XRD (X-Ray Diffraction) - nhiễu xạ tia X là một phƣơng pháp vật lý đƣợc ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu các vật liệu có cấu trúc tinh thể. Những kết quả thu đƣợc từ phƣơng pháp này cho phép nhận diện nhanh chóng và chính xác cấu trúc tinh thể, đồng thời cũng có thể phân tích định lƣợng xác định hàm lƣợng pha tinh thể. Ngoài ra phƣơng pháp XRD cũng có thể sử dụng để xác định kích thƣớc và phân bố kích thƣớc hạt, cấu trúc lập thể của tinh thể.v.v…
Phân tích định tính pha tinh thể là phát hiện sự có mặt của một pha tinh thể nào đó trong đối tƣợng khảo sát. Tƣơng tự nhƣ các phƣơng pháp phân tích khác, một pha tinh thể nào đó không đƣợc phát hiện có thể hiểu là không có hoặc có nhƣng hàm lƣợng của nó nằm dƣới giới hạn phát hiện đƣợc. Giới hạn phát hiện các pha tinh thể bằng phƣơng pháp XRD phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của vật liệu, độ kết tinh…giới hạn này thay đổi từ một vài phần trăm đến vài chục phần trăm.
Theo thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc cấu tạo từ các ion hay nguyên tử, đƣợc phân bố một cách đều đặn và trật tự trong không gian theo một quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong mạng lƣới tinh thể khoảng vài Ǻ hay xấp xỉ bƣớc sóng của tia Rơnghen. Khi chùm tia tới (tia Rơnghen) đập vào phía ngoài mặt tinh thể và xuyên sâu vào trong do tia Rơnghen có năng lƣợng cao, thì mạng tinh thể với các mặt phẳng nguyên tử song song sẽ đóng vai trò là một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử hay ion trong mạng tinh thể bị kích thích bởi chùm tia Rơnghen sẽ trở thành các tâm phát xạ phát ra những tia sáng thứ cấp (tia tán xạ).
Do các nguyên tử hay ion này đƣợc phân bố trên các mặt phẳng song song (mặt phẳng nguyên tử) nên hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau đƣợc tính nhƣ sau:
sin . 2d
Trong đó: d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song.
θ là góc giữa chùm tia Rơnghen và tia phản xạ.
Hình 8: Tương tác giữa tia Rhơnghen và mạng tinh thể
Từ điều kiện giao thoa, các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng song song cùng pha chỉ khi hiệu quang trình của chúng bằng số nguyên lần bƣớc sóng, nghĩa là tuân theo hệ thức Vulf–Bragg:
n d.sin
2
Hệ thức Vulf–Bragg là phƣơng trình cơ bản cho nghiên cứu cấu tạo mạng tinh thể. Dựa vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ Rơnghen sẽ tìm ra góc 2θ, từ đó suy ra giá trị d theo hệ thức Vulf–Bragg. So sánh giá trị d vừa tìm đƣợc với giá trị d chuẩn sẽ xác định đƣợc thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần phân tích.
Độ tinh thể của chất cần phân tích đƣợc xác định theo công thức: Độ tinh thể (%) = 100.A/B
Trong đó: A, B tƣơng ứng với cƣờng độ pic đặc trƣng của mẫu nghiên cứu và mẫu chuẩn.
Độ chọn lọc của pha tinh thể đƣợc xác định theo công thức: Độ chọn lọc tinh thể (%) = 100.C.D
Trong đó: C, D là phần trăm cƣờng độ pic đặc trƣng cho tinh thể cần xác định và tổng phần trăm cƣờng độ pic đặc trƣng cho tất cả các tinh thể có mặt trong mẫu do máy nhiễu xạ xác định.
Trong nghiên cứu này, chất mang γ-Al2O3 và các mẫu xúc tác đƣợc phân tích XRD trên máy D8- Brucker Advance (Đức) tại Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội với ống phát tia Kα bằng Cu (0,15406nm; UAK = 40KV; IAK = 40mA), góc quét 2θ từ 200 đến 800, tốc độ quét 0,0250
/s.