Hiện nay việc tổng hợp, nghiên cứu tính chất đặc trưng và tìm kiếm ứng dụng trong xử lí môi trường của các oxit nano, nhất là các oxit phức hợp kiểu spinel ferit đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.
Bằng phương pháp đồng kết tủa, tác giả [7] đã tổng hợp thành công CoFe2O4 khi nung ở 7000C trong 1,5 giờ với tác nhân kết tủa là dung dịch
KOH. Kết quả thu được các hạt nano CoFe2O4 có cấu trúc lập phương, kích thước tinh thể khoảng 30 ÷ 50 nm.
Phương pháp đốt cháy dung dịch đã được sử dụng để tổng hợp nhiều spinel ferit như NiFe2O4,CoFe2O4 [29], ZnFe2O4, MgFe2O4 [18,28],…Trong phương pháp này, chất nền đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến sự hình thành pha, kích thước tinh thể và tính chất của ferit tạo thành. Ảnh hưởng của tỉ lệ glyxin/chất oxi hóa (F/O) đến sự tạo pha, kích thước tinh thể của các nano CoFe2O4 và NiFe2O4 đã được nghiên cứu [29]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với khi tỉ lệ mol F/O là 0,4; 0,6 và 0,8 thì thu được đơn pha của CoFe2O4 và NiFe2O4. Ở các tỉ lệ F/O từ 1,0 đến 1,6, ngoài pha ferit còn thu được các pha của kim loại và oxit như Co, Ni, Fe2O3, NiO, CoO.
Trên phổ hồng ngoại của ZnFe2O4 và MgFe2O4 được tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy dung dịch với chất nền là glyxin (ở tỉ lệ F/O là 0,4) đã quan sát được các dao động hóa trị đặc trưng cho liên kết M-O ở vùng số sóng 400-600 cm-1 [28].
Các ferit được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu từ, thiết bị điện, y học, xúc tác.... [24]. Đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác, các ferit là chất quang xúc tác có hiệu quả trong nhiều phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ ô nhiễm như metylen xanh, rhodamin B, metyl da cam, 4-clophenol,...
Các spinel ferit MFe2O4 (M= Co, Zn, Cu and Ni) đã được tác giả [32] sử dụng làm chất quang xúc tác trong phản ứng phân hủy 4-clophenol với sự có mặt của H2O2. Sau 120 phút phản ứng, hiệu suất quang xúc tác đạt 62%, 79%, 81% và 78% khi có mặt của các ferit tương ứng là CuFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4
và NiFe2O4. MgFe2O4 cũng đã được sử dụng làm chất xúc tác trong phản ứng phân hủy metylen xanh với sự có mặt của H2O2, dưới ánh sáng nhìn thấy [18]. Sau 240 phút chiếu sáng, hiệu suất phân hủy metylen xanh đạt tới 89,73% khi có mặt đồng thời MgFe2O4 và H2O2. Khi được chiếu sáng bằng đèn Led, hiệu suất phân hủy tetracyclin (TC) đạt tới 94,2% khi sử dụng chất xúc tác là ZnFe O và có mặt H O [32].
Theo tác giả [32], khi có mặt của H2O2 và ZnFe2O4, phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ diễn ra theo cơ chế photo - Fenton dị thể, xảy ra theo phương trình sau:
ZnFe2O4 + Vis → ZnFe2O4 + e− + h+ (1.8) H2O2 + e− → •OH + OH− (1.9) Fe2+ +H2O2 → Fe3+ + •OH + OH− (1.10) Fe3+ +H2O2 → Fe2+ + •OOH + H+ (1.11) Fe2+ + •OOH → Fe3+ + •OOH− (1.12) Fe3+ + •OOH → Fe2+ +O2 + H+ (1.13) Fe3+ +e− → Fe2+ (1.14)
•OH + hợp chất hữu cơ → CO2 + H2O (1.15) h+ + hợp chất hữu cơ → CO2 + H2O (1.16) Tác nhân OH● là nhân tố chính trong quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ. Do sự chuyển hóa liên tục của Fe(III, II) nên tính bền của hệ ferit được tồn tại trong suốt quá trình phân hủy và các tác nhân OH● tiếp tục được tạo ra [30,32].
Ưu điểm khi sử dụng chất xúc tác ferit là dễ thu hồi và tái sử dụng sau phản ứng nhờ từ tính của chúng (hình 1.6).
Kết quả của nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, khi pha tạp ion kim loại, sự phân bố của các ion ở lỗ trống bát diện và tứ diện cũng như tính chất và hoạt tính của các ferit thay đổi [12, 19, 20, 24, 25].
Tác giả [27] đã tổng hợp được các mẫu NiFe2O4 pha tạp Mn2+ (MnxNi1- xFe2O4 với x = 0 ÷ 0,1) bằng phương pháp thuỷ nhiệt. Hằng số mạng tinh thể của các mẫu NiFe2O4 pha tạp Mn2+ đều lớn hơn của mẫu NiFe2O4 tinh khiết. Nguyên nhân là ion Mn2+
có bán kính ion (0,83 Å) lớn hơn bán kính của ion Ni2+ (0,69 Å) nên khi thay thế vào mạng tinh thể của ferit làm giãn ô mạng cơ sở.
Bằng phương pháp tổng hợp đốt cháy kết hợp với vi sóng, tác giả [21] đã tổng hợp hạt nano CoFe2O4 pha tạp Zn và nghiên cứu sự ảnh hưởng đến phản ứng phân huỷ rhodamin B. Kết quả thu được mẫu ZnxCo1-xFe2O4 (x = 0,1 ÷ 0,5) có kích thước tinh thể (44 ÷ 32 nm) đều nhỏ hơn và thể tích ô mạng cơ sở tăng so với mẫu CoFe2O4 tinh khiết. Hiệu suất phân huỷ RhB của các mẫu ferit pha tạp Zn đều cao hơn so với mẫu ferit tinh khiết và đạt cao nhất (99,5%) đối với mẫu Zn0,4Co0,6Fe2O4 sau 180 phút chiếu sáng bằng đèn Halogen 150 W. Tác giả [21] cho rằng với sự có mặt của ion Zn2+ trong tinh thể làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ trống do đó hoạt tính quang xúc tác của các mẫu CoFe2O4 pha tạp Zn được tăng cường. Ngoài ra khi pha tạp các ion kim loại thì tính chất từ của các ferit cũng thay đổi [12].