Thực nghiệm tổng hợp ống nano TiO2 gồm hai bước: (1) tổng hợp hạt TiO2 nano từ các tiền chất khác nhau, sau đó, (2) tổng hợp ống nano TiO2 từ hạt TiO2 nano bằng phương pháp thủy nhiệt.
Ví dụ điển hình về tổng hợp ống nano TiO2 đi từ các nguồn nguyên liệu khác nhau được mô tả dưới đây.
a. Sử dụng tiền chất Ti(O-C3H7)4
- Bước 1: Tổng hợp hạt TiO2 nano từ Ti(OC3H7)4 (97%, Sigma-Aldric) bằng phương pháp sol-gel theo trình tự sau đây: Lần lượt cho 40,3 g C2H5OH và 1,3 g HNO3 đặc (Trung Quốc -65%) vào cốc thủy tinh 200ml, đậy kín để hạn chế quá trình bay hơi dung môi, khuấy đều hỗn hợp trong 5 phút. Sau đó, 35,6 g
Ti(OC3H7)4 được thêm nhanh vào hỗn hợp. Khuấy hỗn hợp trong cốc kín trong 20 phút rồi cho bay hơi dung môi trong một khoảng thời gian thích hợp nhằm tạo điều kiện cho phản ứng gel hóa. Mẫu sau khi gel hóa được già hóa trong không
khí ở nhiệt độ phòng. Cuối cùng, sấy mẫu ở 80oC và nung ở 450oC trong 3h. Sản phẩm hạt nano sau nung có màu trắng, xốp, được nghiền mịn, dùng làm nguyên liệu cho bước tổng hợp thứ 2;
- Bước 2: Tổng hợp ống nano TiO2 từ hạt TiO2 nano bằng phương pháp thủy nhiệt. Cụ thể, 0,6g hạt TiO2 nano và 80ml dung dịch NaOH 10M (99%, Trung Quốc) lần lượt được cho vào bình teflon. Tiến hành khuấy và gia nhiệt hỗn hợp đến
130oC, giữ nhiệt độ hỗn hợp trong 3h. Kết thúc phản ứng, làm nguội lọ teflon về nhiệt độ phòng. Chất rắn được lấy ra và rửa gạn nhiều lần bằng nước cất đến pH bằng 7. Tiến hành quá trình trao đổi ion bằng cách ngâm chất rắn trong dung dịch axit HCl loãng (36,5%- Trung Quốc), nồng độ 0,1M trong 1h. Sau đó, rửa lại chất
rắn nhiều lần bằng nước cất về môi trường trung tính. Lọc và sấy khô sản phẩm ở 80oC trong 5h, nung ở 400oC trong 2h.
a. Sử dụng tiền chất Ti(O-C4H9)4
- Bước 1: Tổng hợp hạt TiO2 nano từ tiền chất Ti(OC4H9)4 (97%, Sigmaldrich) Cụ thể, chuẩn bị dung dịch A bằng cách lấy 43,25g C2H5OH, thêm vào 3,3 ml HCl đặc (36,5%, Trung Quốc) và 2,25g nước cất, đậy kín, khuấy đều trong 30 phút. Chuẩn bị dung dịch B chứa 43g C2H5OH (99,6%,Trung Quốc) đổ nhanh 42,5g tiền chất Ti(OC4H9)4, đậy kín và khuấy đều trong 30 phút. Sau đó, dung dịch A được cho nhanh vào dung dịch B, đậy kín và khuấy tiếp trong 20 phút. Gel được tạo thành bằng cách cho bay hơi dung môi.Tiến hành già hóa gel ở nhiệt độ phòng
kết hợp khuấy mạnh. Sau khi già hóa sấy mẫu ở 800C trong 2h rồi nung ở 4500C trong 3h, tốc độ gia nhiệt là 50C/phút. Sản phẩm sau nung có màu trắng, xốp, được nghiền mịn dùng làm nguyên liệu cho bước tổng hợp thứ 2;
- Bước 2: Tổng hợp ống nano TiO2 từ hạt TiO2 nano bằng phương pháp thủy nhiệt theo qui trình như đã được mô tả trong mục trên.
b. Sử dụng tiền chất TiCl4
- Bước 1: Tổng hợp hạt TiO2 nano từ tiền chất TiCl4 (99%, Trung Quốc). Cụ thể, 500ml nước được làm lạnh về 0oC bằng hỗn hợp đá muối. TiCl4 được nhỏ từ từ vào nước lạnh trong điều kiện khuấy mạnh cho đến khi thu được sol trong suốt màu vàng nhạt (tương ứng với nồng độ [Ti4+] đạt 0,7M). Tiến hành thủy phân sol ở 80oC trong 3h trong môi trường NH3. Kết tủa thu được được rửa nhiều lần với nước bằng phương pháp li tâm, đảm bảo loại hết ion Cl-, rồi sấy ở 80oC trong 3h và nung ở 450oC trong 2h;
- Bước 2: Tổng hợp ống nano TiO2 từ hạt TiO2 nano bằng phương pháp thủy nhiệt theo qui trình như đã được mô tả trong mục trên.