2.1. Thực nghiệm
2.1.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng dé tông hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O được
the hiện trong bang 2.1.
a F công thức
Tên hóa chât
STT hóa học
Cerium (IH) nitrate
1 Ce({NO3)36H20 is)
hexahydrate
Iron (III) nitrate
2 Fe(NO:):9H:O ,;
nonahydrate
Dung dich ammonia
3 25%, : Xilong (d =0,91 g/mL)
4 | Nước cat (d=1 g/mL) Việt Nam 5 Giay can Việt Nam 6 Giay loc Việt Nam
[7 Gidy do pH Viet Nam
Dung cụ
Các dụng cụ sử dụng trong khóa luận gồm có: cốc thủy tinh chịu nhiệt dung tích
1000 mL và 100 mL, thìa xúc hóa chat, đũa thủy tinh, con cá từ, bình tia, burette, giá
sắt, ông dong, cdi sứ, chén sứ, hũ bi đựng mẫu, chén nung sứ.
Thiết bị
Tủ sấy, lò nung Naberthem Gmbh P310, cân phân tích Kern AES 120 bốn số lẻ,
bếp điện Alma, máy khuây từ gia nhiệt, máy lọc nước cât, máy hút chân không Neuberger.
Thiét bị nhiều xạ bột tia X (PXRD, EMPYREAN-PANalytical, Holland).
Thiết bị phố hồng ngoại (IR, NICOLET 6700, hãng Thermo).
Kính hiền vi điện tử truyền qua (TEM, Joel IEM-1400, Joel Ltd., Tokyo, Japan).
Máy quang phô tử ngoại - khả kiến (UV — Vis, UV-2600 hãng Shimadzu, Japan).
Máy đo từ kế mẫu rung (VSM, Microsene EV 11, Japan).
1]
2.1.2. Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O
Quy trình tông hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O được tiên hành dựa trên quy
trình tong hợp vật liệu nano trong các công trình nghiên cứu đã được công bố của
Nguyễn Anh Tiến va cộng sự [12, 41].
Cân hai mudi Ce(NOs);6H20 và Fe(NO:)z9H2O tương ứng với ti mol 1:1, cho
vao cốc thủy tinh 100 mL và định mức đếm 50 mL. Đặt cốc lên máy khuấy tir dé hòa tan hai muối, tạo thành dung dich hỗn hợp hai muối đồng nhất.
Tiếp theo, đun sôi 500 mL nước cat và đặt cốc lên máy khuấy từ gia nhiệt. Cho dung dich hỗn hợp hai mudi vào burette 25 mL, nhỏ từng giọt dung địch vào cốc nước nóng và khuấy trên máy khuấy từ gia nhiệt, thu được hệ màu đỏ nâu như hình 2.1 (A).
Sau khi cho hết dung dịch hỗn hợp hợp hai muối, hệ tiếp tục được khuấy từ gia nhiệt thêm 10 phút, sau đó dé nguội hệ đến nhiệt độ phòng.
Bước tiếp theo, pha dung dịch ammonia 5%, cho dung dich ammonia lên burette
và nhỏ từ từ vào hệ, dùng giấy chi thi van năng dé kiểm tra pH của hệ sau khi cho tác nhân ammonia. Khi pH đạt khoảng 9.0 thì ngừng cho dung dịch ammonia. Tiếp tục khuấy hệ thêm 60 phút dé các kết tủa phân bố đồng déu, sau đó dé lắng khoảng 15 phút
thu được hệ như hình 2.1 (B).
Lọc kết tủa bằng máy hút chân không Hình 2.1. (C). Dé kết tủa khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng khoảng 5 đến 7 ngày. Cho kết tủa đã khô vào cối sứ và nghiền mịn thu được sản phẩm dang bột Hình 2.1 (D).
Qua tìm hiéu các nghiên cứu đã được công bố, vật liệu nano tông hợp bằng phương pháp đồng kết tủa có độ kết tinh tốt và thành phan phase ôn định ở nhiệt độ nung 750 °C và 850 °C với thời gian nung khoảng từ 1 giờ [6, 41, 42]. Nên bước tiếp theo, chúng tôi tiền hành nung mẫu ở nhiệt độ 750 °C và 850 °C trong 1 giờ và sau đó
tiễn hành phân tích mau vật liệu.
