tại của bộ cấy Ngoài ra, các cảm biễn nano có khả năng phát

hiện sớm các tác nhân gây bệnh trong cơ thể

~ Năng lượng: Vật liệu nano có khả năng tăng hiệu suất của các thiết bị năng lượng sạch

như pin năng lượng mặt trời và pin lthium-ion Các lớp màng nano có thể tăng khả năng bắp thụ ánh sáng và tạo ra điện từ năng lượng mặt trời Ngoài ra, vật liệu nano cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng tong các pin có khả năng dung lượng cao hơn và thời gian sạc nhanh hơn

~ Vật liệu chống nước và chống dính: Các vật liệu nano đã được áp dụng để tạo ra các

lớp mảng mỏng chống nước và chống dinh trên các bề mặt DiỄu này có thể ứng dụng

nhu mản hình cảm ứng, vi mạch siêu nhỏ và các cảm biến thông minh Các vật liệu nano

số khả năng điều chỉnh dẫn điện, dẫn nhiệt và tương tác với ánh sing, mở ra cơ hội mới cho các thiết bị tên tiền

M trường và xử lý nước: Công nghệ nano có thể được áp dụng để tạo ra các vật liệu hấp thụ ô nhị m và loại bỏ chất độc ổ trong mỗi trường Nó cũng có thể được sử dụng để

ing xử lý nước thái hiệu quả hơn; Các nano vật

cổ thể hấp thụ các hạt bin và vĩ khuẩn trong nước, giúp làm sạch nước một cách an toàn

~ Ngành thực phẩm: Công nghệ nano có tiềm năng tạo ra các vật liệu bao bọc thực phẩm

để tăng tuổi thọ và giữ vị ngon, cũng như để phát triển các thức ăn chúc năng với gi trị đình dưỡng cao,

~ Vậtiệu siêu nhẹ và siêu cứng: Công nghệ nano cung cấp cơ hội để phát triển các vật liệu siêu nhẹ và siêu cứng, có th ứng dụng trong ngành hàng không, vũ trụ và ngành sản xuất công nghiệp

Một trong những loại vậtliệu nano được sử dụng rộng rãi trong thực tế là vật liệu

thể, mấy phát điện, động cơ

điện, máy ghỉ âm, ghi hình [21] Có thể thấy, việc nghiên cứu và phát triển ứng dung

từ Vậ liệu từ được ứng dụng trong các thiết bị như máy biế

của vật liệu từ vẫn là để tài thu hút nhiều sự quan tâm của những người làm khoa học vực của đời sống hơn nữa

1.2 Cấu trúc tỉnh thể vậ liệu nano perovskite

Perovekte là một khoảng chất có công thức phân tử là CaTiOs Khoáng chất này

được phát hiện ở Nga vào năm 1839 và được đặt tên theo nhà khoáng vật học người Nga

Ley Perovski (1792 ~ 1856) Thuật ngữ "cấu trúc perovskile" thường được sử dụng khi (22)

“Trong số các vật liệu từ, vật liệu ferite có cầu trúc lệch perovskite dạng ABOs (A

là kim loại đất hiếm như Y, La, Pr,

Es, Co, Ni, Cr ) được nghiền cứu nhiều đo tính chất tụ việt của chúng [1],

id, Sm, và B là các kim loại chuyển tiếp như Mn,

= 90 Vị trí tâm định của hình lập phương là vị tí của

thường là vị trí cia ion Oxygen va tam của hình lập phương là vị tí của ion B Nghĩa là xung quanh ion

Ôveeinaldo CÔ vuennnlg) — @ vnsano'

Hình 1.5 Cấu trúc tỉnh thể perovskite ABO: thuần 1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano

"Để điều chế vật liệu nano perovekte ABO; có nhiều phương pháp ví dụ như phương pháp pha rắn, phương pháp sol = se, phương pháp đồng kế túa 1.3.1 Phung pháp phản ứng pha rắn

Phan ding pha rin (Solid-State Reacdon) là một quả trình ong đó các chất tham gia phân ứng tạo ra các sản phẩm mới trong trang thi ẫn, thường diễn ra ở nhiệt độ cao Đây là một số phương pháp thường được sử dụng để thực hiện phản ứng pha rắn [25], (26):

phân ứng thành bột mịn rồi kết hợp chúng lại với nhau, Sự tiếp xúc mật độ cao giữa các

ạt bột tạo điều kiện thuận lợi cho phân ứng xảy ra

~ Trộn cơ học (Mechanical Alloying): Trong phương pháp này, các bột kim loại hoặc hợp chit kim loại được trộn cơ học trong một máy nghiỄn cơ học vớ bỉ lăn, Quá trình trộn cơ học tạo ra sự tương tác giữa các hạt và tạo điều kiện cho các phản ứng tạo pha mới

~ Nhiệt a3 cao (High-Temperature Synthesis): Phin img pha rin thường xây nả ở nhiệt độ tạo ra sản phẩm mối

= Bun néng (Melting): Mt số phản ứng pha rắn có thể xây ra bằng cách đun nóng các hạt rắn ở nhiệt độ cao để chuyên chủng thành trạng thái lỏng, sau đó làm nguội để tạo ra sản phẩm rắn mới

~ Sử dụng chit xtc tic (Catalysis): Chất xúc tác có thể được sử dụng để tăng tốc phản ứng

ha rấn bÌng cách giảm nhiệt độ cần tiết hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng

“Có thể mô tả tôm ắt công đoạn của phương pháp như Hình 1ó

và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nhược điểm chính của phương pháp này là nano perovskite ABO: [27] Một số vậtliệu đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp này có thể kể đến như (I-x)BiEeO BaTïO; 28] ,BiEeO› [29], CaTiOs, 130]

1.3.2 Phương pháp sol-gel

Phương pháp sol - gel ra đời từ những năm 1950 ~ 1960 và được phát triển nhanh chóng do có những ưu điểm có thể tổng hợp gốm dưới dạng bột với kích cỡ mïcromet,

cao [31]

Sol la cae hat chất rắn trong cit lng (goi là ung dịch keo), ồn tại với đường kính

ôn định 1 — 5 mm Tính chất của hạt sol phụ thuộc vào kích cỡ của chúng, nhiệt độ và pH sửa dung dịch

Gel la một dạng chất rắn ~ nửa rắn (solid — semi rigide) trong đó vẫn còn giữ dung môi trong hệ chất rắn dưới dạng chất keo Sol tôn ti đến thời điểm mã hạt keo kết tụ lại gel

Precursor: phin tir ban diu tạo nên hạt keo (kim loi hay á kim được bao quanh bởi các phối tử khác nhau, vô cơ hoặc hữu cơ)

Năm 1956, R.Roy cho phép trộn lẫn các chất ở quy mô nguyên tử Phương pháp,

sol — gel có nhiều ưu điểm tiém năng hơn các phương pháp khác không chỉ ở chỗ tạo được

mức độ đồng nhất của các cation kim loại ở quy mô nguyên tử mà côn có thé tạo vật liệu ở đang khối, măng mỏng sợi và hạt Quá trình tổng hợp bằng phương pháp soi ~ gel

thường bao gồm các bước sau [32]

Tiền sử lý (Preparaion): Bắt đầu bằng việc chuẩn bịcác hợp chất hoặc nguyễn

liệu cần thiết Thường, các hợp chất nảy sẽ được hỏa tan trong dụng môi để tạo ra dung dich (so)

Gelation (Gel Formation): Bude tiép theo la Lim cho dung dich sol chuyén thành

trang thi gel, nơi các hạt rắn bắt đầu hình thành trong dung dich long Điễu này có thể

(lating agent) vio dung dich

CChudn bi sin phim (Aging): Gel tạo ra sau đồ cần được "lão hóa" trong một khoảng thời gian để cho phép các quá trình hóa học bổ sung điễn ra Quá trình này thường tạo ra sự cũng rắn hơn và cải thiện tỉnh chất của sản phẩm cuỗi cũng

- Xử lý nhiệt (Drying and Calcination): Sau giai đoạn lão hóa, gel cần được khô hoặc đốt nung để lại bỏ dung mi va tạo ra sản phẩm rắn Quả trình này có thể bao gồm

sự gia nhiệt dưới áp suất thấp hoặc nhiệt độ cao

“Có thể tom tắt sơ đồ phương pháp sol — gel theo sơ đồ sau:

và dung môi ban đầu hoặc kết tủa gel tích khỏi dưng môi

Một số vật liệu dạng ABO; đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp này

in như: LaFeO› [33], BaTiO:, BaZnO: [34] kèm theo đó li các nghiên cứu

sấy khô, nung ở nhiệt độ thích hợp đẻ thu được đơn pha có kích thước nanomet

Hình 1.8 dưới đây là sơ đồ mô tả quy trình điều chế vật liệu nano perovskite bing

XIN nhiệt

Hình 1.8 Sơ đồ mô tả phương pháp đồng kết tủa điều chế vật liệu nano perovskite

Một số vật liệu được tổng hợp thành công bằng phương pháp đồng kết tủa có thể

kể đến những công trình ở bảng dưới đây

Bang 1.1 Mét s6 vat liệu được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa thước

Điện tích bê mặt riêng

úc tác quang

eV, có tiềm năng xúc

HoFeO; 10-23 tác quang, là vật liệu 139]

siêu thuận tử

Phương pháp đồng kết tủa ra đời trên cơ sở khắc phục những nhược điểm va han

chế của phương pháp sol ~ gel hay phan ứng pha rắn Cụ thể phương pháp đồng kết tửa

có những ưu điểm sau:

