CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Đặc trƣng vật liệu Fe/GO và Cu-Fe/GO
3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ XRD của các mẫu Fe/GO và Cu-Fe/GO được trình bày trên Hình 3.8
Hình 3.8. Giản đồ XRD của GO, Fe/GO và Cu-Fe/GO
Trên Hình 3.8 có thể thấy pic 2θ ~11o đặc trưng cho vật liệu GO, khoảng cách
giữa các mặt = 0,789 nm do sự hình thành của số lượng lớn các nhóm chức chứa
oxy trong GO tổng hợp được [102,138]. Quá trình đưa Fe3+ và Cu2+ lên trên GO
làm cho pic ở 2θ ~11o
giảm mạnh và hầu như khơng cịn thấy xuất hiện. Điều này được cho là sự đan xen giữa các hạt nano Fe, Cu giữa các lớp của GO đã làm suy yếu tín hiệu của đỉnh cacbon [106]. Trên giản đồ XRD của Fe/GO và Cu-Fe/GO đều xuất hiện các vạch phổ đặc trưng như: 24,1° (012), 33,1° (104), 36,5° (110), 40,8° (113), 49,4° (024), 54,1° (116), 57,5° (018), 62,3° (214) và 64° (300) phù hợp
với các dữ liệu chuẩn cho cấu trúc của Fe2O3 [106]. Đối với xúc tác Cu-Fe/GO
ngoài các vạch phổ đặc trưng cho cấu trúc Fe2O3 không thấy xuất hiện các vạch phổ
đặc trưng của Cu2O, CuO và Cu, điều này là do hàm lượng Cu trong vật liệu chỉ
chiếm 2% theo tính tốn, trong khi giới hạn phép đo XRD là 5% do đó các pic đặc trưng này sẽ khơng xuất hiện. Giản đồ XRD của vật liệu Fe/GO và Cu-Fe/GO xuất
Goc 2 Theta 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 C uo ng d o ( a. u) GO Fe/GO * * * * * * * * * * * * * Cu/Fe/GO
hiện nhiều tín hiệu nhiễu hơn so với giản đồ XRD của vật liệu Fe3O4/GO. Nguyên
nhân có thể là do hàm lượng của Fe3O4/GO (70%) lớn hơn nhiều so với hàm lượng
của các hạt nano sắt (20%) trong vật liệu Fe/GO, do vậy sự cạnh tranh cường độ tín hiệu giữa cacbon và Fe sẽ diễn ra mạnh hơn. Ngoài ra, phương pháp phương pháp cấy nguyên tử sử dụng quá trình thăng hoa của các oxit sắt dễ dàng bị khử bởi khí CO sinh ra trong quá trình GO phản ứng ở nhiệt độ cao, do đó tạo thành các hạt
nano Fe ở hóa trị thấp hơn dẫn đến gây nhiễu tín hiệu đặc trưng của pha Fe2O3.
3.2.2.Kết quả phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
Kết quả đo phổ FT-IR của Fe/GO và Cu-Fe/GO được thể hiện trên Hình 3.9.
Hình 3.9. Phổ FT-IR của GO, Fe/GO và Cu-Fe/GO
Quan sát phổ FT-IR của GO ở Hình 3.9 cho thấy có sự tồn tại của nhóm
cacbonyl C=O (trong khoảng 1500 – 1730 cm-1) [118]. Các pic n m trong khoảng
1200 – 1250 cm-1 đặc trưng cho sự tồn tại của liên kết C–O [118]. Các pic ở khoảng
2925 cm-1, 2850 cm-1 đặc trưng cho sự tồn tại của liên kết –CH2–. Quá trình đưa ion
Fe3+ lên trên GO làm xuất hiện của các pic đặc trưng cho liên kết của Fe3+
với các
tồn tại trong cấu trúc Fe2O3 hoặc Fe0 [45]. Như vậy trong thành phần của Fe/GO có
chứa một phần pha Feo và FexOy. Quan sát phổ FT-IR của Cu-Fe/GO còn xuất hiện
các pic với cường độ thấp ở khoảng 506 cm-1 và 430 cm-1 đặc trưng cho sự tồn tại
của Cu2O, Cu và CuO trong cấu trúc vật liệu [23,93]. Quan sát cả 3 phổ của GO,
Fe/GO và Cu-Fe/GO đều cho thấy sự giảm đi đáng kể pic ở 2400 cm-1 đặc trưng
cho hấp phụ CO2 lên GO.
