Tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano perovskite y0 8sr0 2feo3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HĨA HỌC Chun ngành: Hóa Vô Cơ Nguyễn Nữ Huyền Trang TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO PEROVSKITE Y0.8Sr0.2FeO3 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KHOA HĨA HỌC CHÍ MINH HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HĨA HỌC Chun ngành: Hóa Vơ Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO PEROVSKITE Y0.8Sr0.2FeO3 GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến LỜI CẢM ƠN Trong suốt bốn năm học tập nghiên cứu khoa học Khoa Hóa – Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh em trưởng thành lên nhiều Mơi trường sư phạm giúp em ngày hoàn thiện tri thức người Mỗi học kỳ trôi qua em học hỏi nhiều kiến thức quý báu từ năm đại cương năm chuyên ngành dìu dắt Thầy Cơ ngồi Khoa Để rồi, bước cuối kết thúc đời sinh viên hoàn thành Luận văn tốt nghiệp; em tự tin lên nhiều học tập trao dồi bốn năm qua Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người mà em yêu quý trân trọng giúp đỡ cho em hoàn thành tốt Luận văn Lời em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt Luận văn Trong q trình nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn em xin cảm ơn toàn thể q Thầy Cơ Khoa Hóa – Trường Đại học Sư phạm nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ q trình làm đề tài Và em khơng qn gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, bạn bè ln quan tâm, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu! Vì thời gian khả cịn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận đóng góp chân thành Thầy Cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày tháng năm 2012 SVTH Nguyễn Nữ Huyền Trang SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu công nghệ nano 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.2 Ứng dụng công nghệ nano 10 1.2 Vật liệu perovskite ABO3 12 1.2.1 Cấu trúc tinh thể perovskite ABO3 12 1.2.2 Sự pha tạp khuyết thiếu oxi 14 1.2.3 Cấu trúc tinh thể YFeO3 15 1.2.4 Ứng dụng vật liệu oxit perovskite kích thước nanomet .15 1.3 Tổng quan tính chất yttri¸stronti, sắt 18 1.3.1 Oxit yttri, yttri cacbonat 18 1.3.2 Oxit stronti, stronti cacbonat 20 1.3.3 Oxit sắt sắt hidroxit 21 1.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite 23 1.4.1 Phương pháp gốm truyền thống 23 1.4.2 Phương pháp đồng kết tủa 25 1.4.3 Phương pháp sol-gel 26 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Nội dung nghiên cứu 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA/DTG 30 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu nhiễu xạ tia X 32 2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 33 2.2.4 Phương pháp đo phổ hồng ngoại (FTIR) 34 2.2.5 Phương pháp hấp phụ 35 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 2.2.6 Phương pháp đo độ từ hóa 37 2.3 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 39 2.3.1 Dụng cụ thiết bị 39 2.3.2 Hóa chất 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Tổng hợp vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 theo phương pháp đồng kết tủa 40 3.1.1 Quy trình tổng hợp vật liệu 40 3.1.2 Kết phân tích nhiệt 41 3.1.3 Kết phổ hồng ngoại FTIR 42 3.1.4 Kết XRD vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 43 3.1.5 Kết nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 44 3.2 Tổng hợp vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 theo phương pháp citrat-gel .44 3.