3.1. Kết quả nhiễu xạ tia X bột (PXRD)
Sau khi nung mẫu ở các nhiệt độ 850 °C, 950 °C phù hợp, tiễn hành khảo sát các đặc trưng của cầu trúc tinh thé mau perovskite SmFeO, băng phương pháp nhiễu xạ tia X. Kết quả phổ nhiễu xạ tia X thu được như hình 3.1, cho thấy các peak của mẫu vật liệu tong hợp hau như trùng với các peak của phô chuẩn SmFeO; trong ngân hàng phô (số phé 00-039- 1490).
Š/r#£Q3 01
(4-04-2583: Sm Fe 03; 5 amariuft Iron Onde (0-215-%65: Fe2 O3: Iron Onide
4010 =4
2020 4
>zasi la diate!) wedi les
10 20 39 ằ % 6 1ú Position [*28| (Copper (Cull
Hình 3.1. Giản đồ XRD của mau perovskite SmFeO, được nung ở 950 °C trong |
giờ.
32
12000
(112ì
— SmFeO, - 950°C
toe — SmFaQ, - 850°C
s004 = .£|85 Eì 5
Ê km S8 8 a/= Z 2) a 1 “ơ
§ 8000 ĩ MS Wee = 8 = 8] = a =5
2 t
4000
2000
0 20 30 40 50 60 70 80
2 - Theta Sacle
Hình 3.2. Gian đồ pho chong XRD của mẫu perovskite SmFeO; được nung ở 850
°C và 950 °C trong | giờ.
Kết quả phân tích cho thay perovskite SmFeO, đơn pha có cau trúc trực thoi (orthorhombic). Khi nhiệt độ nung ting, ta thấy các peak hiện rõ và sắc nét hơn, độ rộng bán phô của peak (FWHM) hẹp lại và đỉnh nhiều xạ cao hơn. Kích thước tinh thé va các thông số mạng được tính toán thông qua các công thức 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 và trình bày
trong bảng 3.1.
Bang 3.1. Các thông số cau trúc của vật liệu SmFeO, nung ở các nhiệt độ 850 °C va
950 °C trong | giờ.
Ba *
Nhiệt FWHM | Dyạẹ, , — Hãng y F$sô mạng (Ä)
V(Ä3)
0/1535 | 53,9623 232,5111
33
Dựa vào kết quả trình bay trong bảng 3.1, có thê thay khi tăng nhiệt độ. các thông số mạng biến đỗi không theo quy luật, còn kích thước tinh thẻ và thé tích 6 mạng có xu hướng tăng. Điều này phù hợp với xu hướng hoàn thiện tinh thé lam tăng kích thước
tinh thé và thẻ tích 6 mạng khi nhiệt độ nung tăng [25].
Dựa trên kết quả, tôi tiền hanh so sánh kích thước tinh thé của dé tải nghiên cứu với một số công trình đã công bồ trong bảng 3.2. Qua đó cho thấy kích thước tinh thé SmFe0, trong dé tải này có khác biệt với một số công trình được tong hợp bang phương pháp khác, dự đoán một số tính chất khác biệt so với các công trình trước.
Bảng 3.2. Nhiệt độ nung va kích thước tinh the SmFeO, trong dé tai này và một số công trình đã công bố đề so sánh
6 so | 0
95
51 -65 42+]
[28] Sol — gel 100 | 46#015
[28] 53 + 0.131000
3.2. Kết quả phố hồng ngoại (FTIR)
Sol - gel
Dé khảo sát cấu trúc oxide kim loại của SmFeO3, nghiên cứu FTIR đã được thực hiện trong phạm vi bước sóng rộng 400 - 4000 cm” và đồ thị kết quả được vẽ trong
hình 3.3.
Qua quan sát có thể thay các peak ở 1400 và 940 cm”!, 1600 em”! xuất hiện do đao động biến dang 6(H20). Dai phô rộng tại khoảng 3200 - 3600 cm? xuất hiện do dao động hóa trị của liên kết O-H của các phân tử nước trong mạng tinh thé. Như có thé thay trong hình 3.3.b, sau khí nung các dải đặc trưng của nhóm O-H biến mat và chỉ còn các các đải hap thụ mạnh đến từ perovskite oxide [37].
34
Các day phô có độ hap phụ mạnh ở khoảng 415 và 550 cm” là do dao động biên dạng của Fe-O-Fe và đao động hóa trị của liên kết Fe-O tương ứng, phát sinh từ các bát điện FeO, trong cau trúc tinh thé của SmEeOs. Độ rộng của hai dai phd có thé là do sự
hiện diện của các dao động hóa trị của liên kết Sm-O phát sinh từ các đơn vị bát diện SmO, của tinh thé perovskite gan như ở cùng vị tri của các dai này [38].
S
SmFeO; — 850°C
Độ truyền qua (%) 8 ề $8 š 5 8 (a)
- s 8
1900 2400
Bước sóng (cm?)
3448| 3749.6
1383,2 15405
SmFe0; — 950°C
uyền qu (b)
Độ tr
1900 2400
Bước sóng (em!)
