CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
4.1.1. Khảo sát hạt nanô ôxít sắt theo nhiệt độ khác nhau
Từ cơ sở lý thuyết tổng quan cùng với sự kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây của nhóm nghiên cứu, chúng tôi tiến hành tổng hợp hạt nanô ôxít sắt Fe3O4 theo quy trình ở hình 3.1 trong môi trường khí Argon.
Trong quá trình tạo hạt, tỉ lệ Fe2+: Fe3+ được giữ không đổi. Tiến hành khảo sát nhiệt độ sấy hạt nanô ôxít sắt ở nhiệt độ 50°C và 70°C.
Bảng 4.1. hảo sát hạt trần ôxít sắt tạo được sấy ở các nhiệt độ khác nhau
Mẫu Nhiệt độ tạo hạt (oC)
Nhiệt độ sấy(oC) Chân không Không khí
M1 50°C 50°C 50°C
M2 50°C 70°C 70°C
Hình 2.4.Bể siêu âm UltrasonicLC60H.
Dưới đây là một số kết quả đo FT-IR và XRD:
Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu oxit sắt sau khi tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa.
Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu M1-50°C và M2-300°C (hình 4.1) biểu hiện những peak đặc trưng của tinh thể cấu trúc tetragonal với sự hiện diện của các đỉnh tại vị trí góc 2θ là 30.4°; 35.5°; 37.2°; 43.6°; 53.4°; 57,2°; 63,1° tương ứng với các mặt mạng (220), (311), (222), (400), (422), (511), (440). Kết quả này giống với kết quả được tham khảo từ bài báo.
Hình 4.2 là giản đồ nhiễu xạ tia X chuẩn các ôxít sắt. Từ các giản đồ nhiễu xạ chúng ta nhận thấy các đỉnh nhiễu xạ của vật liệu Fe3O4 và γ-Fe2O3 khá giống nhau về vị trí và cường độ tương đối. Các đỉnh nhiễu xạ của γ-Fe2O3 hơi dịch về phía có góc nhiễu xạ lớn hơn so với Fe3O4, một vài đỉnh khác biệt có cường độ nhỏ rất khó xác định đối với các giản đồ nhiễu xạ không thực sự sắc nét. Từ phương trình Scherrer, chúng tôi tính được kích thước tinh thể tương ứng mặt mạng (311) là khoảng 13 nm.
Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD của các mẫu oxit sắt Fe3O4 và γ-Fe2O3 a) Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR
Đối với hệ kín, chúng tôi khảo sát quá trình chuyển pha của hạt trần Fe3O4 theo nhiệt độ sấy, cụ thể là theo bốn điều kiện như sau: sấy khô hạt trần ở 50°C, 70°C trong không khí và chân không. Sau khi sấy hạt trần Fe3O4 ở bốn điều kiện trên ta thấy màu sắc của chúng rất khó phân biệt như được trình bày ở hình 4.3.
Hình 4.3. Màu sắc của các mẫu hạt trần Fe3O4 được tổng hợp ở 50°C trong hệ kín và sau đó sấy khô ở nhiệt độ 50°C, 70°C trong chân không và ngoài không khí.
Đem 4 mẫu trên đi đo phổ FT-IR thu được kết quả:
Hình 4.4. Phổ FT-IR của các mẫu hạt trần Fe3O4 được tổng hợp ở 50°C trong hệ kín và sau đó sấy khô ở nhiệt độ 50°C, 70°C trong chân không và ngoài không khí.
Hình 4.4 trình bày kết quả đo phổ FT-IR của các mẫu hạt trần Fe3O4 được tổng hợp ở 50°C trong hệ kín và sau đó sấy khô ở nhiệt độ 50°C, 70°C trong chân không và ngoài không khí (50 CK, 70 CK: sấy khô 50°C, 70°C trong chân không; 50 KK, 70 KK: sấy khô 50°C, 70°C trong không khí). Kết quả cho thấy chỉ có phổ của mẫu hạt trần Fe3O4 được sấy khô ở 70°C trong điều kiện có không khí cho thấy các dao động đặc trưng Fe-O lần lượt xuất hiện tại các vùng có số sóng 727, 696, 634, 588, 480 cm-
1(tương ứng với số thứ tự ( ), (2), (3), (4), (5) được kí hiệu trên hình). So sánh với phổ FT-IR của γ-Fe2O3 chứng tỏ mẫu hạt trần Fe3O4 được sấy khô ở 70°C trong điều kiện có không khí đã tồn tại pha γ-Fe2O3.
Từ kết quả đo trên chúng tôi có thể kết luận rằng mẫu hạt trần Fe3O4 được tổng hợp ở 50°C trong hệ kín, sau khi sấy khô ở 70°C trong không khí thì dần chuyển sang pha γ-Fe2O3.
Hình 4.5. So sánh phổ FT-IR của các mẫu hạt trần Fe3O4 và γ-Fe2O3 b) Phân tích dạng hình học và kích thước của hạt nanô ôxít sắt từ
Hình 4.6. Ảnh TEM của hạt trần Fe3O4 ở 50°C.
Hình 4.7. Ảnh TEM hạt trần Fe3O4 ở nhiệt độ phòng.
Dựa vào kết quả chụp TEM ở hình 4.6 ta có thể nhận thấy rằng kích thước hạt trần Fe3O4 khá đồng đều và kích thước hạt trung bình nhỏ hơn 20 nm.
Trên ảnh chụp TEM hình 4.7 là hạt trần Fe3O4 được tổng hợp trong hệ kín ở nhiệt độ phòng, ta thấy kích thước của chúng không đồng đều và sự phân tán chưa tốt.
Do đó, chúng tôi không chọn điều kiện nhiệt độ phòng để tổng hợp hạt trần Fe3O4. Bên cạnh đó, dựa vào tài liệu tham khảo, kích thước hạt nhỏ nhất ở 50°C, vì vậy điều kiện nhiệt độ này được chúng tôi chọn để đưa vào quy trình tổng hợp hạt trần Fe3O4.