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu 44 3.2.2 Kết phân tích nhiệt 45 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng pH tạo gel 46 3.2.4 Khảo sát nhiệt độ nung 47 3.2.5 Khảo sát tỷ lệ mol C/M 48 3.2.6 Kết nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 49 3.3 Vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 49 3.3.1 Cấu trúc vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 49 3.3.2 Thành phần hóa học vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 .50 3.4 Ứng dụng vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 52 3.4.1 Khả hấp phụ Pb 2+ vật liệu 52 3.4.2 Từ tính vật liệu 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 4.1 Kết luận 55 4.2 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Danh mục hình vẽ Hình 01 Phân loại vật liệu nano theo số chiều Hình 02 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng Hình 03 (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO3, (b) Sự xếp bát diện cấu trúc lý tưởng 13 o Hình 04 Sự biến dạng cấu trúc perovskit góc liên kết B-O-B ≠ 180 .13 Hình 05 Sự di chuyển nút khuyết oxi perovskit: (a) Sự tạo thành nút khuyết oxi, (b) Vị trí nút khuyết bị dịch chuyển 14 Hình 06 Tế bào đơn vị YFeO3 15 Hình 07 Mơ hình tách tế bào từ trường 16 Hình 08 Mơ hình dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính 16 Hình 09 Biểu đồ thử nghiệm đốt nhiệt từ thỏ 17 Hình 10 Cấu trúc lập phương tâm mặt Y2O3 19 Hình 11 Cấu trúc tinh thể SrO 20 Hình 12 Sơ đồ khối phương pháp gốm truyền thống sản xuất vật liệu gốm 23 4+ Hình 13 Sự phụ thuộc pH hỗn hợp lượng Ti , Nd 3+ lại dung dịch vào giá trị pH 25 Hình 14 Kỹ thuật sol-gel sản phẩm 26 Hình 15 Mơ hình máy phân tích nhiệt STA 409 PC-NETZSCH 32 Hình 16 Thiết bị XRD D8 ADVANCE Bruker AXS 33 Hình 17 Sơ đồ hoạt động kính hiển vi điện tử quét SEM 33 Hình 18 Thiết bị SEM HITACHI S-4800 34 Hình 19 Thiết bị FTIR 8400S-SHIMADZU 35 Hình 20 Thiết bị AAS SHIMADZU AA-6300 36 Hình 21 Đường cong từ trễ vật liệu sắt từ 37 Hình 22 Thiết bị độ từ tính MICROSENE EV11 38 Hình 23 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa (phương pháp 1) 40 Hình 24 Giản đồ TGA DTG mẫu bột tổng hợp theo phương pháp Hình 25 Phổ FTIR mẫu vật liệu Y0.8Sr0,2FeO3 42 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 26 Giản đồ XRD vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo o phương pháp nung 750 C 2h Hình 27 Ảnh SEM vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp nung o 750 C 2h Hình 28 Sơ đồ tổng hợp vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp citrate-gel Hình 29 Giản đồ phân tích nhiệt TGA mẫu bột tổng hợp pH = 9-10, o tỷ lệ citrat/kim loại = 1,2:1; nhiệt độ tạo gel 80 C o Hình 30 Giản đồ XRD ghép với peak chuẩn mẫu bột nung 950 C 2h; C/M =1,2 Hình 31 XRD mẫu vật liệu tổng hợp (C/M = 1,8; pH = 9) sau nung o o o o nhiệt độ 900 C, 950 C,1000 C, 1100 C Hình 32 Giản đồ XRD mẫu vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp o điều kiện pH = 9; T = 950 C o o Hình 33 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 t = 950 C 2h Hình 34 Thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 Hình 35 Đường từ trễ vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 Danh mục bảng biểu Bảng Một vài số vật lý quan trọng oxit sronti Bảng Kiểu mạng tinh thể, thành phần pha, số mạng, kích thước hạt vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo hai phương pháp Bảng Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu Y0.8Sr0.2FeO3 .52 Bảng Nồng độ Pb Bảng 2+ Thông lại theo thời gian hấp phụ vật liệu 52 số từ tính vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 54 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến MỞ ĐẦU Khoa học nano công nghệ nano bắt đầu phát triển từ năm 60 kỷ trước Vật liệu nano sâu vào đời sống đại ngày chiếm ý nghĩa lớn