3.2.3. Kết quả phân tích ảnh SEM
Hình thái học của vật liệu Fe/GO và Cu-Fe/GO được thể hiện thơng qua ảnh SEM và được trình bày trên Hình 3.10
Hình 3.10. Ảnh SEM của Fe/GO (a) và Cu-Fe/GO (b)
Trên ảnh SEM của vật liệu Fe/GO và Cu-Fe/GO đều cho thấy sự phân bố tốt của các hạt nano sắt và đồng trên các lớp GO. Tại các mép của lớp GO không quan sát thấy sự che phủ của các hạt Fe điều này có thể khẳng định phương pháp cấy
nguyên tử đã làm cho Fe, Fe-CuOx phân tán tốt hơn trên bề mặt của của GO. Để
thấy rõ hơn sự phân bố đó chúng tơi sử dụng ảnh chụp mapping của hai vật liệu này để đánh giá. Ảnh chụp mapping (Hình 3.11) cho thấy sự phân bố đều của Fe và Cu trên bề mặt GO. Đối với cả hai mẫu, kích thước hạt oxit sắt và oxit đồng đều rất nhỏ (nhỏ hơn 10 nm).
a
Hình 3.11. Ảnh Mapping của hệ thống phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) đối với
các mẫu Fe/GO (a,c) và Cu-Fe/GO (b,d)
Từ ảnh SEM và ảnh mapping đều đã cho thấy sự thành cơng của q trình đưa Fe và Cu vào trong vật liệu GO thơng qua q trình cấy nguyên tử. Tuy nhiên để xác định chính xác hơn kích thước của vật liệu chúng tơi tiến hành đo TEM và HR- TEM.
3.2.4. Kết quả phân tích ảnh TEM và HR-TEM
Kết quả chụp ảnh TEM và HR-TEM của Fe/GO và Cu-Fe/GO được thể hiện trên Hình 3.12.
a
c d
Hình 3.12. Ảnh TEM; HR-TEM của Fe/GO (a,b) và Cu-Fe/GO (c,d)
Trên ảnh TEM và HR- TEM đều cho thấy phần sáng màu đại diện cho các lớp GO còn những hạt tối màu đại diện cho nano sắt và đồng. Từ ảnh TEM và HR-TEM Hình 3.12 cho thấy kích thước hạt nano oxit sắt và oxit đồng đều n m trong khoảng từ 5 - 10 nm. Sự kết tập các hạt lại hầu như rất ít. Tuy nhiên có thể nhận thấy r ng với quá trình tổng hợp Fe/GO và Cu-Fe/GO b ng phương pháp cấy nguyên tử thì các lớp GO thường có xu hướng bị rạn nứt khá nhiều. Nguyên nhân có thể được giải thích là do trên bề mặt GO có chứa nhiều nhóm chức chứa oxy do đó chúng rất dễ
hấp thụ các phân tử H2O [28]. Khi phản ứng ở nhiệt độ cao sẽ kéo theo sự bay hơi
mạnh của H2O làm giãn các lớp GO cũng như phá hủy một phần các lớp này. Đối
với Cu-Fe/GO, ngoài tương tác của Fe với các nhóm chức bề mặt của GO cịn có sự
a b
khử của Cu với Fe làm giảm hóa trị của Fe do đó kéo theo sự rạn nứt bề mặt của GO (Hình 3.12c) lớn hơn so với quá trình đưa riêng lẻ Fe lên GO (Hình 3.12a).