niken ferit
Niken ferit (NiFe2O4) là spinel nghịch trong đó các ion Ni2+ và Fe3+ phân bố ở các hốc bát diện, hốc tứ diện chứa các ion Fe3+
. Chúng có tính sắt từ điển hình, độ dẫn điện thấp, độ bền nhiệt cao. NiFe2O4 đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị cảm biến khí, thiết bị vi sóng, lƣu trữ thông tin…[13,33]. Năng lƣợng vùng cấm của NiFe2O4 là khoảng 1,56 – 2,19 eV nên nó có độ hấp
thụ rộng trong vùng nhìn thấy [32]. Mặt khác, nhờ tính chất từ, nó dễ dàng đƣợc thu hồi sau phản ứng. Do đó, NiFe2O4 đƣợc sử dụng làm chất quang xúc tác phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ ô nhiễm [32,34].
Ống nano NiFe2O4 có kích thƣớc 155-185 nm, diện tích bề mặt riêng 34,55 m2/g đã đƣợc tổng hợp thành công bằng phƣơng pháp nhiệt dung môi [32]. Trên phổ hồng ngoại (IR) của NiFe2O4 quan sát đƣợc các dao động đặc trƣng cho liên kết kim loại-oxi trong các hốc tứ diện (596 cm-1) và bát diện (409 cm-1). Hoạt tính quang xúc tác của mẫu NiFe2O4 trong các điều kiện khác nhau đã đƣợc nghiên cứu. Kết quả cho thấy, khi có mặt đồng thời H2O2, axit H2C2O4 và NiFe2O4, hiệu suất phân hủy metylen xanh (MB) đạt cao nhất (98,5%) sau 50 phút chiếu sáng.
Bằng phƣơng pháp đồng kết tuả, tác giả [26] cũng đã tổng hợp đƣợc các hạt nano NiFe2O4 cỡ 15-18 nm khi nung ở 500oC trong 3 giờ. Hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB khi chiếu sáng với sự có mặt của NiFe2O4 và H2O2 cũng đã đƣợc nghiên cứu. Sau 90 phút chiếu sáng, 99% phân tử MB bị phân hủy. Quá trình phân hủy MB trên hệ NiFe2O4/H2O2 tuân theo phƣơng trình động học bậc 1. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng cho thấy, sau 5 lần sử dụng, hiệu suất phân hủy MB của vật liệu NiFe2O4 vẫn đạt trên 90%.
Khi thay thế các ion kim loại khác nhau vào mạng tinh thể, tính chất từ, hoạt tính xúc tác của NiFe2O4 bị thay đổi. Ảnh hƣởng của các ion kim loại pha tạp đến cấu trúc, tính chất vật lí, hóa học, điện, từ và hoạt tính xúc tác của NiFe2O4 đã đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu [7,8,12,25,28,35].
Các mẫu NiFe2O4 pha tạp ion Cu2+ (CuxNi1-xFe2O4, x = 0 ÷ 1,0) đã đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp nhiệt phân ở 550oC trong 3 giờ [8]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi lƣợng ion Cu2+
pha tạp trong mẫu tăng, kích thƣớc tinh thể của NiFe2O4 tăng từ 10 nm đến 21 nm, năng lƣợng vùng cấm giảm từ 2,24 eV đến 2,03 eV. Ngoài ra, hiện tƣợng tăng hằng số mạng tinh thể cũng đƣợc quan sát. Tác giả [8] cho rằng, khi thay thế ion Cu2+
có bán kính ion (0,72 Å) lớn hơn của ion Ni2+
Bằng phƣơng pháp sol-gel, khi nung ở 800oC trong 3 giờ cũng thu đƣợc các mẫu nano CuxNi1-xFe2O4 (x = 0 ÷0,6) [35]. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy, kích thƣớc hạt của mẫu NiFe2O4 tinh khiết là khoảng 50 – 100 nm, lớn hơn so với của mẫu Cu0,6Ni0,4Fe2O4. Năng lƣợng vùng cấm của các mẫu CuxNi1-xFe2O4 giảm từ 1,72 eV đến 1,65 eV khi giá trị của x tăng. Ảnh hƣởng của ion Cu2+
đến hoạt tính quang xúc tác của NiFe2O4 đã đƣợc nghiên cứu thông qua phản ứng phân hủy tetracylin (TC). Hiệu suất phân hủy TC sau 360 phút chiếu sáng bằng đèn xenon tăng từ 35,3% đến 78,1% với sự có mặt của các mẫu CuxNi1-xFe2O4 khi x tăng từ 0 đến 0,6. Quá trình phân hủy TC trong điều kiện nghiên cứu tuân theo phƣơng trình động học bậc 1.
Phƣơng pháp sol-gel cũng đƣợc tác giả [7] sử dụng để tổng hợp 3 mẫu vật liệu là NiFe2O4, 1%mol Mg2+-NiFe2O4 và 5%mol Mg2+-NiFe2O4. Ảnh hƣởng của ion Mg2+
đến kích thƣớc tinh thể, hằng số mạng, năng lƣợng vùng cấm và hoạt tính quang xúc tác của NiFe2O4 cũng đã đƣợc nghiên cứu. Khi sử dụng ánh sáng mặt trời trong thời gian từ 11 giờ đến 14 giờ, với sự có mặt của H2O2 và các mẫu NiFe2O4 pha tạp Mg2+ cho hiệu suất phân hủy phenol cao hơn khi có mặt NiFe2O4 tinh khiết.
Các kết quả nghiên cứu đều cho rằng, hoạt tính quang xúc tác của các mẫu ferit khi pha tạp ion kim loại đều đƣợc cải thiện là do ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ thay đổi sự phân bố cation trong hốc tứ diện và bát diện, kích thƣớc hạt, diện tích bề mặt riêng, năng lƣợng vùng cấm, bản chất của ion pha tạp [7,8,35].