Sythesis and properties of spinel NiAl2O4, CoAl2O4, ZnAl2O4

LOGO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
Tổng hợp và tính chất của
spinel NiAl2O4, CoAl2O4,
ZnAl2O4
15/1/2014 TP.Hồ Chí Minh
Kết luận
Kết quả
Thực nghiệm
Tổng quan
Nội
dung
Tổng quan
Khái niệm
Spinel là tên gọi chung cho nhóm khoáng có công thức
hóa học chung của các hợp chất có cấu trúc spinel là AB2O4, trong
đó A và B là các cation khác nhau với hóa trị khác nhau và bán kính
tương đối gần nhau (thường trong khoảng 60 – 80 pm).

Công thức chung: A[B2]O4 trong đó A là kim loại hóa trị 2, B là kim loại
hóa trị 3.

Mỗi ô mạng chứa 8 phân tử.

Mỗi oxit tồn tại 1 lỗ trống bát diện và 2 lỗ trống tứ diện, trong đó kích
thước lỗ trống tứ diện nhỏ hơn

Kích thước ô cơ sở:

Tồn tại 2 dạng cấu trúc: spinel thông thường (nornal spinel) và spinel

ngược (inverse spinel).
++
++=
32
79,295,0790,5 RRa
Tổng quan
Spinel thường

Ion B3+ chiếm lỗ trống
bát diện, nhưng chỉ
chiếm phân nửa lỗ trống
bát diện.

Ion A2+ chiếm 1/8 lỗ
trống tứ diện.

Nếu các ion có kích thước gần nhau thì năng lượng mạng tinh
thể sẽ lớn nhất.

Ví dụ: loạt spinel của nhôm MgAl2O4…
Spinel nghịch

Ion A2+ chiếm lỗ trống bát diện Ion A2+ chiếm 1/8 lỗ trống tứ
diện.

Ion B3+: một nửa chiếm lỗ trống tứ diện, một nửa chiếm lỗ
trống bát diện.

Ví dụ: Fe3O4 hay Fe3+[Fe2+Fe3+]O4
NiAl2O4, CoAl2O4 , ZnAl2O4


Thuộc loại cấu trúc spinel thường, các oxit sắp xếp lập
phương đặc khít

Độ bền cơ học cao

Khả năng ổn định nhiệt lớn

Nhiệt độ thiêu kết thấp

Độ acid bề mặt thấp

Khả năng khuêch tán cation cao
NiAl2O4, CoAl2O4 , ZnAl2O4
Vật liệu chịu nhiệt
độ cao
Lớp phủ quang học
Xúc tác hydrogen hóa,
dehydrogen hóa…
Phương pháp tiền polymer hóa

Dung dịch các ion kim loại được polyme hóa bởi ethylene
glycol hình thành 1 loại nhựa polyester.

Các ion kim loại được cố định.
→ Tính đồng nhất hóa học cao
Tổng hợp NiAl2O4, CoAl2O4, ZnAl2O4 bằng
phương pháp tiền polyme hóa
Thực nghiệm
Citric acid

Kim loại
Hòa tan
70 oC
Khuấy
Polyme hóa
120 oC
Khuấy
Nung
400 oC, 8h

Nung
Spinel
XRD
BET
SEM
1000 oC, 4h

Tỉ lệ mol
Acid/KL = 3/1
Ethylen glycol
60/40 (%m)
Kết quả
Phổ XRD của các spinel tổng hợp
khá đồng nhất so với phổ chuẩn
Kết quả
Đường cong hấp phụ, giải hấp N2
Kết quả
Ảnh chụp SEM cho thấy các khối
kết tụ xốp và mềm bao gồm các
hạt bán cầu ở qui mô siêu nhỏ

Kết luận

Phương pháp tiền polymer hóa Pechini thích hợp cho việc
tổng hợp các spinel NiAl2O4, CoAl2O4 , ZnAl2O4 cho chất
lượng và độ kết tinh cao.

Phổ XRD cho thấy các chất thu được đúng cấu trúc và tinh
khiết.

Ảnh chụp SEM cho thấy các khối kết tụ đươc tạo nên bởi các
hạt nanometric
Company Logowww.themegallery.com
Phương pháp Sol-gel

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp

Độ tinh khiết cao

Dễ kiểm soát kích thước hạt

Đồng nhất hóa học cao
Company Logowww.themegallery.com
Thực nghiệm
Ni(NO3)2.6H2O và
Al(NO3)3.9H2O
trong cồn
Propylene oxide
(PPO)
Phản ứng
Già hóa

50 oC , 3h
Bình kín
Sấy
50 oC, 24h
Bình hở

Nung
Spinel
XRD
BET
TG/DTA
100 oC, 12h

Tỉ lệ mol
PPO/Ion KL = 10/1
Nghiền
Tro hóa
1h
Company Logowww.themegallery.com
Kết quả
Phân tích TG/DTA của mẫu tiền gel với tỉ lệ Ni/Al là 0.11
Company Logowww.themegallery.com
Kết quả
Giản đồ XRD của mẫu được tổng hợp ở các tỉ lệ mol Ni/Al khác nhau và tro hóa ở 7000C
www.themegallery.com
Kết quả
Giản đồ XRD của mẫu được tổng hợp ở các tỉ lệ mol Ni/Al khác nhau và tro hóa ở 8000C
www.themegallery.com
Kết quả
Giản đồ XRD của mẫu được tổng hợp ở các tỉ lệ mol Ni/Al = 0.11

và tro hóa ở nhiệt độ khác nhau
www.themegallery.com
Kết quả
Pha và sự tiến triển màu sắc với nhiệt độ và nồng độ mol Ni/Al khác nhau
A: Vô định hình, P: Giả spinel, S: spinel
www.themegallery.com
Kết quả
Nhiệt độ tro
hóa (0C)
Diện tích bề
mặt BET
(m2/g)
Giá trị C Kích thước
tinh thể tính
từ XRD (nm)
700 192 118 8.2
800 263 67 7.7
900 102 95 7.2
Diện tích bề mặt BET của mẩu với tỉ lệ Ni/Al = 0.11 và tro hóa ở nhiệt độ khác nhau
Company Logowww.themegallery.com
Kết luận

Tổng hợp thành công hạt nano spinel cầu
NiAl2O4 bằng phương pháp sol-gel

Tạo cấu trúc giả spinel trong quá trình xử
lý nhiệt

Mở ra hướng nghiên cứu mới trong tổng
hợp hỗn hợp hạt nano oxide với phân bố

kích thước hẹp và diện tích bề mặt lớn