12
(A) Hệ sau khi thủy phân (B) Hệ kết tủa dé lắng
(C) P es,
(C) Kết tủa sau khi lọc (D) Kết tủa sau khi dé khô và nghiền min Hình 2.1. Một số hình ảnh thực nghiệm
13
Cốc thủy tinh 1000 mL
Thêm 500 mL nước vào cốc và dun sôi.
Đặt cốc lên máy khuấy từ gia nhiệt.
Hòa tan hỗn hai muối Ce(NOs)y6H20 và Fe(NOs)x9H20 bằng nước cat, Nhỏ từ từ dung địch hỗn hợp hai mudi vào cốc nước sôi đang khuấy.
Đề nguội.
Hệ màu đỏ nâu
Pha dung dịch NH: 5% va nhỏ từ từ vào hệ đang khuấy.
Dùng giấy chỉ thị vạn năng kiêm tra hệ đạt pH khoảng 9 thì dừng nhỏ NH: và tiếp tục khuấy thêm 60 phút.
Đề lắng hệ khoảng 15 phút.
Hệ kết tủa màu nâu đỏ
Lọc và rửa kết tủa bằng máy hút chân không.
Khoi phô tự nhiên tử 5 — 7 ngày, sau đó nghiền mịn.
Tiên chất tông hợp hệ vật liệu
nano trên cơ sở Ce-Fe-O
Nung ở nhiệt độ cao.
Hệ vật liệu nano
trên cơ sở Ce-lFe-O
Hình 2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O
14
2.2. Các phương pháp nghiên cứu cau trúc và tính chat của vật liệu
2.2.1. Phương pháp nhiễu xa tia X bột (PXRD)
Phương pháp nhiễu xạ tia X bột dùng dé xác định cau trúc, thành phan phase của
hệ vật liệu dựa trên so lượng. vị trí và cường độ tín hiệu trên phô PXRD nham nghiên
cứu thành phan phase, cau trúc của hệ vật liệu tng hợp được.
Phương pháp nhiễu xa tia X dựa trên nguyên tắc: mạng tinh thé được cau tao từ các nguyên tử hay ion được phân bố trong không gian theo một trật tự nhất định. Khi chiếu chùm tia X (tia Rơnghen) vao tinh thé vat ligu sé xảy ra hiện tượng nhiều xạ trên
các mặt phẳng tinh thé tạo thành các cực đại và cực tiéu nhiễu xạ.
Điều kiện nhiều xạ tia X theo định luật Vulf — Bragg:
nÀ=2dsin8 (2.1)
Trong đó: n là bậc nhiễu xạ.
3 là bước sóng của bức xạ tia X.
d là khoảng cách giữa hai mặt phăng tinh thé lân cận.
6 là góc tia tới va mặt phang phản xa.
Ngoài ra, kích thước của tinh thê được xác định theo công phương trình Scherrer:
— k (2.2)
~ B cos@
Trong đó: D là kích thước tinh thé, đơn vị A.
D
k la hang số Scherrer (thường lấy k = 0,9).
B là độ rộng bán phô tai peak can xác định (FWHM) sau khí trừ di độ rộng đo thiết bị, đơn vị rad.
0 là góc nhiễu xạ tại peak cần xác định.
Thanh phan phase và cau trúc tinh thẻ được nghiên cứu trên máy nhiễu xạ bột tia
X (PXRD, EMPYREAN - PANalytical, Holland) tại Phong thí nghiệm Hai Quan, 778
Nguyễn Kiệm, Phường 4, Quận Phú Nhuận, Thành phố Hồ Chí Minh. Các thông số đo như sau: bức xa cathode bang copper có bước sóng A = 1,54060 A, góc quét 20 từ 10°
đến 80°, tốc độ quét 0,02°/gidy, điện thế: 40 kV, cường độ dòng điện 25 mA, nhiệt độ từ 25 °C. Kết quả được xuất dưới dang file daw, ding phần mềm X’Pert HighScore dé xử ly số liệu và vẽ giản đồ PXRD bằng phan mềm Origin 2024.