người nhờ vào tính chất đặc biệt chúng mà vật liệu truyền thống trước khơng có Oxit phức hợp kiểu perovskite ABO3 ( với A nguyên tố đất La, Y; B nguyên tố chuyển tiếp họ d Mn, Fe…) thu hút nhiều quan tâm lĩnh vực từ tính hấp phụ Bên cạnh hoạt tính xác tác perovskite nghiên cứu ứng dụng phụ thuộc nhiều vào diện tích bề mặt chúng Thực nghiệm chứng minh rằng, thay phần kim loại La hay Y ABO3 kim loại hoá trị II Ca, Sr làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite, dẫn đến thay đổi tính chất hố lý vật liệu điều chế từ chúng Có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite phương pháp gốm truyền thống thường dùng để điều chế perovskite; kết thu hạt perovskite có diện tích bề mặt thấp (< 2m /g) kết tụ [9] Phương pháp sol-gel đồng kết tủa sử dụng rộng rãi sản phẩm thu có độ đồng thể tốt, kích thước hạt nhỏ (cỡ nano mét), diện tích bề mặt lớn (vài chục m /g); ứng dụng lĩnh vực từ tính, hấp phụ, xúc tác Với lý trên, chọn đề tài: “ Tổng hợp nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 ” SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu công nghệ nano 1.1.1 Một số khái niệm [2, 3, 11] Công nghệ nano Nanomet điểm kỳ diệu kích thước chiều dài, điểm mà vật sáng chế nhỏ người tạo cấp độ nguyên tử phân tử giới tự nhiên Hội chứng “công nghệ nano” tràn qua tất lĩnh vực khoa học công nghệ, thay đổi chất hầu hết đối tượng người tạo kỷ Trong công nghệ nano, giới nghiên cứu sử dụng hệ bao gồm -9 cấu tử có kích thước nanomet (10 m) với cấu trúc phân tử hồn chỉnh việc chuyển hố vật chất, lượng thông tin Như vậy, theo định nghĩa cơng nghệ nano khơng phải cơng nghệ bao hàm nghiên cứu cấu tử có độ lớn nằm nm 100 nm Để hiểu rõ định nghĩa, ta nêu số ví dụ giới nano Chẳng hạn hạt muội than từ kỷ phụ gia thiếu cho vật liệu cao su làm lốp xe tạo độ bền cần thiết cho vật liệu Vậy từ lâu vật liệu nano vào sống thường nhật Một số chất dùng tiêm chủng thuộc “nano” chúng chứa một vài chủng protein, nghĩa phần tử vĩ mơ kích thước nanomet Nhưng ta xếp chúng vào công nghệ nano Vật liệu nano (nano materials) Công nghệ nano xuất khơng có vật liệu nano Khó xác định xác thời điểm xuất khoa học vật liệu nano, song người ta nhận thấy vài thập niên cuối kỷ XX thời điểm mà nhà vật lý, hoá học vật liệu quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất chuyển hố phần tử có kích thước nano Đó phần tử nano biểu tích chất điện, hoá, cơ, quang, từ khác biệt so với vật liệu khối thông thường SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Gel khô sau tổng hợp đem nghiền thành bột Sau đó, mẫu bột phân tích nhiệt để tìm nhiệt độ nung cho hình thành perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 Thực nghiệm thực với mẫu điều kiện thí nghiệm pH = 9-10, tỷ lệ o citrat/kim loại = 1,2:1 (C/M = 1,2); nhiệt độ tạo gel 80 C kết thể giản đồ phân tích nhiệt TGA (hình 29) Có bước nhảy khối lượng o o Q trình khối lượng mẫu bột bắt đầu xảy 100 C Từ 100 Co 210 C tốc độ khối lượng mẫu bột xảy nhanh, khối lượng o o 80,65/164,4 mg khoảng 49,06% Ngay sau từ 210 C-250 C khối lượng mẫu bột lại thêm 11,42% tương ứng với 5,6/164,4 mg Chúng nghĩ hai o o bước nhảy khối lượng xảy liên tiếp từ 100 C-250 C trình bay nước bề mặt, nước hóa học bắt đầu phân hủy phức chất hữu có + o o mẫu nhiệt phân gốc NH Tiếp theo từ 250 C-587,5 C tốc độ khối lượng chậm kéo dài, khối lượng mẫu bột thêm 12,44% tương ứng với 6,1/164,4 mg Tại khoảng nhiệt độ phân hủy phức chất hữu o o o tiếp tục xảy kéo dài đến 900 C Từ 600 C-1000 C khối lượng mẫu bột giảm thêm 11,38% Nếu phương pháp đồng kết tủa tổng khối lượng mẫu giảm gần 50% phương pháp sol-gel khối lượng mẫu lại gần o 16% Từ 900 C trở đường