6. Cấu trúc luận văn
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano Fe2O3
Các oxit sắt nhƣ Fe2O3 là chất hoạt động hóa học bề mặt, chất tƣơng thích hóa học không độc hại. Đặc biệt các loại nano oxit sắt với tính chất từ nên đƣợc ứng dụng rộng rãi trong y học làm chất tƣơng phản trong chụp ảnh cộng hƣởng từ, trong đánh dấu các mô tế bào ung thƣ, điều khiển dẫn thuốc vào cơ thể hoặc dùng trong liệu pháp nhiệt vùng - tế bào ung thƣ đƣợc đánh dấu bởi hạt nano oxit sắt, đốt nóng bằng trƣờng xoay chiều và tác động đến tế bào đó, nhiệt sinh ra gây kích thích đến hoặc để tiêu diệt các tế bào gây hại.
1.1.4.2. Ứng dụng trong xúc tác quang xử lý môi trường
Fe2O3 là chất xúc tác quang thân thiện với môi trƣờng và hiệu quả, nó đƣợc sử dụng cho quá trình hấp thụ và phân hủy xử lý các chất ô nhiễm khác nhau nhƣ loại bỏ các chất độc vô cơ, diệt khuẩn và vi sinh vật, ôxi hóa chất hữu cơ. Fe2O3 đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp so-gel, đốt cháy tổng hợp, oxi hóa khử…. và nghiên cứu khả năng hấp thụ của chúng với các kim loại nặng, các chất nhuộm mang màu. Nhờ vào sự hấp thụ các photon có năng lƣợng lớn hơn năng lƣợng vùng cấm của Fe2O3 mà các electon bị kích thích từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, tạo các cặp điện tử - lỗ trống. Những cặp này sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng oxi hóa khử, các lỗ trống có thể tham gia trực tiếp vào phản ứng oxi hóa các chất độc hại hoặc có thể tham gia vào giai đoạn trung gian tạo thành các gốc tự do hoạt động để tiếp tục oxi hóa các hợp chất chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nƣớc ít độc hại nhất. Chính vì vậy Fe2O3 đƣợc sử dụng để xử lý nƣớc, nƣớc thải phóng xạ [20], [21], công nghiệp, không khí ô nhiễm, diệt vi khuẩn, vi rút, nấm,…
1.1.4.3. Ứng dụng sản xuất nguồn năng lượng sạch hydro
Đứng trƣớc tình trạng khủng hoảng năng lƣợng nhƣ hiện nay, con ngƣời đang tìm đến những nguồn năng lƣợng sạch, năng lƣợng mới, năng lƣợng tái tạo để dần thay thế năng lƣợng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Hydro
đƣợc xem nhƣ một giải pháp hữu hiệu, vừa đảm bảo khả năng tạo ra năng lƣợng lớn, vừa thân thiện với môi trƣờng vì có sản phẩm tạo ra chỉ là nƣớc. Với thế điện cực phù hợp, hoạt tính xúc tác mạnh, độ bền hoá học cao, có một phần phổ hấp thụ ánh sáng thuộc phổ bức xạ mặt trời, hiệu suất chuyển hóa và hiệu suất lƣợng tử cao, tƣơng thích với sự biến đổi các chất và các môi trƣờng phản ứng, đặc biệt là giá thành thấp [22].
1.1.4.4. Ứng dụng làm cảm biến khí
Là một chất bán dẫn loại n thân thiện với môi trƣờng, -Fe2O3 đã đƣợc chứng minh là một vật liệu nhạy với khí để phát hiện khí độc, dễ cháy, nổ và có hại ở cả hai ứng dụng trong công nghiệp và nƣớc. Các nghiên cứu mở rộng đã đƣợc thực hiện để cải thiện hiệu quả cảm biến khí của các cảm biến dựa trên -Fe2O3, chẳng hạn nhƣ thêm chất xúc tác, pha tạp, giảm kích thƣớc hạt, kiểm soát lỗ trống và khuyết tật bề mặt,....Cảm biến có thể là một trong những phƣơng pháp hứa hẹn nhất trong việc đo nồng độ acetone, do tính đơn giản, chính xác và tiện lợi của nó. Cảm biến khí đƣợc chế tạo từ vật liệu nano - Fe2O3 dùng để phát hiện và đo lƣờng acetone tại nơi làm việc là cần thiết cho sự an toàn của con ngƣời và sức khỏe [23]. Acetone là một thuốc thử hóa học, nó đƣợc áp dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhƣng dễ bay hơi và bản chất độc hại đã làm cho nó nguy hiểm cho những ngƣời ở nồng độ cao trong không khí. Nó có thể gây ra một nhức đầu, mệt mỏi, buồn nôn, thậm chí mê man và tử vong với nồng độ acetone trong không khí cao hơn 1000 ppm. Cao hơi acetone nồng độ cũng sẽ có ảnh hƣởng xấu đến chức năng của thận và gan. Cảm biến khí oxy của ZrO2 đƣợc nâng cao hiệu quả nhờ vật liệu nano - Fe2O3 [24].
1.1.4.5. Các ứng dụng khác của nano Fe2O3
Oxit sắt là nguyên liệu đầy hứa hẹn từ quan điểm về khía cạnh kinh tế và môi trƣờng. Chẳng hạn nhƣ Pin lithium ion có thể sạc lại với mật độ năng
lƣợng cao đã đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ là nguồn năng lƣợng cho các thiết bị cầm tay khác nhau. Chất điện phân lỏng hữu cơ dễ bay hơi và dễ cháy đƣợc sử dụng cho pin có sẵn trên thị trƣờng tuy nhiên nhu cầu pin lithium ion an toàn hơn ngày càng cấp thiết hơn. Việc sử dụng các chất điện phân rắn không cháy thay vì chất điện phân lỏng đƣợc chỉ ra là một cách hiệu quả để sản xuất ion lithium pin có độ an toàn cao và độ tin cậy cao [25]. Việc tổng hợp đƣợc vật liệu Fe2O3 kích thƣớc nano làm tăng hiệu suất của pin. Khả năng phóng điện đầu tiên của các tế bào với một số kích thƣớc của -Fe2O3 tăng lên khi giảm kích thƣớc của hoạt chất vật liệu [26].
Ngoài ra Fe2O3 có thể đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhƣ xúc tác, làm sạch nƣớc, công nghệ lƣu trữ và sinh học.