Hình 3.3. Hình ánh phé hồng ngoại của SmEFeOz nung ở 850 °C (a) và ở 950 °C (b)
trong Ih.
35
3.3. Kết quả SEM và TEM
Thông qua kính hiển vi điện tứ SEM va TEM có thé xác định được hình thái bề mặt cũng như kích thước hạt của mẫu vật liệu perovskite SmFeOx, kết quả thu được như
hình 3.4.
i= Electon image 1
Hình 3.4. Hình anh mẫu SmFeO, thông qua kính hiện vi SEM nung ở 850 °C trong |
giờ (a) va TEM nung ở 850 °C trong 1 giờ (b).
Quan sát ảnh chụp SEM/TEM của perovskite SmFeO; có thê thay các hat vật liệu có dạng hình cau, kích thước tương đôi đồng đều và dao động trong khoảng từ 20 - 40 nm. So sánh với kết qua PXRD theo công thức Debye — Scherrer cho thay sự sai lệch nhỏ. Sai lệch kích thước có thẻ đến từ việc phương pháp SEM/TEM tiến hành đo trên một khoảng nhỏ của bẻ mặt vật mẫu nên tại đó sự kết tụ. tập hợp các dam hạt nano có thẻ làm tăng kích thước hạt.
Nhu vay, dựa vào kết quả có thé khang định perovskite SmFeO, đã được tông hợp thành công đạt kích thước nanomet (<100 nm) [5]. Các hạt vật liệu hình dạng tương đối đồng đều và kích thước dao động trong khoảng 20 - 40 nm.
Kết quả kích thước hạt (theo TEM) của SmFeO; trong đề tài này được so sánh với một số công trình đã công bố khác và trình bày trong bảng 3.3, có thé thay hat nano perovskite SmFeO, được tông hợp bằng phương pháp đồng kết tủa bởi dung dịch NaOH cho kết quả khảo sát bằng kính hiển vi điện tử SEM/TEM có kích thước gần giống so với khi tong hợp bằng các phương pháp khác. Các phương pháp tong hợp, tác nhân kết tủa và nhiệt độ nung đều có thé anh hưởng đền kích thước hạt vật liệu SmFeO, tông hợp
được.
36
Bang 3.3. Kích thước hạt (theo TEM) của SmEeO; trong dé tai này và một số công
Đề tải của tôi Đồng kết tủa 20 - 40
38 Vị sóng đơn giản 50 - 60 [39] Phan ứng thủy nhiệt 50
[40] Sol-gel 40
[35] Phuong phap dot 10 - 45 3.4. Phương pháp phố tán sắc năng lượng tia X (EDX)
Định lượng các nguyên tô Sm, Fe và O trong mẫu bằng phương pháp phô tán sắc năng lượng tia X, thu được kết quả như sau:
0 1 2
Full Scale 366 cts Cursor: 0.000
37
Như vậy. thông qua kết quả phân tích phé tán sắc nang lượng tia X và EDX - Mapping, có thé thấy trong mau perovskite bao gồm các nguyên tô Sm, Fe và O mà không chứa các nguyên tổ tạp chất khác, mật độ phân bố của các nguyên tô gần như bằng nhau chứng tỏ chúng phân bố khá đồng đều trên bè mặt vật liệu và phù hợp với thành phần mong muốn.
Thông qua phân tích kết quả hàm lượng các nguyên tổ trong mẫu SmFeOs, tiễn hành tính toán công thức thực nghiệm của mẫu và so sánh với công thức perovskite theo
lý thuyết, nhận được kết quả như sau:
Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tổ trong mẫu SmFeO;
Sm 63,56 24,05 20,00
Tong (%) 100,00 100,00 100,00
= Do đó, công thức vat liệu là Smyj29F es 0802,72
Các nguyên tố có tỉ lệ mol xắp xỉ 1:1:3, tương đối phù hợp với tỉ lệ nguyên tử các
nguyên tô phân tử SmFeO; của công thức lý thuyết. Sự sai lệch trong tỉ lệ có thê đến từ thao tác thí nghiệm trong quá trình lấy mẫu và xử lý mẫu, hoặc độ tĩnh khiết của các hóa chất ban đầu, bên cạnh đó EDX chỉ đo mẫu ở một vài vị trí cụ thể trên bề mặt vật liệu.
Các lý do trên có thé dan đến kết qua không hoàn toan chính xác so với trong công thức
thực nghiệm.
3.5. Kết quả đo từ kế mẫu rung (VSM)
Các mẫu perovskite SmFeO; nung ở hai nhiệt độ 850 °C, 950 °C được nung trong
1 giờ sau khảo sát từ kế mẫu rung VSM cho kết quả như hình 3.7 và các thông số về từ
tính của mẫu được tính toán và trình bày trong bảng 3.5.
38
SmFeO; - 850°C
° oe) (a)
° -
Magnetic moment (emu/g) ¿° °
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 Applied Field (Oe)
SmFeO; - 950°C
(b)
Hình 3.7. Kết quả đo từ tính của mẫu SmFeOs nung nhiệt độ 850 °C (a) va 950 °C (b)
trong | giờ.
