2.1.2.1. Tổng hợp NiFe2O4 và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
Vật liệu NiFe2O4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, theo quy trình sau: Cho 0,4 mol Fe(NO3)3. 9H2O và 0,2 mol Ni(NO3)2. 6H2O vào hỗn hợp chứa 50mL nước cất và 30mL etanol khuấy đều trong 60 phút. Thêm 15mL NH4OH vào hỗn hợp trên, lắc tiếp 120 phút. Sau đó chuyển toàn bộ dung dịch vào bình Teflon, tiến hành thủy nhiệt 1800C trong 12 giờ. Chất rắn được tách bởi nam châm, sau đó rửa nhiều lần bằng nước cất và etanol cho đến pH=7. Chất rắn thu được, được sấy ở 800
C trong 24 giờ, sau đó mẫu được nung ở các nhiệt độ (t) khác nhau (t= 350, 400, 450, 500 và 7000
C trong 4 giờ, thu được sản phẩm NiFe2O4 (t), mẫu kí hiệu: NF (t).
Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng lượng Fe(NO3)3. 9H2O (Fe3+) và Ni(NO3)2. 6H2O (Ni2+) đến quá trình tổng hợp vật liệu NiFe2O4. Trong nghiên cứu này thay đổi lượng Fe3+
và cố định lượng Ni2+, tỉ lệ mol Fe3+
: Ni2+ = 1:1; 1,5:1; 2:1; 2,5:1 và 3:1 mol và tiến hành thí nghiệm như trên. Mẫu thu được kí hiệu: NF (x:y), ở đây x là số mol Fe3+
và y là số mol Ni2+.
2.1.2.2. Quy trình tổng hợp O và O biến tính
Graphen oxit được tổng hợp theo phương pháp Hummers biến tính [65], quy trình tổng hợp như sau:
Cho 1 gam graphit cacbon, 0,5g NaNO3 và 23mL H2SO4 98% đậm đặc vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, làm lạnh hỗn hợp ở (0-50C) và khuấy đều trên máy khuấy từ trong 30 phút, dung dịch tạo thành có màu đen. Nâng nhiệt độ lên 150C và cho từ từ từng lượng nhỏ kết hợp với khuấy đều liên tục 3g KMnO4, dung dịch thu được có màu xanh đen. Sau đó nâng tiếp nhiệt độ đến 400C và giữ trong khoảng thời gian 30 phút. Tiếp tục thêm 100mL nước cất và nâng nhiệt độ lên đến 980C, khuấy liên tục trong 1 giờ tạo thành dung dịch có màu nâu. Để nguội, sau đó cho thêm 10mL H2O2 30% vào hỗn hợp khuấy
trong 1 giờ tạo thành dung dịch có màu nâu sáng. Để nguội tự nhiên, lọc rửa sản phẩm nhiều lần bằng axit HCl 5%, sau đó rửa bằng nước cất đến pH bằng 7. Rung siêu âm 30 phút. Sấy mẫu ở 70oC qua đêm thu được graphen oxit.
Graphen oxit biến tính (bởi N/ N,S) được tổng hợp theo quy trình như sau: Tương tự như tổng hợp GO, sau khi cho graphit cacbon, NaNO3 và H2SO4 đậm đặc vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, làm lạnh hỗn hợp ở (0-50C) và khuấy đều trên máy khuấy từ, nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 150C và cho từ từ từng lượng nhỏ kết hợp với khuấy đều liên tục KMnO4. Tiếp đến cho một lượng xác định chất biến tính, ở đây dùng nguồn ban đầu đưa vào là urea và thioure. Cho m gam urea/ thioure (m = 1,0; 1,5 và 2,0 gam) vào hỗn hợp, nâng nhiệt độ lên đến 400C. Tiếp tục thêm 100mL nước cất và nâng nhiệt độ lên đến 980C, khuấy liên tục trong 1 giờ sau đó cho thêm 10mL H2O2 30% vào hỗn hợp khuấy tiếp trong 1 giờ. Để nguội tự nhiên, lọc rửa sản phẩm nhiều lần bằng axit HCl 5%, sau đó rửa bằng nước cất. Sản phẩm thu được, được tách lớp bằng kỹ thuật siêu âm với dung môi nước trong 1 giờ trên thiết bị siêu âm Elmasonic S 100H có tần số siêu âm 37 kHz. Lọc, lấy sản phẩm rắn sấy ở nhiệt độ 800
C trong 12 giờ, thu được graphen oxit biến tính, mẫu được kí hiệu là GO-N (khi dùng ure và các mẫu lần lượt là GO-N1,0, GO-N1,5 và GO-N2,0) và GO-N,S( khi dùng thioure và các mẫu lần lượt là GO-N,S1,0; GO-N,S1,5 và GO-N,S2,0).
2.1.2.3. Tổng hợp composite NiFe2O4/ O, O biến tính bởi N/ N,S
Composite NiFe2O4/ GO, NiFe2O4/ GO-N và NiFe2O4/ GO-N,S tổng hợp theo phương pháp thủy nhiệt [120] đi từ GO và GO biến tính với muối Fe3+ và Ni2+, quy trình được thực hiện như sau: Cho GO/ GO biến tính (chọn mẫu GO-N và GO-N,S tối ưu) vào hỗn hợp chứa 50mL nước cất và 30mL etanol khuấy trên máy khuấy từ trong 10 phút. Rung siêu âm trong 1 giờ, được hỗn hợp 1. Cho tiếp hỗn hợp gồm muối Fe(NO3)3. 9H2O và Ni(NO3)2. 6H2O đã được hòa tan trong etanol (tỉ lệ mol Fe3+
máy lắc trong 60 phút. Tiếp theo thêm 15mL NH4OH vào hỗn hợp trên, lắc tiếp 120 phút. Sau đó chuyển toàn bộ dung dịch vào bình teflon, tiến hành thủy nhiệt 1800C trong 12 giờ. Lọc rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất và etanol cho đến pH=7. Sấy chất rắn ở 600C trong 24 giờ, tiếp đến nung ở 4500
C trong 4 giờ trong dòng khí nitơ, thu được NiFe2O4/ GO và GO biến tính bởi N/ N,S mẫu lần lượt được kí hiệu: NF/ GO; NF/ GO-N và NF/ GO-N,S.