phân tích nhiệt bắt đầu có xu hướng nằm ngang, khối lượng mẫu giảm không đáng kể Chúng cho nhiệt độ bắt đầu xảy hình thành pha perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 Chúng tơi chọn khoảng nhiệt độ từ o o 900 C-1100 C để khảo sát hình thành pha perovskite phương pháp nhiễu xạ tia X phương pháp 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng pH tạo gel Chúng khảo sát trình tổng hợp vật liệu perovskite pH = pH = 9; để lựa chọn pH tạo gel thích hợp cho hình thành hạt perovskite o Y0.8Sr0.2FeO3 Dựa vào giản đồ XRD (hình 30), ta thấy nhiệt độ nung 900 C 2h; C/M = 1,2 ; pH = có hình thành cấu trúc perovskite Y0.8Sr0.2FeO3, với xuất lượng nhỏ pha Y2O3 Y3Fe5O12 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 46 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 30 Giản đồ XRD ghép với peak chuẩn mẫu bột o o (t = 950 C 2h; C/M =1,2) Chúng tơi lặp lại thí nghiệm pH = 9, giản đồ XRD pH không xuất peak pha Y3Fe2O12 Điều cho thấy điều kiện pH =9 thích hợp cho hình thành cấu trúc perovskite bên cạnh cịn xuất pha Y2O3 lượng nhỏ Vì vậy, thí nghiệm khảo sát nhiệt độ nung để tạo thành pha tinh thể tương ứng perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 3.2.4 Khảo sát nhiệt độ nung Để lựa chọn nhiệt độ nung tối ưu, tiến hành nung mẫu bột o tổng hợp điều kiện pH = C/M = 1,2 nhiệt độ khác 900 C, o o o 950 C, 1000 C, 1100 C o Nhìn vào giản đồ XRD (hình 31), ta thấy nhiệt độ 900 C có hình thành pha perovskite, tất trùng với peak chuẩn Nhiệt độ cao hình thành tinh thể rõ nét Tuy nhiên, xuất pha Y 2O3 Nhưng o nhiệt độ nung 950 C nhiệt độ nung tốt cho hình thành tinh thể pha perovskite Bởi vì, nhiệt độ chúng tơi thấy khơng xuất pha Sr3Fe2O7 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 47 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 31 XRD mẫu vật liệu tổng hợp (C/M = 1,2; pH = 9) sau o o o o nung nhiệt độ 900 C, 950 C, 1000 C, 1100 C 2h o Ở thí nghiệm lựa chọn 950 C nhiệt độ nung tối ưu cho hình thành tinh thể perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 Để tạo thành pha perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 nhất, tiếp tục khảo sát tỷ lệ mol phản ứng axit citric tổng ion kim loại 3.2.5 Khảo sát tỷ lệ mol C/M C/M = 1.2  Hình 32 Giản đồ XRD mẫu vật liệu perovskite o o Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp điều kiện pH = 9; t = 950 C Nhìn vào giản đồ XRD (hình 32) ta thấy với tỷ lệ mol C/M = 1,8 mẫu SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 48 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến vật liệu tổng hợp hoàn toàn tinh khiết, có pha perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 Peak Y2O3 khơng cịn xuất tỷ lệ mol C/M = 1,2 Vì thế, chúng tơi lựa chọn tỷ lệ C/M = 1,8 để xác định kích thước hạt ứng dụng vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 3.2.6 Kết nghiên cứu kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 33 ảnh SEM mẫu với độ phóng đại 30000 lần (hình 33a) 50000 lần (hình 33b) Khác với vật liệu tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa, hạt với cấu trúc hình cầu đồng với đường kính trung bình < 50 nm a Hình 33 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 o o (t = 950 C 2h) 3.3 Vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 3.3.1 Cấu trúc vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 Thông qua kết nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu Y 0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo hai phương pháp đồng kết tủa citrat-gel; xác định thông số vật liệu kiểu mạng tinh thể, thành phần pha, số mạng, kích thước hạt Kết tính tốn được liệt kê bảng Cả hai