6. Cấu trúc luận văn
1.3.2. Phương pháp tổng hợp và ứng dụng của SnO2
Cấu trúc linh hoạt của SnO2 đã dẫn đến những tính chất thú vị làm cho các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu và tổng hợp. Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp được sử dụng để tổng hợp SnO2 như: thủy nhiệt, dung môi riêng, sol-gel, bốc cháy chân không…
Hae-Ryong Kim [35] sử dụng phương pháp thủy nhiệt ở 600 oC từ các hóa chất SnCl2.2H2O, H2C2O4, HCl, và N2H4.H2O điều chế thành các vi cầu nano SnO2. Các hình cầu phân cấp SnO2 có khả năng phản hồi cực nhanh, khoảng 1 s (50-90 lần) và phản ứng với khí với độ nhạy cao đến 10-50 ppm
C2H5OH (1,7-3,3 lần) so với các vật liệu SnO2 tổng hợp từ các phương pháp khác. Các đặc điểm cảm biến khí được cải thiện đáng kể bởi sự khuếch tán nhanh chóng của chất khí lên toàn bộ vật liệu cảm biến thông qua mạng lưới xốp nano.
S. P. Kim và các cộng sự [36] đã điều chế SnO2 bằng phương pháp kết tủa và đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và quang phổ hấp thụ tia X (XAS). Kết quả XRD cho thấy các hạt nano SnO2 có cấu trúc rutile tetragonal (cassiterite) điển hình với kích thước tinh thể trung bình khoảng 4,5 nm và trạng thái oxy hóa của tin là +4. Các hạt nano SnO2 tổng hợp được cho thấy hoạt tính xúc tác quang cao hơn khoảng 3,8 lần so với SnO2 dạng cầu trong sự phân hủy quang MB.
Các thanh nano và hình cầu SnO2 rỗng được Lin Tan [37] điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt sol-gel trong nước từ tin cloride và sodium dodecyl sulfate trong hexanol và heptane dưới nhiệt độ và thời gian xử lý thủy nhiệt khác nhau. Các sản phẩm là hình cầu rỗng có đường kính khoảng 200-900 nm và độ dày vỏ từ 60-70 nm khi thủy nhiệt ở 160 oC và có cấu trúc nano dạng que với đường kính từ 20-40 nm, chiều dài khoảng 100-300 nm nếu thủy nhiệt ở hai nhiệt độ là 180 oC và 200 oC.
Các hạt và màng xốp có cấu trúc phân lớp bao gồm SnO2 tinh thể nano được Hirotoshi Ohgi [38] tổng hợp một cách sáng tạo bằng cách oxy hóa dần tin (II) trong một hệ thống nước ở nhiệt độ thấp. Các hạt hình cầu và hình gai có diện tích bề mặt lớn trong khoảng 120-230 m2/g được tạo ra bởi sự phát triển của các hạt và mảnh SnO2 kích thước nano tương ứng. Các pha vô định hình và monoxide chứa trong các hạt và màng lắng đọng dễ dàng chuyển thành tinh thể SnO2 mà không làm biến dạng cấu trúc vĩ mô bằng cách thủy nhiệt ở 150 °C trong nước và nung ở 500 °C trong không khí. SnO2 tinh thể nano dễ xử lý
với cấu trúc phân lớp và xốp sẽ được sử dụng cho các ứng dụng thực tế khác nhau.
Kỹ thuật sol-gel là phương pháp rất linh hoạt, đơn giản và chi phí thấp để chế tạo các cấu trúc quang tử có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [39]. Trong quá trình tổng hợp sol-gel, các hợp chất có thành phần được kiểm soát tốt có thể thu được dưới dạng màng mỏng, bột hoặc đá nguyên khối. Các vật liệu thu được sau đó có thể được sử dụng để điều chế các cấu trúc quang tử như ống dẫn sóng, tinh thể quang tử, lớp phủ và kính số lượng lớn. Masashi Shoyama [4], cùng các nhà khoa học khác điều chế thành công màng mỏng SnO2 bằng phương pháp sol-gel. Cấu trúc vi mô của màng SnO2 được phát triển mạnh mẽ nhờ việc bổ sung ethylene glycol, chứng tỏ quá trình kết tụ của các hạt SnO2 bị cản trở bởi ethylene glycol. Độ nhạy với CO của màng SnO2 tăng lên khi hàm lượng ethylene glycol tăng, và đạt hiệu quả cao nhất ở nhiệt độ 500
oC, gấp 12 lần so với màng SnO2 không chứa ethylene glycol.
Do đặc tính dẫn điện của nó kết hợp với độ ổn định nhiệt tuyệt vời và độ trong suốt quang phổ nhìn thấy được, SnO2 cực kỳ hấp dẫn như một vật liệu dẫn điện trong suốt cho các ứng dụng lớp phủ cửa sổ phát xạ thấp và pin mặt trời, cũng như trong lithium-ion pin và cảm biến khí [40]. Nó cũng là một chất xúc tác quan trọng và hỗ trợ xúc tác cho các phản ứng oxy hóa.
Chính vì vậy, việc tìm ra một phương pháp đơn giản, dễ thực hiện để tổng hợp vật liệu mới trên cơ sở SnO2 luôn được các nhà khoa học quan tâm.