Nhiệt độ nung thiêu kết thấp, đo đó tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu quá trình mắt mắt do bay hơi, íLô nhiễm môi trường

Tỉnh đồng nhất hóa học của oxide phức hợp tủy thuộc vào tỉnh đồng nhất của kết

tha tir dung dich

Khăn va phic top

Quá tránh nửa kéo theo một cách chọn lọc cầu tử nào đó làm cho sản phẩm thụ được có thành phần khác với thành phẩn dung dịch ban đầu

`Vi phương pháp đồng kết tủa thực hiện đơn giản, không đỏi hỏi dụng cụ phức tp Xhá thuận lợi ở nhiệt độ phòng và có thể điều chế được vật liệu có kích thước nano nên tôi chọn phương pháp đồng kết ta để thực hiện tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O

“Tuy nhiên điểm mới trong khóa luận này, tôi thay đổi dung môi nước bằng ethanol dé ting

một loại còn phổ biến và momentlưỡng cực thấp hơn nước nên có th giảm sự kết tụ giữa

1.4 Tình hình tổng hợp và nghiên cứu vật liệu nano nano trên co sir Ce-Fe-O

“Tình hình nghiên cứu vật liệu nano trên cơ sở Co-Fo-O đã thu hút sự quan tâm lớn

từ cộng đồng nghiên cứu khoa học và công nghiệp trong nhiễu năm qua Các nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau

Tinh thể CeFeO; có cấu trú trực thoi hoặc lục giác ty thuộc vào điều kiện tổng

Clu trie perovskite của CeFeO› được biểu dim theo công thức ABOs, trong đó ion cerium (Ce) déng vai trỏ là cation A, và ion iron (Fe) đóng vai trò là cation B Cấu trúc này có tính chất đặc biệt và đa dạng, làm cho nó trở thành một phần quan trọng của nghiên cứu về các vật liệu perovskite và các ứng dụng liên quan như được dùng để chế tạo màng mông [41] tình thể CeEeOs cổ kích thước nano có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ

cquang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy do cấu trúc của nó thuộc loại perovskite và nó có thuộc tính quang phổ hắp thụ, điều này được nghiên cứu thành công ở các công trình [42],

(43) Ngoài những ứng dụng rong khoa học, CeFeO; có tính chất đa sắt [44] và tính chất

từ [45] rất đặc trưng của loại vậtiệu nano orthoferite

Mội công trình nghiên cứu Š tổng hợp về CeFeO đã được công bổ Ceium orthoferrite có thể tổng hợp bằng phản ứng pha rắn thông thường của oxide nhưng quá trình này cũng gặp nhiều khô khăn đơ các hợp chất Ce (ID phần lớn đều có xu hướng để việc điều chế CeFeO› không đơn giản như đối với các hợp chất orhoferite khác [46] 17]

Cerium (IV) oxide (CeO2) có dạng bột màu vàng, khó nóng chảy (Tu.=2400°C), không bay hơi,

mạnh như HCI H›

nhiệt, không hòa tan trong nước, hòa tan vừa phải trong acid vô co Là một vật liệu oxide tiềm năng do có những tính chắt hóa lý ring tắt đặc biệc độ cứng cơ học, độ tơ hóa học, bên cháy và đặc biệt là khả năng din

cde hydrocarbon có trong khí thai của động cơ ở vùng nhiệt độ thấp [16] Gin đây, vật

liệu CeO; đã thụ hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học do có hoạt tính xúc túc cao, đặc biệt là khi điều chế chúng đưới dạng kích thước nanomet Hoạt tính xúc tác giữa hai tạng thái oxi hóa Ce" và Ce”, việc này thúc đẩy phản ứng ở nhiệt độ thấp và lâm bằn xúc tác ở nhiệt độ cao 43] [49]

Trong những năm gần đây, vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O cũng nhận được nhiều

sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu với nhiều phương pháp tỏng hợp khác nhau khác nhau

như phương pháp đồng kết tủa [S0], phương pháp hóa ưới [51], điều chế vĩ nhữ tương 152] phương pháp thủy nhiệt I53], |54] (55 I56| và phương pháp hỗ trợ vỉ sóng [57], Fe-O bing phương pháp đồng kết tủa

Hóa chất được sử dụng trong đề tà là

~ ron (Ll) nitrate nanohydrate: Fe(NOs), 9H:O (> 98%, d= 1,68 glem’) jum (IL) nitrate hexahydrate: Ce(NOs); 6H:0 (> 99%)

