* Mục đích: Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong những phương pháp được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của xúc tác rắn. Ngoài ra phương pháp này còn được ứng dụng để xác định động học của quá trình chuyển pha, xác định kích thước hạt tinh thể và xác định trạng thái đơn lớp bề mặt của xúc tác oxyt kim loại trên chất mang.
* Nguyên tắc: Phương pháp nhiễu xạ tia X dựa trên việc xác định cường độ của tia bức xạ bị lệch so với phương truyền của tia X do sự phản xạ gây ra khi tia X lan truyền trong tinh thể. Khi chùm tia X đi tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Trong mạng tinh thể, các nguyên tử hay ion có thể phân bố trên các mặt phẳng song song với nhau. Khi bị kích thích bởi chùm tia X, chúng sẽ trở thành tâm phát ra tia phản xạ. Xét một chùm tia X có bước sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn , đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X.
Hình 2.1. Sự phản xạ trên bên mặt tinh thể
Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình (L) giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng song song cùng pha thì hiệu quang trình phải bằng nguyên lần độ dài sóng ( ):
Đây chính là định luật Vulf-Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể.
Vì 0 ≤ sin ≤ 1 nên điều kiện để thỏa mãn hệ thức này là d và có giá trị tương đương. Ở đây, là bậc phản xạ cho 1 họ mặt phẳng mạng lưới có khoảng cách d , n là số nguyên nhận các giá trị 1, 2,...
Sự phản xạ bậc n trên họ hkl (h, k, l là chỉ số miller, là những số nguyên) không khác sự phản xạ bậc 1 trên họ hkl/n nên phương trình Vulf-Bragg có dạng:
Khoảng cách dhkl tương ứng với mỗi góc . Đối với mỗi cấu trúc tinh thể khác nhau thì mối liên hệ giữa khoảng cách dhkl và các thông số của các nguyên tố khác nhau. Từ cực đại nhiễu xạ trên giản đồ, góc 2 sẽ được xác định, từ đó suy ra dhkl theo hệ thức Vulf –Bragg. Mỗi vật liệu có một bộ giá trị dhkl đặc trưng. So sánh giá trị dhkl của mẫu phân tích với giá trị dhkl chuẩn sẽ xác định được đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể của mẫu nghiên cứu. Như vậy xác định được dhkl có nghĩa là xác định được cấu trúc của xúc tác rắn tinh thể.
* Thực nghiệm: Các mẫu được phân tích chụp phổ XRD dưới dạng bột. Giản đồ XRD của các mẫu nghiên cứu được ghi trên máy D5005 khoa lý - Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN