Tổng quan về vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang đồng oxit: Phương pháp tổng hợp, đặc tính và ứng dụng

Các phơng pháp tổng hợp vật liệu nano [1, 2]

Tuy nhiên, tính đồng nhất của vật liệu không cao và do vậy, phơng pháp từ trên xuống ít đợc dùng để điều chế vật liệu nano so với phơng pháp từ dới lên. Một điện cực anốt bị điện tử bắn phá làm cho các nguyên tử ở đây bốc bay lên (bốc bay nhiệt), bị mất điện tử trở thành ion dơng h- ớng về catốt, do đó catốt bị phủ một lớp vật liệu bay sang từ anốt. Các phơng pháp để điều chế vật liệu nano nh trên thờng yêu cầu những thiết bị phức tạp, trong những điều kiện khá khắt khe và khó điều chỉnh đợc kích thớc hạt để phục vụ cho những ứng dụng khác nhau.

Ưu điểm của phơng pháp này là có thể tổng hợp đợc tất cả các dạng vật liệu nano nh dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là các cấu trúc nano phức tạp mô phỏng sinh học. Ưu điểm của phơng pháp này là qui trình thực hiện đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị đắt tiền, có thể điều khiển kích thớc nh mong muốn và cho phép vật liệu với lợng lớn. Một số màng các chất đa điện ly thờng đợc dùng để tổng hợp vật liệu nano và nano compozit là poliacrylic axit (PAA), polyanlylamin hiđroclorua (PAH), polietylenimit (PEI).

Các màng này có các nhóm cacbonyl hoặc các nguyên tử nitơ mang điện tích âm nên sẽ hấp thụ và tạo với các ion kim loại các phức chất bền trên màng polime đó. Bằng cách điều chỉnh tốc độ thủy phân và tốc độ ngng tụ, có thể khống chế đợc kích thớc hạt và hình dáng của hạt cũng nh có thể chế tạo màng mỏng hoặc vô định hình.

Tính chất của hạt nano kim loại [4]

Khi dao động nh vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một l - ỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trờng xung quanh là các yếu tố ảnh hởng nhiều nhất. Nếu mật độ loãng thì có thể coi nh gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hởng của quá trình tơng tác giữa các hạt.

Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dới tác dụng của điện trờng (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là. Hệ quả của quá trình lợng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đờng I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lợng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực.

Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối nh các kim loại chuyển tiếp sắt, coban, niken thì khi kích thớc nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn.

Một số phơng pháp nghiên cứu vật liệu nano

- Với diện tích bề mặt lớn, độ ổn định cao, giá thành sản xuất thấp do tính chất dẫn điện tốt nên các thanh nano CuO rất phù hợp cho việc làm vật liệu catôt của tế bào pin mặt trời [29]. - H2O2 có khả năng phân huỷ ra oxi ở nhiệt độ thờng nên đợc sử dụng nh nhiên liệu sạch trên các tàu vũ trụ. Sự bất lợi của quá trình tổng hợp là loại bỏ các anion, kết quả là thời gian thực hiện dài và giá sản phẩm cao hơn.

Nh vậy, việc đo các cực đại nhiễu xạ tia X theo góc θ khác nhau sẽ cho phép xác định đợc hằng số d đặc trng cho mạng tinh thể. Trên máy chụp phổ nhiễu xạ tia X, một chùm điện tử đợc tăng tốc trong điện trờng và đập vào catot để phát ra tia X. Máy đếm ghi nhận nhiễu xạ (detector) đ- ợc kết nối với giá đựng mẫu bằng một hệ thống cơ khí chính xác sao cho chuyển.

Kết hợp các dữ liệu thu đợc từ việc phân tích 4 đờng trên, ta sẽ có các thông tin về thành phần và tính chất nhiệt của chất cần nghiên cứu. Hiển vi truyền qua (TEM) [1] là phơng pháp cho phép sử dụng chùm tia electron năng lợng cao để quan sát các vật thể rất nhỏ. Nguyên lý làm việc của máy TEM đợc mô tả nh sau: chùm electron đợc tạo ra từ nguồn sau khi đi qua các thấu kính hội tụ sẽ tập trung lại thành một dòng electron hẹp.

Phần tối của ảnh đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu dày có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có nhiệt độ thấp). Do vậy, TEM thờng đợc dùng kết hợp với kính hiển vi điện tử quét (SEM) để phát huy u điểm của cả hai phơng pháp này.

Tuy nhiên u điểm của phơng pháp SEM là nó cho phép thu đợc hình ảnh ba chiều của vật thể và do vậy thờng đợc dùng để khảo sát hình dạng, cấu trúc bề mặt của vật liệu. Các vùng tối và sáng trên ảnh phụ thuộc vào số các hạt thứ cấp đập vào ống tia catot tức là phụ thuộc vào góc nảy ra của các electron sau khi tơng tác với bề mặt mẫu. Vị trí, cờng độ của phổ tán xạ năng lợng cho phép xác định các nguyên tố và hàm lợng của chúng có trong mẫu.

THựC NGHIệM