Cỏc tớnh chất đặc trƣng của spinel 2-3

Ở đõy: k: là hằng số Boltzmann, 1,3806.10-23 (j.K-1) T: nhiệt độ xử lý tạo spinel (K)

E là hiệu số năng lượng tự do của sự chuyển dời vị trớ từ T vào O và ngược lại trong cấu trỳc spinel (Kj/mol)

1.3.4. Cỏc tớnh chất đặc trƣng của spinel 2-3

a. Tớnh chất điện của spinel [50, 61, 64]

Spinel cú khả năng dẫn điờ ̣n ở nhiệt độ cao , khả năng dẫn điện của spinel phụ thuộc vào bản chất của cỏc cation, điện tớch và sự phõn bố cation giữa cỏc hốc tứ diện và bỏt diện. Vớ dụ Fe3O4 là chất dẫn điện, vỡ Fe3O4 cú cấu trỳc nghịch (Fe3+)T(Fe2+Fe3+)0O4. Trong trường hợp Fe3O4, người ta thấy rằng cỏc cation Fe2+

và Fe3+ đều được phõn bố trong cỏc hốc bỏt diện, tiếp xỳc với nhau qua một cạnh

chung, do đú chỳng dễ dàng trao đổi điện tớch hay cỏc lỗ trống, dễ dàng chuyển từ Fe2+ sang Fe3+, cũn Mn3O4 cú cấu trỳc spinel thuận (Mn2+)T(Mn3+)20O4. Cỏc cation Mn2+, Mn3+ tương ứng nằm trong cỏc hốc tứ diện và bỏt diện chỉ tiếp xỳc nhau qua đỉnh dẫn đến khả năng trao đổi điện tớch khú khăn hơn. Hơn nữa, tựy thuộc vào bản chất của từng kim loại mà sự xen phủ cỏc obitan nguyờn tử AOd khỏc nhau dẫn đến tớnh dẫn điện của cỏc spinel khỏc nhau.

Vớ dụ sự xen phủ AOd của V trong LiV2O4 lớn hơn của Mn trong LiMn2O4, vỡ thế LiMn2O4 dẫn điện theo kiểu lỗ trống tự do, trong khi đú LiV2O4 dẫn điện theo kiểu electron tự do.

Khả năng dẫn điện của spinel cũn phụ thuộc vào điều kiện xử lý nhiệt và phương phỏp điều chế spinel.

Tựy theo giỏ trị độ dẫn điện người ta chia cỏc spinel thành 3 nhúm:

- Nhúm aluminat cú độ dẫn điện rất nhỏ (điện trở riờng ở 900oC, R = 105- 106cm).

- Nhúm cromit cú độ dẫn điện trung bỡnh (ở 900oC, R= 103-104 cm). - Nhúm ferit cú độ dẫn điện cao (ở 900oC, R = 10-102 cm)

Riờng Fe3O4 cú độ dẫn điện gần bằng độ dẫn điện của kim loại.

Trong aluminat tớnh dẫn điện được quyết định bởi cation hoỏ trị II, cũn cromit và ferit (trừ hợp chất của FeO) được quyết định bởi cation hoỏ trị III.

b. Tớnh chất xỳc tỏc của cỏc spinel [62, 65, 80,93, 130]

Spinel cú nhiều ứng dụng trong cụng nghiệp như cụng nghiệp men, gốm, sứ, do tớnh bền nhiệt và màu đặc trưng của chỳng. Trong lĩnh vực điện húa, người ta dựng spinel LiMn2O4, (NiZn)Fe2O4 phủ lờn điện cực chế tạo catot hay dựng chớnh spinel làm điện cực như LiMnMeO4 (Me = Ti, Cr, Mn, Co) hay LiTi2-xVxO4. Người ta cũn dựng spinel làm cỏc xenxơ húa học dạng màng mỏng, nhạy khớ hidrocacbon cú cụng thức chung: Mn2-xCoxNi1-xO4 (0<x<1) hay LiTi1-xVxO4, LiMnMeO4 (Me = Ti, Ca, Mn, Co) hay xỳc tỏc điện húa dạng MexCo3-xO4 (Me = Li, Ni, Cu). Trong xử lý khớ thải từ cỏc động cơ đốt trong một số spinel được dựng làm xỳc tỏc mang trờn cỏc vật liệu chịu nhiệt để chế tạo cỏc hộp xỳc tỏc cho ụtụ chạy xăng. Trong những

năm gần đõy cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về khả năng xỳc tỏc oxi húa hidrocacbon, đehidro húa hidrocacbon, oxiđehidro húa hidrocacbon thành olefin, đehidro húa ancol [5]. Trong cụng trỡnh trờn, một số tỏc giả đó nghiờn cứu hoạt tớnh xỳc tỏc của cỏc spinel 2-3, Zn(FexCr2-x)O4 với x = 0,5; 1,0 ; 1,5; 2 trong phản ứng đehidro húa etylbenzen thành stiren . Cỏc tỏc giả đó nh ận thấy rằng hờ ̣ xúc tác Zn(FexCr2-x)O4, spinel ZnFeCrO4 (x = 1) cho đụ̣ chuyờ̉n hóa và đụ ̣ cho ̣n lo ̣c s tiren cao nhṍt. Trong cỏc cụng trỡnh [32, 48, 65] cỏc tỏc giả đó nghiờn cứu xỳc tỏc spinel bậc ba dựng làm xỳc tỏc cho phản ứng đehiđro hoỏ và oxiđehiđro hoỏ etylbenzen thành stiren với xỳc tỏc spinel được sử dụng ở dạng khối.

Do sự phát triờ̉n ma ̣nh mẽ của khoa ho ̣c võ ̣t liờ ̣u , spinel trong những thõ ̣p niờn gõ̀n đõy còn được sử du ̣ng dưới da ̣ng màng mesopore và da ̣ng ha ̣t siờu nhỏ kích thước nanomet cho quỏ trỡnh húa học, điờ ̣n hóa, điờ ̣n xúc tác…