Kết quả phân tích định tính thành phân phase tỉnh thể của hệ vật liệu Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C được thé hiện trong hình 3.1. Gian dé PXRD của mẫu vật liệu Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C đều có sự tương đồng vẻ các peak nhiễu xạ. Đường nên của gián đô PXRD phăng, các mũi nhiễu xạ sắc nhọn vả chân mũi nhiễu xạ hẹp cho thay mức độ tinh thé hóa của vật liệu cao va mạng lưới tỉnh thé ít khuyết tật. Chi số Miler của các mũi nhiễu xạ được xác định trong hình 3.1.
Gian đồ PXRD của mẫu vật liệu Ce-Fe-O được so sánh với các phô tham chiều, qua đó xác định mau vật liệu Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C đều có thành phan phase gồm phase CeO và phase œ-Fe:O:. Giản đồ PXRD của mau vật liệu Ce—
Fe-O không có peak nhiễu xạ của phase perovskite CeFeOs, cho thay vật liệu tông hợp được không tồn tại hoặc tồn tại phase CeFeO: với hàm lượng rat thấp. Nguyên nhân vật liệu tông hợp được không tôn tại hoặc tồn tại hàm lượng rất nhỏ phase CeFeO; là
do vật liệu được tông hợp trong môi trường không khí, Ce** dé bị oxi hóa thanh Ce*
nên vật liệu ton tại Ce** trong phase CeO› [49].
a 2^
(331) (403)
Cerianite-(Ce) - CeO,|
Intensity (a.u)
Hematite - Fe,O,
20 40 60 80 2-Theta (°)
Hình 3.1. Kết quả phân tích nhiễu xa tia X bột của mẫu vật liệu Ce-Fe-O nung
ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C trong 1 giờ
18
Các thông số cau trúc của hệ vật liệu được thé hiện trong bảng 3.1 va bang 3.2.
Phase CeO:, ở nhiệt độ 750 °C kích thước tinh thê là 29,14 nm, ở nhiệt độ 850 °C kích thước tinh tăng lên và có giá trị là 45,78 nm. Thẻ thé tích tế bào mạng của phase CeO;
cũng tăng theo nhiệt độ nung. Đối với phase a-Fe203, kích thước tinh thé ở nhiệt độ
750 °C là 40,78 nm, ở nhiệt độ 750 °C kích thước tinh thẻ tăng và đạt giá trị là 54.37
nm. Khi nhiệt độ nung tăng giá trị FWHM giảm, trong khi đó kích thước tinh thé ở các phase CeO; va phase ơ-FeaO; đều tăng. Kết quả này thé hiện sự phù hợp về xu hướng biến đôi của kích thước tinh thé theo nhiệt độ trong công trình của K. Babitha và cộng
sự. Yarub Al-Douri và cộng sự [44, 4Š].
Bảng 3.1. Thông số cấu trúc của phase CeO; trong hệ vật liệu nung ở nhiệt độ
750 °C và 850 °C trong 1 giờ
oe ; Hang số Bcc.
Nhiét do d-spacing | FWHM D (nm) | mang ( A) Thê tích 6
nung mẫu (A) (°) mang (A?)
750% | (111 | 3.1159 | 02814 53060 157.1972
850 °C | diy 31182 | 01791 | 4578 | 5.4008 157.5380
Bảng 3.2. Thông số cấu trúc của phase a-Fe2Os trong hệ vật liệu nung ở nhiệt độ
750 °C và 850 °C trong 1 giờ
Nhiệt độ d-spaci FWHMIÊđỔ | chỉ sá Miter | đ:$PAcing D (nm)
nung mau (A) (°)
750°C (110) 2,5087 0,2047 40,78
850°C (110) 2/5158 0.1535 54,37
Kích thước tinh thé của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O được so sánh với các nghiên cứu đã công bố và được thẻ hiện trong bảng 3.3. Kết quả cho thấy kích thước của phase CeO; trong đề tài của chúng tôi cao hơn so với đề tài của Kumar và cộng sự
[52], do nhiệt độ nung trong dé tài của chúng tôi cao hơn, tuy nhiên phase CeO: của hai dé tài có không sự chênh lệch lớn vẻ kích thước phase tinh thé. Kích thước phase
tinh thé o-Fe2Os trong de tài của chúng tôi cao hơn so với dé tài của Tawfik và cộng
sự [53], điều này được giải thích có thé do phương pháp tông hợp khác nhau nên dẫn đến kích thước tinh thé khác nhau.
19
Bang 3.3. Nhiệt độ nung và kích thước tinh thé của vật liệu nano trên cỡ sở Ce- Fe-O trong đề tài này và một số đề tài khác
Vật liệu
Phase CeOằ
... Phương pháp đồng
trong đê tài của a cv 750 °C trong | giờ 29.14
kết tủa chúng tôi
Phase ơ-Fe›O;
Sản Phương pháp đồng
trong dé tài của , 750 °C trong | giờ
két tha ee
chúng tôi
Phương pháp dung
CeO: [52] 5 pmep ome | 130 °C trong 2 giờ
địch kết hợp vi sóng
Ph háp phá
a-Fe203 [53] Móc can 300 — 800 °C
ứng pha rắn
3.2. Kết quả phổ hồng ngoại biến đổi (FTIR)
Phố hồng ngoại biến đổi của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C được trình bày trong hình 3.2, hình 3.3 và hình 3.4. Kết quả cho thay vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C đều có sự tương đồng về các peak hấp thụ trên phô FTIR. Tín hiệu chính của hệ vật liệu là vùng có tan số khoảng 528 cm’! ứng với đao động của liên kết Fe-O và tan số khoảng 432 em ứng với đao động của liên kết Ce-O [48-50]. Tin hiệu có tan số khoảng 3300 —
3565 cm"! ứng với dao động kéo căng (stretching) của liên kết O-H trong phân tử nước được vật liệu hap thy [48, 51]. Ngoài ra, có sự xuất hiện của peak tạp chất ở vùng hap thụ 1457 - 1650 cm’! cho thấy sự hiện diện liờn kết C=O của COằ khớ quyờn được hap thụ trên bề mặt vật liệu [49, 51].
20
100
80
60
Transmittance (%) 40
20
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Wavenumber (em)
Hình 3.2. Phố hong ngoại biến đỗi của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở
nhiệt độ 750 °C trong 1 giờ
100 850 °C
80
Transmittance (%) 40
0
4000 3500 3000 2500 2000 I500 1000 500 0
Wavenumber (em)
Hình 3.3. Phé hong ngoại biến đôi của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở
nhiệt độ 850 °C trong 1 giờ
21
100
_ 80
Š
E 609
= LJ
Ẹ 65 - 3300 LJ
£ 40 stalled 1650 - 1457
£
=
0
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Wavenumber (em)
Hình 3.4. Phố hồng ngoại biến đổi của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở
nhiệt độ 750 °C va 850 °C trong 1 giờ
3.3. Kết qua kính hién điện tử truyền qua (TEM)
Từ ảnh TEM của mẫu vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fc-O nung ở nhiệt độ 750 °C
(hình 3.5), cho thấy vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O tổng hợp được có dạng hình cầu.
Các hạt vật liệu có sự kết tụ vả xép chồng lên nhau; do kích thước hạt nano bé, năng lượng bẻ mặt lớn nên trong quá trình tổng hợp các hạt nano liên kết và kết tụ với nhau.
Sự kết tụ của các hạt nano trong đề tài này tương đồng VỚI SỰ kết tụ của các hạt nano được bằng phương pháp đông kết tủa trong các dé tài của Nguyễn Anh Tiền và cộng sự [41, 52, 53]. Sự phân bố của các hạt nano theo kích thước được thẻ hiện trong hình
3.6, kích thước hạt dao động 16 nm — 40 nm, đường kính hạt trung bình là 25,87 nm +
5,32 nm.
