Cĩ nhiều phương pháp được áp dụng để tổng hợp oxit sắt từ nano: đồng kết tủa, phân hủy nhiệt, thủy nhiệt, sol-gel, vi nhũ, vi sĩng. Các phương pháp này được chia thành hai nhĩm: tổng hợp trong mơi trường nước và mơi trường khơng nước. Phương pháp tổng hợp trong mơi trường nước được áp dụng rộng rãi hơn vì dễ thực hiện, khơng đắt tiền và thân thiện mơi trường.
- Phương pháp đồng kết tủa: là phương pháp phổ biến nhất để chế tạo hạt oxit sắt từ nano. Nguyên lý của phương pháp này là phối trộn ion Fe(II) và Fe(III) theo tỷ lệ mol là 1:2, trong mơi trường kiềm mạnh (thường dùng NaOH hoặc NH4OH), ở nhiệt độ phịng hoặc nhiệt độ cao hơn. Phản ứng diễn ra theo phương trình sau:
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH− ⇆ Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 → Fe3O4↓ + 4H2O. (1.6)
Sau cơng bố đầu tiên của Massart và cộng sự [22], phương pháp tổng hợp này được nghiên cứu áp dụng rất rộng rãi do cĩ nhiều ưu điểm: quy trình đơn giản, chi phí thấp, thân thiện mơi trường và cĩ thể chế tạo được lượng sản phẩm lớn.
Gần đây, một số cơng trình nghiên cứu cải tiến phương pháp đồng kết tủa đã được cơng bố để nâng cao tính chất của oxit sắt từ nano. Năm 2012 Pereira và cộng sự đã báo cáo một quy trình đồng trùng hợp “1 bước” để thu được oxit sắt từ nano kích thước 4,9–6,3 nm rất đơn giản với hiệu suất cao, bằng cách sử dụng alkaloamin làm tác nhân kiềm [23]. Năm 2017 Lukowiec và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp hạt oxit sắt từ nano bằng phương pháp đồng kết tủa hĩa học cải tiến: hạt oxit sắt từ nano tổng hợp trong dung dịch axit tartaric cĩ kích thước khoảng 2,9 – 12,2 nm và cĩ giá trị năng lượng vùng cấm cao nhất (3,01eV) [24].
- Phương pháp thủy nhiệt: được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (trong khoảng 130 – 250°C và 0,3 – 4,0 MPa). Các dung dịch muối Fe(II) và Fe(III) được trộn lẫn vào nhau theo tỷ lệ mol 1:2 và cho vào autoclave để thực hiện phản ứng. Phương pháp này cho phép thu được oxit sắt từ nano cĩ độ kết tinh cao hơn phương pháp đồng kết tủa, đồng thời dễ kiểm sốt kích thước và hình dáng sản phẩm hơn [25].
nhiệt độ cao. Cĩ hai cách tiếp cận: (i) các tiền chất được đưa thẳng vào bình phản ứng đã gia nhiệt; (ii) các tiền chất được phối trộn ở nhiệt độ phịng, sau đĩ mới gia nhiệt. Phương pháp này cho phép tạo ra vật liệu cĩ độ kết tinh và mức độ đơn phân tán cao hơn, kích thước đồng đều hơn phương pháp đồng kết tủa [26]. Các tiền chất thường được sử dụng là Fe(CO)5 [27], Fe(acac)3 (acac = acetylacetonate) [28], oleat sắt [29], Fe(Cup)3 (Cup = N-nitrosophenylhydroxylamine) [30], Fe4[Fe(CN)6·14H2O] [31]. Để thu được hạt từ nano đơn phân tán, trong phương pháp tổng hợp này cịn sử dụng thêm các chất ổn định như axit oleic, 1-octadecen, 1-tetradecen, và oleylamin.
- Phương pháp sol-gel: thường sử dụng tiền chất là các alkoxid sắt và muối sắt (clorua, nitrat hay axetat), thơng qua phản ứng thủy phân và trùng ngưng [32]. Quá trình này được thực hiện trước tiên ở nhiệt độ phịng, sau đĩ nung ở nhiệt độ cao để vật liệu chuyển sang trạng thái tinh thể [33]. So với phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel cho phép tạo ra oxit sắt từ nano cĩ độ kết tinh cao hơn và cĩ tính ưa nước hơn. Tuy nhiên phương pháp này phức tạp, đắt tiền hơn và sử dụng nhiều ancol.