phương pháp tổng hợp, mẫu vật liệu thu đơn pha (perovskite) cấu trúc tinh thể hệ trực thoi Kích thước hạt trung bình tính cơng thức Scherrer cho kết < 30 nm SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 49 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Bảng Kiểu mạng tinh thể, thành phần pha, số mạng, kích thước hạt sản phẩm thu sau nung Phương pháp tổ PP1 PP2 3.3.2 Thành phần hóa học vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 Chúng tơi tổng hợp vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 theo hai phương pháp đồng kết tủa citrat-gel Để khẳng định vật liệu mà chúng tơi tổng hợp có với tỉ lệ hợp thức Y:Sr:Fe:O = 0.8:0.2:1:3 hay khơng; dựa vào khoảng cách mạng vật liệu so với khoảng cách mạng pha YFeO3 thông qua kết phân tích nhiễu xạ tia X Bên cạnh đó, chúng tơi phân tích thành phần hóa học vật liệu phân tích định lượng Đây hai sở để chúng tơi kết luận vật liệu tổng hợp với tỉ lệ hợp thức SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 50 Khóa luận tốt nghiệp  GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Khoảng cách mạng vật liệu Không phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp vật liệu, kết liệt kê bảng cho thấy khoảng cách mạng thu lớn so với khoảng cách mạng pha YFeO3 tổng hợp theo phương pháp sol-gel [1] Điều giải thích bán kính ion Sr 2+ lớn bán kính ion Y 3+ 3+ (Y = 0,104 nm; Sr 2+ = 0,126 nm) làm tăng khoảng cách mạng d Ngoài ra, phổ XRD điều kiện tối ưu không quan sát thấy pha Y 2O3, Fe2O3, SrO, Y2(CO3)3 Qua đó, chúng tơi khẳng định sơ có pha tạp kim loại Sr mạng YFeO3 cách hoàn thiện Tuy nhiên, vật liệu tổng hợp phương pháp có khoảng cách mạng lớn so với phương pháp chứng tỏ pha tạp Sr vào mạng YFeO3 nhiều so với phương pháp Vì thế, chúng tơi chọn vật liệu tổng hợp theo phương pháp để phân tích định lượng Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y0.8Sr0.2FeO3 d (Å) Chú ý: Bảng trích số peak mẫu điều chế theo hai phương pháp để minh hoạ  Phân tích định lượng Mẫu Y0.8Sr0.2FeO3 cho qua nước cường thủy thu hỗn hợp chứa 3+ 2+ 3+ ion Y , Sr , Fe Nồng độ ion kim loại xác định phương pháp phân tích phổ hấp phụ nguyên tử lửa AAS Hàm lượng nguyên tố mẫu xác định bảng Hàm lượng phần trăm (%) nguyên tố tương ứng với tỷ lệ hợp thức Y:Sr:Fe:O = 0.96:0.17:1:2.21, kết cho thấy pha tạp Sr chiếm đến 85% so với lý thuyết (%Srthực tế = 7,98, %Srlý thuyết = 9,10) SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 51 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Bảng Phần trăm khối lượng nguyên tố mẫu Y0.8Sr0.2FeO3 Lí thuyết Thực tế 3.4 Ứng dụng vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 Dựa vào kết ảnh SEM vật liệu perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 để lựa chọn phạm vi ứng dụng vật liệu hai lĩnh vực hấp phụ từ tính Từ tính vật liệu phụ thuộc vào độ đồng nhất, kích thước, tính đối xứng hạt [9] Vì thế, chọn vật liệu tổng hợp phương pháp đồng kết tủa để đo từ tính Vì rằng, ảnh SEM cho thấy độ đồng tính đối xứng hạt nano hai chiều Y0.8Sr0.2FeO3 cao so với tổng hợp theo phương pháp citratgel Tuy nhiên, phương pháp citrat-gel cho hạt có kích thước đồng hơn, dạng hình cầu có diện tích bề mặt cao so với phương pháp đồng kết tủa Vì thế, chúng tơi lựa chọn sản phẩm phương pháp citrat-gel để khảo sát khả hấp phụ Pb 2+ vật liệu liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 3.4.1 Khả hấp phụ Pb 2+ vật liệu 2+  Xác định thời gian đạt cân hấp thụ Pb Để xác định thời gian đạt cân vật liệu, tiến hành lấy 100 2+ ml dung dịch Pb có nồng độ 50 ppm khuấy trộn liên tục với 0,05g Y0.8Sr0.2FeO3 máy khuấy từ khoảng thời gian khác (0-75 phút), thu lấy dung dịch 