1.6. Một số phương pháp hóa học điều chế vật liệu nano
1.6.2. Phương pháp nhiệt dung môi
Phương pháp kết tủa trong dung môi hữu cơ được sử dụng rộng rãi để điều chế vật liệu nano, ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm đồng nhất dễ dàng cho các ứng dụng, đặc biệt là ứng dụng y sinh. Đặc điểm chung của phương pháp này là phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao (trên 1000C). Các chất hữu cơ sử dụng làm dung môi thường đồng thời là chất hoạt động bề mặt, vì vậy phản ứng xảy ra qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn tạo phức: Là sự tạo phức của ion kim loại với phân tử dung môi, các phân tử dung môi này thường chứa các nhóm chức –OH, -COOH, -NH2 hoặc các nhóm chức khác có thể tạo phức với ion kim loại.
- Giai đoạn tạo kết tủa: Là giai đoạn các tác nhân kết tủa như
𝑂𝑂𝑂𝑂−,𝑋𝑋𝑛𝑛− (X là các gốc axit như florua, photphat, sunfat..) thay thế liên kết của phức chất tạo kết tủa.
Một số vật liệu tiêu biểu chứa nguyên tố đất hiếm được điều chế bằng phương pháp này được Krishna Kattel cùng cộng sự công bố trong công trình [49], ở đây Ln2O3 (Ln = Eu, Gd, Dy, Ho và Er) được điều chế từ tiền chất là các muối GdCl3.xH2O, Dy(NO3)3.5H2O, Er(NO3)3.5H2O, Eu(NO3)3.5H2O, Ho(NO)3.5H2O, chất tạo bọt là H2O2 và NaOH được sử dụng ở dạng viên rắn. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ từ 70 – 1000C trong hai giờ, sản phẩm thu được là các hạt nano oxit đất hiếm có kích thước 2 – 3 nm, đây là kích thước lý tưởng cho ứng dụng tương phản quang trong MRI.Vật liệu LnPO4(Ln = La, Y, Eu, Tb và Ho) có các hình thái khác nhau (đa diện và dây) đã được tổng hợp từ Ln(NO3)3 tương ứng hoặc hydroxit
trong hỗn hợp axit oleic/oleylamine/octadecene ở 180 °C [75]. Trong nghiên cứu của mình, các tác giả Mai H-X, Zhang Y-W và nhóm nghiên cứu đã phát hiện sự liên hệ giữa kích thước và hình dạng của hạt phụ thuộc vào bản chất của cation đất hiếm và tỷ lệ axit oleic/oleylamine. Ngoài ra, chấm lượng tử LaPO4:Eu2+ có kích thước 3,5 nm cũng đã được tổng hợp ở 240 °C từ muối clorua tương ứng và Na3PO4
trong hỗn hợp axit oleic/octadecene[61].
Cho đến nay, phần lớn các cấu trúc nano chứa nguyên tố đất hiếm đã được điều chế theo phương pháp kết tủa trong dung môi hữu cơ và dung môi nước, kết quả đượcthống kê trong bảng 1.1[31].
Bảng 1.1. Thống kê điều kiện điều chế một số vật liệu nano của nguyên tố đất hiếm[31].
Vật liệu Dung môi Chất hoạt động bề mặt Thời gian phản ứng phản ứng (Nhiệt độ 0C) Hình thái
LiYF4:Nd3+ 1-Octadecene Axit Oleic 90 min 300 (N2) Bát diện
α-NaHoF4 1-Octadecene Axit Oleic 15–45 min 250–330 (Ar) Nano Polyhedral
NaYF4:Yb3+,Er3+, Tm3+ 1-Octadecene Axit Oleic 1 h 300 (Ar) Dạng tấm, dạng cầu
GdPO4 Butylene glycol 1 h (MW) 120 Tứ diện
YF3 Ethylene glycol 15 h 120 Hình thoi
Ca5(PO4)3)(OH):Eu3+ Water PAA 1 h (MW) 180 Dạng trục
ZnGa2O4:Eu3+, Cr3+ Ethylenediamine 48 h 200 Dạng cầu
NaGdF4 Water Natri xitrat 24 h 180 Dạng que
BaGdF5 Water EDTA 24 h 180 Dạng cầu
REF3 Nước/Etanol Natri linoleat/axit Linoleic 8–10 h 100–200 Hình thái đa dạng
BiPO4:Eu3+ Ethylen glycol/glycerol Sodium citrate 20 h 120 Hình sao
YVO4:Eu3+:Bi3+ Ethylen glycol/nước PAA 5 h 120 Hình gần cầu
BaGdF5:Yb3+, Er3+ Ethylen glycol PEI 24 h 190 Hình cầu
GdF3 Diethylen glycol 15 h 120 Hình gần cầu