22
Hình 3.5. Ảnh TEM của mẫu vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ
750 °C trong 1 giờ
Av.Diameter = 25,87 am S.Deviation = 532 nm
Count (3%)
16 20 24 28 32 M 40
Diameter (nm)
Hình 3.6. Biểu đồ sự phân bố kích thước hat của mẫu vật liệu hỗn hợp oxide
Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C trong 1 giờ
Kích thước hạt của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C khi
so sánh với một số vật liệu khác được trình bày trong bảng 3.4. Vật liệu hỗn hợp oxide Cc-Fc-O tông hợp được có kích thước hạt không chênh lệch nhiều so với kích thước
hạt của vật liệu nano CeO; tỉnh khiết và hệ vật liệu nano Fe+O:-CeO› được tông hợp
cùng phương pháp đồng kết tia [60]. So với vật liệu CeO› pha tạp Fe tông hợp bằng
phương pháp thủy nhiệt, vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O trong dé tài này có kích thước nhỏ hơn nhiều và phù hợp ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ nano.
la w
Bang 3.4. Kích thước hạt (theo TEM) của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O trong dé tài này và một số vật liệu trong các đề tài khác
Phương pháp Nhiệt độ nung và | Kích thước hat
Vật liệu . và.
tông hợp thời gian nung theo TEM (nm)
750 °C trong | giờ
chúng tôi
CeO> tỉnh khiết Phương pháp đồng
700 °C trong 1 giờ
(60] kết tủa ete
FeaO;-CeO› Phương pháp đồng "
- PIN 700 °C trong | giờ
composite [60] kết tủa
CeO: pha tạp Fe | Phương pháp thủy
" 200 °C trong 12 giờ [40] nhiệt
3.4. Kết quả quang pho hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV — Vis)
Phô UV - Vis của vat liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O ở các nhiệt độ nung 750 °C và 850 °C trong 1 giờ được thé hiện từ hình 3.7 đến hình 3.9 . Kết quả cho thay vật liệu hap thụ mạnh ánh sáng ở vùng tử ngoại (220 — 380 nm) va vùng khả kiến (380 — 570
nm).
14
0.5
Absorbanee (a.u)
0a
40 600 00 1000 1200 1400
Wavelength (nm)
Hình 3.7. Pho UV — Vis của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt độ 750 °C
trong 1 giờ 24
1.0
=%
Absorbanee (a.u) =+
0.0
400 600 800 1000 1200 1400 Wavelength (nm)
Absorbanee (a.u) ° ==+a œ
0,0
400 600 800 1000 1200 1400
Wavelength (nm)
Hình 3.9. Phố chồng UV — Vis của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt
độ 750 °C, 850 °C trong 1 giờ
25
Giá trị năng lượng vùng cam của hệ vật liệu nung ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C được thờ hiện trong hỡnh 3.10 và hỡnh 3.11. Ở nhiệt độ nung 750 °C, phase CeOằ trong
hệ vật liệu có năng lượng vùng cắm là 1,42 eV và phase o-Fe2O; có năng lượng vùng cam là 2,93 eV. Khi nhiệt độ nung tăng nang lượng vùng cam của các oxide trong hệ
vật liệu giảm, cụ thé ở nhiệt độ nung 850 °C, phase CeO; có năng lượng vùng cam là 1.32 cV và phase ơ-Fc+O› có năng lượng vùng cam là 2,82 eV. Giá trị năng lượng vùng
cấm của các oxide trong hệ vật liệu giảm dan theo chiều tăng của nhiệt độ nung, xu
hướng biến đổi này có sự tương đồng với nghiên cứu Yarub Al-Douri và cộng sự,
nghiên cứu của Eman. K Tawfik và cộng sự [45, 47].
Theo Simon và cộng sự, vật liệu bán dẫn có giá trị năng lượng vùng cắm nằm trong khoảng 0,7 — 6,2 eV [61]. đo đó vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O trong đề tài nảy được xếp vào loại vật liệu bán dẫn. Với các đặc tính quang học của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O. vật liệu có tiềm năng ứng dụng làm cảm biến trong các thiết bị
điện tử và ứng dụng làm vật liệu xúc tác quang [57, 5§].