Bang 3.5. Đặc trưng từ tinh của mau theo nhiệt độ nung
Độ từ hóa bão hòa Luc kháng từ H, Nhiệt độ nung | Từ dư M, (emu/g) M, (emu/g) (Oe)
s
39
Giá trị lực kháng từ được xác định khá cao khi nung ở hai nhiệt độ 850 °C và 950
°C, giá trị He~ 2000 Oc. Mẫu nung ở các nhiệt độ déu có giá trị lực kháng từ cao, đường cong từ trễ khá rộng, từ du nhỏ nên có thé xếp vào vật liệu từ cứng [41].
Giá trị lực kháng từ giảm dân khi nhiệt độ nung tăng. Diéu nay phù hợp với xu hướng ôn định cấu trúc tinh thé perovskite, tính dị hướng của các moment từ giảm dan và lực kháng từ H„ giảm dan [28], [31].
Với kết quả này, vật liệu perovskite SmFeO, cho thấy tiềm năng trong các lĩnh vực
khoa học như làm điện cực, y sinh, vật lý... [42], [19].
Bang 3.6. Các thông số từ tinh của SmFeO, trong dé tải nảy va một số công trình đã
công bô dé so sánh
M, (emu/g H, (Oe)
Mẫu M,. (emu/g)
NdFeO; [33] 0.019 0,4 588.49 DyFeO; [28]
HoFeO; [28]
YbFeO; [28]
LuFeO, [28
Từ bang 3.6 có thé thay mỗi phương pháp tong hợp khác nhau sé cho các thông số từ tính khác nhau. Da số vật liệu được so sánh đều có lực kháng từ lớn hơn 100 Oe cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu từ cứng [41]. Giá trị lực kháng từ của mẫu SmFeO;
trong đề tài sẽ lớn hơn một số perovskite của các nguyên tổ đất hiếm khác như DyFeOs,
LaFeO,, NdFeO3...
3.6. Kết qua phan tích phổ hap thu tử ngoại kha kiến UV - Vis
Quang phô UV ~ Vis của mau perovskite SmEeO; nung ở hai nhiệt độ 850 °C, 950
°C cho thấy mẫu có độ hap thu mạnh trong vùng tử ngoại (220 — 400 nm) và vùng khả
kiến (400 — 780 nm) (Hình 3.8). Điều này cho thay mẫu vật liệu có tiềm năng ứng dung trong xúc tác quang phân hủy các chất hừu cơ độc hai trong vùng UV — Vis [42].
600 800 1000
Wavelength (nm)
Hình 3.8. Kết quả chong phé UV — Vis của mẫu SmFeO, ở nhiệt độ 850 °C va 950 °C, Kết quả về giá trị năng lượng vùng cắm của mau perovskite SmFeOs được đo ở các nhiệt độ 850 °C, 950 °C được tông hợp ở Bảng 3.7.
180
‹
‘07 ——smFao;-ss0*c fe
§ *% 100
F
xiz 3”
oe S 00
z= = a
20
9 sé
~20 - ————————————Z
1 2 3 4 5
E(eV)
Hình 3.9. Đồ thị biểu dién sự phụ thuộc của (Ahv)* vào hv của mau perovskite
SinFeOs được nung ở 850 °C (a) và 950 °C (b) trong | giờ.
41
Bảng 3.7. Giá trị nang lượng vùng cam (eV) của SmFeO, ở các nhiệt độ 850 °C, 950
Hình 3.9.a
Hình 3.9.b
Khi nhiệt độ tăng từ §50 °C đến 950 °C năng lượng vùng cắm (band gap) giảm từ 2,40 eV còn 2,08 eV. Nhìn chung, năng lượng vùng cam của mẫu perovskite trong bài
nghiên cứu có giá trị gần giống các nghiên cứu khác đã công bố (như trong công trình của nhóm tác giá Yujiao Sun, Wei Ren có giá trị từ 1,5 eV đến >2 eV, công trình của nhóm tác gia Subramanian, Yuvaraj có giá trị từ 2 eV đến 3 eV, hoặc nghiên cứu của nhóm tác giả Peisong Tang, Dongjing Ni cho thay giá trị năng lượng vùng cam khoảng
2,3 eV) [45], [38], [35].
Trên cơ sở đó, có thé cải tiễn hoạt động quang xúc tác trong ánh sáng khả kiến bằng cách nâng cấp hiệu suất của chất xúc tác quang dựa trên SmFeOs (SFO), ví như
pha tạp Mn tại vị trí Fe dé thu được năng lượng vùng cam tối wu trong vùng khả kiến
nham tăng hiệu suất xúc tác quang của của vật liệu dựa vào mỗi quan hệ của hoạt động
quang xúc tác với hằng số điện môi và độ dẫn điện của các mẫu SEMO. Hiệu suất quang xúc tác của các vật liệu được cải thiện khí tăng nồng độ Mn [46].
42