Một hệ vi nhũ được định nghĩa là một hệ của nước, dầu và chất hoạt động bề mặt. Hệ này là một dung dịch đẳng quang và thuộc tính nhiệt động ổn định. Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trông như một dung dịch đồng thể, nhưng ở thước phân tử nó lại là hệ dị thể. Cấu trúc bên trong cùa một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trước được quyết định bởi tỉ lệ hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích thước hoặc 1 pha chuyển tiếp. Hình I.17 là cấu trúc khác nhau của một vi nhũ ở một nồng độ cho trước của chất hoạt động bề mặt được trình bày khái quát. Ở nồng độ cao của nước, cấu trúc bên trong của vi nhũ bao gồm những giọt nhỏ dầu trong pha tiếp giáp nước (micelles-mixen). Với sự tăng nồng độ dầu, một mặt phân pha không có hình dạng xác định được hình thành. Ở nồng độ dầu cao, mặt phân pha chuyển thành cấu trúc của một giọt nhỏ nước trong pha tiếp giáp dầu (reverse micelles – mixen nghịch), cũng được gọi là một vi nhũ nước/dầu. Giá trị kích thước của những giọt nhỏ khác nhau từ 10 tới 100 nm phụ thuộc vào loại chất hoạt động bề mặt. Nó cũng chỉ ra rằng hệ rất nhạy với nhiệt độ, đặt biệt với trường hợp chất hoạt động bề mặt không ion. Việc tăng nhiệt độ sẽ phá hủy các hạt dầu trong khi những hạt nước bị phá hủy khi giảm nhiệt độ. Ngoài vùng tương ứng với dung dịch vi nhũ, tồn tại hệ hai pha [57].
Hình I.16. Cấu trúc hiển vi của vi nhũ ở một nồng độ chất hoạt động bề mặt cho trước với ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ nước
Theo quan điểm tạo hạt, hệ vi nhũ với cấu trúc bên trong gồm những giọt nhỏ được quan tâm nhất. Vi nhũ nước/dầu được quan tâm nhiều khi nó có thể tạo ra những ngăn rất nhỏ tạo cấu tạo nên bởi hidrophilic moiety của chất hoạt động bề mặt được làm đầy bằng nước. Trong hydrophilic bên trong của những giọt nhỏ này, một lượng nào đó chất hòa tan được trong nước có thể phân tán, ví dụ, những muối của kim loại chuyển tiếp mà sau đó được dùng làm tiền chất để cuối cùng tạo hạt kim loại. Như phát biểu trước, hệ này rất nhạy cảm với nhiệt độ do những tính chất vật lý và hóa học của những thành phần của nó. Do đó, việc chọn hệ vi nhũ trong trường hợp tạo hạt nano là rất quan trọng, những hệ này ổn định ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ hơi cao (70 oC) [58].
Hình I.16 biểu diễn sơ đồ tạo hạt từ vi nhũ. Có hai cách để tạo hạt nano từ vi nhũ: 1. Trộn lẫn hai vi nhũ, một chứa tiền chất (precursor) và một chứa chất keo tụ (precipitating agent) (hình I.17a)
2. Thêm chất keo tụ trực tiếp vào vi nhũ chứa kim loại tiền chất (hì nh I.17b) Những thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt gồm có :
1.Kích thước của những hạt nước. 2.Nồng độ chất hoạt động bề mặt.
3.Nguồn của tác nhân keo tụ (tác nhân khử).
Áp dụng phương pháp vi nhũ, có thể tiến hành tổng hợp vật liệu TiO2 biến tính kim loại khác nhau cho sản phẩm có hoạt tính quang hóa tốt hơn nhiều so với vật liệu chưa biến tính hoặc TiO2-P25 thương mại.
Hình I.17. Sơ đồ tạo hạt từ vi nhũ.