2.2.2. Phương pháp phố hồng ngoại biến đổi (FTIR)
Phổ hồng ngoại cung cấp các thông tin về các liên kết hóa học, nhóm chức, hình
học phân tử, các tương tác giữa phan tử hoặc nội phan tu [45]. Phương pháp nay dựa
trên nguyên tắc chiều chum ánh sáng hồng ngoại (ứng với bước sóng 10° nm đến 10°
15
nm) qua mẫu, khi phân tử bị kích thích các có thẻ xảy ra quá trình dao động, các liên kết trong phân tử dao động ở những tần số sóng đặc trưng. Dựa vào hình dang, tan số của peak trên pho hong ngoại có thé dự đoán được các liên kết hóa học có trong hệ vật
liệu.
Trong dé tài này, cấu trúc của hệ vật liệu nano được nghiên cứu bằng máy NICOLET 6700 - Hãng Thermo tai Phòng thí nghiệm Hải Quan, 778 Nguyễn Kiém,
Phường 4, Quận Phú Nhuận, Thành phố Hồ Chi Minh.
2.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua được dùng đẻ nghiên cứu bề mặt, phân tích vi cấu trúc, hình thái va kích thước của vật liệu. Ảnh TEM được tạo dựa trên nguyên tắc: chùm electron nang lượng cao được chiêu qua mẫu ran mỏng. Phan
electron truyền qua mẫu được ghi nhận, thấu kính từ trong thiết bị TEM có vai trò tạo
ảnh có độ phóng đại lớn và ảnh này được ghi nhận trên màn huỳnh quang. film quang
học hoặc bằng máy chụp kỹ thuật số.
Kích thước của hệ vật liệu nano trên cơ sở Ce—Fe—O được quan sat trên kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM, Joel JEM-1400, Joel Ltd., Tokyo, Japan) tại Phòng thi nghiệm Siêu cau trúc, Trung tâm nghiên cứu Y Sinh học, Viện vệ sinh địch tế Trung ương — số 01, Yersin. Quận Hai Ba Trưng, Thanh phố Hà Nội.
2.2.4. Phương pháp pho tử ngoại khả kiến (UV — Vis)
Phương pháp phô tử ngoại khả kiến dùng dé xác định độ hap thu quang của mẫu trong vùng tử ngoại gan (ứng với bước sóng từ 200 — 380 nm) và và khả kiến (ứng với bước sóng từ 380 — 750 nm). Đồng thời, phương pháp nay cho phép xác định năng
lượng vùng cắm (Eg - band-gap energy) của vật liệu.
Trong phương pháp nay, năng lượng vùng cắm được xác định băng phương pháp Tauc Plot. Phương trình được xác định bằng phương pháp Tauc Plot biểu diễn mỗi liên hệ giữa độ hấp thụ quang, năng lượng photon ánh sáng và năng lượng vùng cắm.
Ahv = lưœ ơ Ey) 4)2.4
Trong do:
A: độ hap thụ quang học (Absorbance)
hư: năng lượng photon ánh sáng
a: hang SỐ hap thu của vật liệu Ey: năng lượng vùng cắm
Trong đề tải này, chúng tôi nghiên đặc tính quang học của vật liệu ở bước sóng 220 — 1400 nm bằng máy quang phô tử ngoại — khả kiến (UV — Vis, UV-2600 hãng
16
Shimadzu, Japan) tại Viện Vật lý-Viện Han lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, số I§C Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.
2.2.5. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM)
Phương pháp đo từ kế mẫu rung dùng dé nghiên cứu các đặc trưng về từ tinh của vật liệu. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc mẫu cần đo được gắn vào thanh rung không từ tính được đặc trong từ trường tạo bởi nam châm điện. Nếu mẫu là vật liệu từ thì trong từ trường mẫu vật liệu bị từ hóa và tạo ra từ trường, từ thông sinh ra do mẫu
tạo ra sẽ đi qua tiết điện ngang của cuộn đây bién thiên theo thời gian và lam xuất hiện một suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với moment từ của mẫu vật liệu.
V ôx 4nNS,„M (2.3)
Trong đó:
M là mômen từ của mẫu vật liệu được đo (emu — electronmagnetic unit)
Sm la tiết điện vòng dây
n là số vòng đây của cuộn đây thu tín hiệu
Trong đề tài này, các đặc trưng từ tính của hệ vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O được nghiên cứu ở nghiệt độ phòng (27 °C — 30 °C) bằng máy đo từ kế mẫu rung
(VSM, Microsene EV 11, Japan) tại Viện Khoa học và Công nghệ ứng dụng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
17