180
160
140
(ahv)? (eV.nm')? 120
40
20
0 1 2 3 4 $ 6
Energy (eV)
Hình 3.10. Giá trị năng lượng vùng cấm của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O
nung ở nhiệt độ 750 °C trong 1 giờ
26
Hình 3.11. Giá trị năng lượng vùng cam của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O
nung ở nhiệt độ 850 °C trong 1 giờ
Giá trị nang lượng vùng cam của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở nhiệt
độ khác nhau được so sánh với các công trình nghiên cứu đã được công bố và được thé
hiện trong bang 3.5. Nang lượng vùng cam của của phase CeO› trong hệ vật liệu được nung ở nhiệt độ 750 °C và §50 °C đều có giá trị thấp hon so với vật liệu nano CeO›
tỉnh khiết [44, 59, 60, 61] và vật liệu Ce(FeO:), [56]. Khi so sánh với vật liệu Fe:O›
tỉnh khiết, năng lượng vùng cấm của của phase Fe2O; trong hệ vật liệu được nung ở
nhiệt độ 750 °C và 850 °C cũng có giá trị thấp hơn [53]. Kết quả này thé hiện sự tồn tại của phase FeO; làm giảm giá tri năng lượng vùng cắm của hệ vật liệu hỗn hợp
oxide Ce-Fe-O.
27
Bang 3.5. Giá trị năng lượng vùng cấm cúa vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở các nhiệt độ khác nhau so với một số vật liệu khác đã công bố
Năng lượng vùng
Vật liệu Phương pháp tong hợp cấm E, (eV)“É
Phase CeOằ 2,93
trong hồn hợp
oxide Ce-Fe-O | Phương pháp đồng kết tủa
trong dé tài của ane ate
chúng tôi Phase Fe203
trong hỗn hợp TONG L2
oxide Ce-Fe-O | Phương pháp đồng kết tủa
chúng tôi
CeO: [64] — | Phương pháp kết tủa 650 °C CeO: [50] Phương pháp kết tủa
CeO: [65] Phương pháp thủy nhiệt
Fc:O: [53] PORE pháp phan ứng
pha răn
3,16 (với x=0.2)
Ce(FeOs); [56] 3.92 (với x=0,4)
Phương pháp vi sóng
3,85 (với x=0,6)
3,27 (với x=0,8)
28
3.5. Kết quả đo từ kế mẫu rung (VSM)
Kết quả nghiên cứu về các đặc trưng tir tính của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O
bằng phương pháp từ kế mẫu rung được thé hiện trong hình 3.12. Giá trị lực kháng từ
trung binh của vật liệu là 500,021 Oc, độ từ dư trung bỡnh 9,972ô 10 emu/g, từ húa
dat bão hòa tại vùng từ trường cao khoảng 11000 Oe — 14500 Oe với độ từ hóa bão
hòa 0,11967 emu/g. Điểm đặc biệt của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fc-O trong dé tai này là giá trị lực kháng từ cao hơn so với một số vật liệu nano trong các công trình khác (bảng 3.6). Vật liệu tông hợp được có giá lực kháng từ cao, độ từ dư và độ từ hóa bão hòa thấp nên đây là vật liệu từ cứng, phù hợp ứng dụng trong trong các lĩnh vực cần đùng nam châm vĩnh cửu [7, 62].
0,15
0,10
0,05
0,00
Độ từ hóa (emu/g) 0,05
0,10
~0.15
-15000 -I0000 —S000 0 5000 10000 15000 Từ trường (Oe)
Hình 3.12. Đồ thị đường cong từ trễ của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở
nhiệt độ 850 °C trong 1 giờ
29
Bảng 3.6. Các đặc trưng từ tính của vật liệu hỗn hợp oxide Ce-Fe-O nung ở
nhiệt độ 850 °C trong 1 giờ so với một số vật liệu khác đã công bố
Vật Hệ Nhiệt độ nung | Lực kháng từ Độ từ hóa
teuk mẫu (H,), Oe (M,), emu/g | (M,), emu/g
Hỗn hợp oxide
Cc-Fc-O
dead sã 9.972x10 0.11967
trong đề tài của chúng tôi
(x=0.8) [56]
HoFeO: [26] 850 °C 27,70 4.26xI0*