-PVA
Giá trị pH là một trong những thông số quan trọng trong quy trình tổng hợp vật liệu khi đi từ pha dung dịch. Giản đồ XRD các mẫu gel nung khi tạo gel Ni2+-PVA ở các giá trị khác nhau được đưa ra trên hình 3.4.
Hình 3.4: Giản đồ XRD của mẫu gel nung theo pH tạo gel Ni2+-PVA
Kết quả trên hình 3.4 cho thấy, tất cả các mẫu gel nung đều thu được các vạch nhiễu xạ sắc nét đặc trưng cho pha tinh thể NiO. Tuy nhiên, cũng quan sát thấy các mẫu gel nung được tổng hợp ở các giá trị pH = 2, 3, và 5 ngoài các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho sự hình thành pha tinh thể NiO còn có vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể Ni kim loại, rõ nhất ở vị trí góc quét 2 = 45o và 2 = 52o. Mẫu gel nung tổng hợp ở giá trị pH = 4 có các vạch nhiễu xạ đặc trưng duy nhất cho đơn pha tinh thể NiO.
Trong quá trình tổng hợp vật liệu oxit kim loại theo phương pháp đốt cháy gel PVA, ở pH thấp (1 - 3) gel thu được có độ nhớt thấp, khi sấy gel kém xốp dẫn tới sản phẩm sau nung kém tơi xốp. Khi ở pH cao hơn (4 - 5),
47
mẫu gel thu được xốp hơn. Điều này có thể được lý giải là do PVA khi tan trong nước là lưỡng cực có khả tạo liên kết với nhau và liên kết với các caction kim loại dưới dạng phức nên bị ảnh hưởng bởi giá trị pH dung dịch. Ở pH thấp khả năng tạo phức của PVA với cation kim loại kém, và khi ở pH cao các ion kim loại bị kết tủa chọn lọc hydroxit.
Bảng 3.1: Kích thước tinh thể trung bình oxit NiO khi tổng hợp ở các điều kiện khác nhau
Điều kiện tạo gel Ni2+
-PVA Kích thước tinh thể
trung bình (nm) pH Tỷ lệ mol Ni2+ /PVA Nhiệt độ 2 1/3 80 38,7 3 1/3 80 28,4 4 1/3 80 25,8 5 1/3 80 34,6 4 1/6 80 58,5 4 1/1 80 42,9 4 3/1 80 52,5 4 6/1 80 60,1 4 1/3 100 38,9 4 1/3 60 33,0 4 1/3 40 31,4
Khả năng tạo phức của PVA với các cation kim loại trong dung dịch cũng được để xuất bởi Kweon [68] khi sử dụng PVA để tổng hợp La1- xSrxCoO3. Vì vậy, có thể đề xuất vai trò của PVA trong tổng hợp vật liệu oxit như làm nhiên liệu cung cấp năng lượng cho quá trình tinh thể hóa hình thành oxit, phân tán đồng đều các cation kim loại trong dung dịch dưới dạng liên kết tạo phức với cation kim loại. Trong các tài liệu khác [72, 85] khi công bố kết quả tổng hợp vật liệu oxit của các kim loại khác như Mn2O3,
48
Fe2O3, LaMnO3, LaCrO3..., khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH cũng thu được kết quả tương tự.
Mặt khác, kết quả tính kích thước tinh thể trung bình pha NiO theo điều kiện tổng hợp mẫu oxit NiO được thể hiện trên bảng 3.1. Kết quả cho thấy oxit NiO tổng hợp ở pH = 4 có kích thước tinh thể trung bình nhỏ nhất, các mẫu tổng hợp ở pH khác kích thước tinh thể trung bình pha NiO đều tăng. Như vậy sự xuất hiện của pha Ni kim loại có thể do quá trình tạo gel kém dẫn đến tạo thành pha Ni kim loại ngay sau khi phân hủy gel, với thời gian nung 2 giờ trong 600oC pha Ni kim loại chưa thể chuyển hoàn toàn về pha NiO. Kết quả kích thước tinh thể trung bình tính theo phương trình Scherrer trong bảng 3.1 khá phù hợp với tài liệu [86] khi khảo sát kích thước hạt oxit NiO bằng phương pháp khác.
Các thí nghiệm tiếp theo gel hình thành được nung ở 600oC và tạo gel ở pH = 4 để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác đến quá trình tổng hợp đơn pha tinh thể NiO.