~ Burette, máy khuẩy tử, con cả

~ Bắp điện; Binh tia

~ Phéu lọc Buncher, giấy lọc, giấy cân hóa chất, giấy đo pH;

- Đữa thủy tỉnh; cân điện tử; chén nung; lò nung; tủ sấy 22.2 Quy trình thực nghiệm

2.2.2.1.Tính toán hóa chất

"Để tổng hợp được vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O có kích thước nanomel, đơn

các điều kiện tối ưu để

“Trên cơ sở tính toán lượng sản phẩm

ảnh tính toán để tổng hợp 0,01 mol vat liệu nano trên cơ sử Ce-Fe-O KẾt quả tính các hóa chất như sau:

Lượng cân (cân bằng cân phân tích Kem AES 120, 4s lệ) + Fe(NO,)v9H:O: 4.0395 gam,

digu ché 0,01 mol Ce-Fe-O cho vao céc 100 mL; Cho nước cắt đến vạch 50 mL Bước 2: Đặt cốc lên máy khuấy từ trong 15 phút để cho muối tan hết (dung dịch

đồng nhất, dùng giấy pH đo dung dịch sau khi khuấy (pH = 1) Sau đó cho dung dịch vào burete 25 ml

Bước 3: Lấy 600 ml ethanol cho vào cốc 1000 mL, r8i dé trên máy khuấy từ gia

nhiệt (t > 76°C) Nhỏ từ từ đến hết 50 mL dung địch chứa hỗn hợp ede mudi

Te(NO.)v9H:O và Ce(NO)sØ) ‘vio 600 mi ethanol nồng

imu: Vi ethanol d8 bay boi nén trong qué trinh nh ti tr 0 mL dung dich hin hop mudi

550600 ml

Bước 4: Sau khi cho hết mui, vẫn để cốc trên máy khuẩy ía nhiệt trong 30 đến 35 phút Để nguội hệ thu được đến nhiệt độ phòng

Bước 5: Cho dung dich NH 25% vào burette 25 mL, nhỏ từ từ dung dịch NH›

.25% xuống cốc (có khuấy từ) Dùng đũa thủy tỉnh chắm vào dung dịch trong cốc để lấy lượng nhỏ dung dịch thứ trên giấy do pH đến kh pH trong khoảng từ 8 đn 9 Lieu ¥: MGi lin chấm giọt thử giấy pH, vặn khóa burette tránh sai số Bước 6: Kết sin trong cốc được khuy đều trên mây khuỗy từ 60 phút sau đó để lắng khoảng 15 phút

tủa khô thụ được là 750; S50 °C

đồ chúng tôi chọn nhiệt độ nung

Vúa sử đụng cthanol với tác nhân ammonia

3.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1, Phuong phap nhiéu xa tia X (X-ray diffraction - XRD) Nhiễu xạ ta X là thiết bị dùng để nghiên cứu, xá định pha ấu trúc tỉnh thể của vật liệu Đây là một trong những công cụ quan trọng nhất được sử dụng trong nghiên cứu

ha hge chit rn vi koa ge vật liệu

Phương phi i xt X hay cn go 1 Xray acon (itt XRD là

phương pháp sử dụng nguồn năng lượng của một chùm electron chiếu vào bễ mặt của tỉnh

thận được năng lượng đỏ các electron 6 bé mat bi butt ra

thé chit rin dudi gée ti 8, Khi

và lâm xuất hiện các lỗ trống, Để lắp đầy các lỗ trồng này thì eleetron có mức năng lượng nảy goi li tia X [59]

Về cơ bản, phương pháp XRD tuẫn theo định luật Vulf ~ Bragg: [60] nÀ=2.dsin0 en

“Trong đó

nla bj nhiễu xa (n là số nguyên)

À là bước sóng của tia X

cd là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tỉnh thể,

8 là góc tạo bởi tia t6i và mặt phẳng phản xạ

17

Mình 22 Hiện tương nhiễu xạ tỉa X Phương pháp XRD giúp ta xác định được cấu trúc tính thể của vật liêu cần nghiên cứu thông qua số lượng, vị tí và cường độ của các peak trên giản đồ phỏ nhiễu xạ Để xác

phương pháp XRD và giá trị d chuẩn Với mỗi loại vật liệu sẽ có một giá trị d đặc trưng,

ting voi năng lượng và góc tới 0 của nguồn tia X

[Neo xác định được cấu trúc mạng tỉnh thể của vật liệu, ta công tỉnh được gần

đúng giá trị kích thước của các hạt theo công thức Scherrer:

@2)

“Trong đó

D là kích thước tỉnh thé (A)

d- bude ng của bức xạ tỉa X (Ä), ở đây À=0,15406 nm

B.— độ rộng ở 2 chiều cao của peak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bj (rad)

6 góc nhiễu xạ ta Bragg (rad)