2+ 2+ phân tích nồng độ Pb cịn lại dung dịch Để phân tích nồng độ Pb dùng phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử lửa AAS Kết phân tích nồng độ Pb 34 2+ lại dung dịch bảng hình SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 52 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 2+ Bảng Nồng độ Pb lại theo thời gian hấp phụ vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 Kết biểu diễn hình 34 cho thấy trình hấp phụ xảy nhanh, 15 phút đầu hiệu suất loại chì đạt gần 50%, q trình hấp phụ tăng dần Nồng độ cịn lại (mg/l) đạt cân thời gian 60 phút hiệu suất hấp phụ đạt 85% Hình 34 Đồ thị khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp citrate-gel SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 53 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 3.4.2 Từ tính vật liệu Bảng Thơng số từ tính vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa Mr (emu/g) Độ từ tính vật liệu thông qua bảng cho ta thấy lực kháng từ H c vật liệu lớn > 1000 Oe (Hc = 1591,22 Oe), độ từ dư bé gần với giá trị (M r = 0,076 emu/g) Điều chứng tỏ vật liệu tổng hợp thuộc loại vật liệu từ cứng để sản xuất nam châm vĩnh cửu, môi trường ghi từ cho đĩa cứng Tuy nhiên, kết từ tính vật liệu có độ bão hịa từ M s bé (Ms = 0,461 emu/g) cho thấy khả từ vật liệu chưa cao Hình 34 Đường cong từ trễ vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 54 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu trên, rút kết luận luận văn sau: Tổng hợp thành công vật liệu perovskite Y 0.8Sr0.2FeO3 phương pháp Vi cấu trúc, hình thái học hai mẫu vật liệu cho thấy hạt kích thước nanomet, đường kính trung bình < 50 nm Đáp ứng tốt yêu cầu nghiên cứu luận văn đề lúc đầu Quá trình tổng hợp vật liệu phương pháp (đồng kết tủa nhiệt độ o o phòng) đơn giản, tiết kiệm thời gian, điều kiện nhiệt độ nung thấp t = 750 C cho độ tinh khiết cao Đối với phương pháp (Citrat-gel) trình tổng hợp vật liệu phức tạp phải khảo sát điều kiện tối ưu pH (pH = 9), tỷ lệ mol kim loại o o axit citric (C/M = 1,8), nhiệt độ nung cao (t = 950 C) để hình thành hạt perovskite Kết cho hạt perovskite hình cầu đồng Khả hấp phụ Pb 2+ vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp đạt hiệu suất hấp phụ cao 85% 60 phút Độ từ tính vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 tổng hợp theo phương pháp cho kết ban đầu chưa thật tốt độ bão hịa từ M s vật liệu khơng cao (Ms = 0,461 emu/g) 4.2 Kiến nghị Vì thời gian điều kiện không cho phép nên kết mà nghiên cứu pham vi đề tài cịn hạn chế Vì thế, sở tơi nghiên cứu được; có hội học tập nghiên cứu tiếp phát triển đề tài theo hướng sau: Khảo sát dung lượng hấp phụ Pb 2+ trình giải hấp vật liệu perovskite Y0.8Sr0.2FeO3 Tổng hợp vật liệu perovskite Y1-xSrxFeO3 với tỉ lệ hợp thức khác (x = 0.1, 0.3, 0.4 ) để khảo sát độ từ tính vật liệu Mong muốn vật liệu có từ tính cao giá trị độ bão hịa từ Ms phải đạt cỡ vài chục emu/g Để có SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 55 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến kết phải phụ thuộc vào độ đồng hạt, kích cỡ hạt, tính đối xứng hạt Nghiên cứu hoạt tính xúc tác vật liệu perovskite Y1-xSrxFeO3 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 56 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Anh Tiến (2009), Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc tính chất vật liệu nano La(Y)FeO3, Luận án Tiến sĩ Hoá học, Trường ĐHTH Voronezh, Liên bang Nga, 153 tr Hoàng Triệu Ngọc (2011), Khảo sát điều kiện tổng hợp bột nano Perovskit YFeO3, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm TP HCM Đỗ Thị Anh Thư (2011), Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu oxit Perovskit, Luận văn Tiến Sĩ, Viện Khoa học Công nghệ Vật liệu Hà Nội, 221 tr TS Phan Thị Hoàng Oanh (2012), Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa - Trường Đại học Sư phạm TP HCM TS Lê Trần (2006), Tạo màng phương pháp sol-gel, Bộ môn Vật lý ứng dụng – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP HCM Phan Văn Tường (2004), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Phan Văn Tường (1997), Vật liệu vô cơ, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội PGS TS Nguyễn Hoàng Hải (2007), Các hạt nano kim loại, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội PGS TS Nguyễn Hoàng Hải (2007), Ứng dụng hạt nano từ tính oxit sắt, Khoa Vật Lý – Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Hồng Nhâm (2001), Hố học vô (tập2, tập 3), NXB Giáo dục 11 Nguyen Anh Tien, O V Almjasheva, I Ya Mittova, O V Stognei and S A Soldatenko (2009), Synthesis and Magnetic Properties of YFeO3 Nanocrystals, Inorganic Materials 41, pp 1304–1308 12 Nguyen Anh Tien, I Ya Mittova, and O V Al’myasheva (2009), Influence of the Synthesis Conditions on the Particle Size and Morphology of Yttrium Orthoferrite Obtained from Aqueous Solutions, Russian Journal of Applied Chemistry 82, pp 1915−1918 SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 57 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 13 P Vaqueiro and M A Lo´pez-Quintela (1997), Influence of Complexing Agents and pH on Yttrium-Iron Garnet Synthesized by the Sol-Gel Method, Chem Mater 9, pp 2836-2841 14 SHEN Hui, XU Jiayue, WU Anhua (2010), Preparation and characterization of perovskite REFeO3 nanocrystalline powders, Journal of Rare Earths 28, pp 416 15 Quing Xu (2008), Citrate method synthesis, characterization and mixed electronic-ionic conducion properties of La0.6Sr0.8CoFeO3 perovskite-type complex oxides, University of Technology, China 16 Aurelija Gatelyte , Darius Jasaitis, Aldona Beganskiene, Aivaras Kareiva (2011), Sol-Gel Synthesis and Characterization of Selected Transition Metal Nano-Ferrites, Materials science 17, pp.1392-1320 17 Sanjay Mathur (2004), Molecule Derived Synthesis of Nanocrystalline YFeO3 and Investigations on Its Weak Ferromagnetic Behavior, Chem Mater 16, pp.1906-1913 18 Jun Li (2008), Hexagonal YFe1-x Pdx O3-z : Nonperovskite Host Compounds for Pd 2+ and Their Catalytic Activity for CO Oxidation, Chem.Mater 20, pp 6567- 6576 19 Weicheng Wang, Shuo Li, Yiyun Wen, Maochu Gong, Lei Zhang, Yanling Yao, Yaoqiang Chen (2008), Synthesis and Characterization of TiO2/YFeO3 and Its Photocatalytic Oxidation of Gaseous Benzene, Acta Physico-Chimica Sinica 24, pp 1761-1766 20 E.Lima Jr, T.B.Martins, H.R.Rechenberg, G.F.Goya, C.Cavelius, R Rapalaviciute, S.Hao, S.Mathur (2008), Numerical simulation of magnetic interactions in polycrystalline YFeO3, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320, pp 622–629 21 http://vi.wikipedia.org/wiki/Stronti SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 58 ... SEM vật liệu Y0. 8Sr0. 2FeO3 tổng hợp theo phương pháp o o (t = 750 C 2h) 3.2 Tổng hợp vật liệu perovskite Y0. 8Sr0. 2FeO3 theo phương pháp citrat-gel 3.2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu Nguyên liệu. .. kích thước chúng như: -Vật liệu nano kim loại -Vật liệu nano bán dẫn -Vật liệu nano từ tính -Vật liệu nano sinh học Hình Phân loại vật liệu nano Hình Phân loại vật liệu nano theo hình dạng theo... liệu perovskite Y0. 8Sr0. 2FeO3 .50 3.4 Ứng dụng vật liệu perovskite Y0. 8Sr0. 2FeO3 52 3.4.1 Khả hấp phụ Pb 2+ vật liệu 52 3.4.2 Từ tính vật liệu 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN