tổng hợp vật liệu nano yfeo3 bằng phương pháp sol– gel và đồng kết tủa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HOÁ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HOÁ HỌC
CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
YFeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL–
GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HOÁ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HOÁ HỌC
CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
YFeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL–
GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến
SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
...........................................................................................................
Chủ tịch

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

GV phản biện

GVHD

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

LỜI CẢM ƠN
Viết luận văn khoa học là một trong những công việc khó khăn nhất từ
trước đến nay. Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm và viết bài báo cáo, em đã
gặp rất nhiều bỡ ngỡ và nhiều vấn đề phát sinh ngoài ý muốn. Bài luận văn này sẽ
không được hoàn thành nếu không được sự giúp đỡ nhiệt tình của quí thầy cô, bạn
bè và gia đình.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Anh
Tiến đã giao cho em đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực
hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa nói chung và thầy
cô bộ môn hóa lí nói riêng, đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề
tài này.
Và con không quên cảm ơn ba mẹ đã nuôi dưỡng con đến ngày hôm nay,
luôn động viên, an ủi bên cạnh con trong suốt quá trình làm luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn.
Tp. HCM, ngày 1 tháng 5 năm 2012
SV. Phan Thị Kiều Liên

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................4
MỤC LỤC ...........................................................................................................................5
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI .........................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...............................................................................................8
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO ....................................................................8
1.1.1.

Hạt nano và vật liệu nano (khái niệm, phân loại và thông tin chung) .........8

1.1.2. Perovskit ..........................................................................................................10
A. Giới thiệu về perovskit .........................................................................................10
1.1.3.

Ứng dụng của vật liệu nano .......................................................................17

1.2. TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA YTTRI, SẮT ................................................18
1.2.1.

Oxit sắt và hidroxit sắt ...............................................................................18

2.1.1.

Oxit yttrium và hydroxit yttrium ................................................................24

1.3. GIỚI THIỆU PEROVSKIT YFeO 3 ......................................................................26
1.3.1. Cấu trúc lí tính của YFeO 3 ..............................................................................26
1.3.2. Ứng dụng .........................................................................................................27
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................................28
2.1. TỔNG HỢP YFeO 3 ...............................................................................................28
2.1.1. Dụng cụ và hóa chất ........................................................................................28
2.1.2.

Phương pháp tổng hợp ..............................................................................28

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÍ ĐẶC TRƯNG ..............................30
CHO VẬT LIỆU ...........................................................................................................30

2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt ...........................................................................30
2.2.2.
2.2.3.

Phương pháp phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X ...............................31
Khảo sát hình thái học bề mặt và kích thước bằng kính hiển vi điện tử quét

SEM ...........................................................................................................................33
2.2.4. Phương pháp đo từ tính ..................................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................................35
3.1. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu YFeO 3 theo phương pháp sol - gel ..........35
3.2. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu YFeO 3 theo phương pháp đồng kết tủa ...39

3.3. So sánh hai phương pháp tổng hợp ........................................................................41

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

3.4. Khảo sát từ tính của YFeO 3 ....................................................................................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................44

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhiều vật liệu mới đã được sử
dụng để phục vụ cho cuộc sống ngày càng cao của con người. Một trong những
vật liệu đó là “vật liệu nano’’. Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên
cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng số
các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên
quan đến khoa học, công nghệ gia tăng theo cấp số mũ. Con số ước tính về số tiền

đầu tư vào lĩnh vực này lên đến 8,6 tỷ đô la vào năm 2004 [1]. Vậy thì tại sao vật
liệu nano lại thu hút được nhiều đầu tư về tài chính và nhân lực đến vậy.
Vật liệu nano có nhiều ứng dụng trong cuộc sống: y dược, công nghệ môi
trường, công nghệ sinh học, năng lượng, hàng không vũ trụ, nhiều ngành công
nghiệp khác. Tính chất “thú vị” của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước rất nhỏ
bé của chúng so với những vật liệu khối thông thường có cùng thành phần hóa
học.
Các oxit phức hợp dạng perovskit đã được nghiên cứu và ứng dụng như là
một vật liệu nano, công thức tổng quát ABO 3 trong đó: A là cation kim loại có
kích thước lớn, thường là cation nguyên tố đất hiếm, B là cation kim loại chuyển
tiếp (Co, Cu, Mn, Fe,…).
Trong vài chục năm gần đây, có nhiều phương pháp để tổng hợp bột vật liệu
trên như: phương pháp tổng hợp thông qua pha rắn, phương pháp tổng hợp thông
qua pha lỏng, phương pháp tổng hợp pha khí,…
Thông qua việc nghiên cứu ứng dụng và cách tổng hợp bột nên tôi đã chọn
đề tài:
“TỔNG HỢP VẬT LIỆU PEROVSKIT YFeO 3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP
SOL - GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA”

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO

1.1.1. Hạt nano và vật liệu nano (khái niệm, phân loại và thông tin
chung)
Trong khoảng hai thập niên gần đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ
mới gắn liền với hậu tố “nano”: cấu trúc, công nghệ, vật liệu, hoá học, vật lý, cơ
học, công nghệ sinh
học,

hiệu

thước,..

ứng

kích

v.v. Người ta

đã công bố hàng loạt
các bài báo, các công
trình khoa học, các tạp
chí và tổ chức nhiều hội
nghị, hội thảo gắn liền
với chủ đề công nghệ .

Hình1. Mô tả kích thước hạt nano

Xuất hiện nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ bộ môn, khoa, chuyên nghành về

công nghệ và vật liệu [2]. Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn
vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần (10-9). Ví dụ: gam = 1 phần tỷ gam;
met = 1 phần tỷ mét hay 1nm = 10-9 m (Hình 1).
Khoa học nghiên cứu về hạt nano đã và đang được quan tâm do chúng có tính
chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi nghiên cứu
về hạt micro.
Công nghệ nano [2] là tổ hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết bị
máy móc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc ,
tức là đơn vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm. Công nghệ xuất hiện trên
cầu nối của một số ngành khoa học (hoá học, vật lý, cơ học, khoa học vật liệu,
sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học), ngày càng đi sâu vào nhiều lĩnh
vực hiện đại của khoa học và kỹ thuật và thông qua chúng, nó đi vào đời sống của
chúng ta.
Vật liệu nano [2] là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét.
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó
mới đến chất lỏng và khí.
Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình
dạng, cấu trúc của vật liệu và kích thước của vật liệu v.v...

Hình 2 . Phân loại vật liệu theo số chiều
Về mặt cấu trúc thì vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano
không chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D) (hình 2).
 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước, không còn chiều
tự do nào cho điện tử)
Ví dụ : đám nano, hạt nano v.v..
 Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù).
Ví dụ: dây nano, ống nano v.v...
 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do.
Ví dụ: màng mỏng, v.v...

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

 Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt tinh thể.
Vật liệu có cấu trúc nano hay composite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có
kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có không chiều, một chiều, hai chiều đan xen
lẫn nhau.
Ngoài ra để phân biệt được các dạng vật liệu nano người ta còn dựa vào sự
khác nhau về ứng dụng của chúng:
 Vật liệu nano kim loại.
 Vật liệu nano bán dẫn.

 Vật liệu nano từ tính.
 Vật liệu nano sinh học.
1.1.2. Perovskit
A. Giới thiệu về perovskit
Các oxit hỗn hợp dạng perovskit (gọi tắt là perovskit) có công thức tổng quát là
ABO 3 (trong đó, A là cation có kích thước lớn hơn B). Chúng có cấu trúc tương tự
như CaTiO 3 (là khoáng chất được đặt tên cho nhóm hợp chất này). Parravano là
người có những công trình nghiên cứu sớm nhất về perovskit (thực hiện năm
1952, 1953) [5].
Trong công thức trên, A là cation có kích thước lớn hơn B, thường là các
cation nguyên tố đất hiếm, kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc các cation có kích thước
lớn hơn như Pb2+, Bi3+; còn B là cation kim loại chuyển tiếp 3d, 4d, 5d (như Co,
Cu, Cr, Ni, Pt, Pd, Ru, Fe, Mn,…).
Trong thực tế, khoảng 90% các kim loại trong tự nhiên trong bảng hệ thống
tuần hoàn đều bền vững trong cấu trúc perovskit. Hơn nữa, các perovskit có thể
được tổng hợp bằng các cation khác là A’ và B’ tạo thành perovskit có công thức
là (A x A’ 1-x )(B y B’ 1-y )O 3 .
Hệ perovskit có khả năng dẫn điện bằng ion và bằng cả các electron, có khả
năng cho oxi thấm qua mà không cần phải có điện cực hay dòng điện bên ngoài
tác động vào. Khi khảo sát đặc tính của perovskit người ta thường chú ý đến vị trí
khiếm khuyết (các lỗ trống) của các anion oxi trong hệ. Các lỗ trống này được
hình thành ngay trong quá trình hình thành mạng lưới tinh thể perovskit và được
bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 500oC. Ở nhiệt độ cao hơn, các lỗ trống anion của oxi
trong mạng lưới tinh thể perovskit được hình thành liên tục do sự trao đổi các vị tí

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 10

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

lỗ trống xảy ra liên tục. Do vậy, khả năng oxi thấm qua bề dày là rất cao. Một
nguyên nhân khác làm tăng dòng oxi thấm qua là do sự thay thế của một cation
hóa trị cao vào hệ dẫn tới kết quả là có hai loại bù đắp điện tích, nghĩa là có sự phụ
thuộc điện tử và ion trên áp suất riêng phần của bề mặt cũng như mạng lưới các
perovskit có liên quan chặt chẽ đến hoạt tính xúc tác oxi hóa. Do đó, việc ứng
dụng perovskit làm chất xúc cho phản ứng oxi hóa đang được chú ý đặc biệt.
Ngoài tính chất xúc tác, các perovskit còn được quan tâm bởi những tính chất
vật lí của chúng như tính điện từ áp điện, điện nhiệt, từ tính và quang điện .

B. Cấu trúc lí tưởng của perovskit
Cấu trúc lí tưởng của perovskit là dạng lập phương thuộc nhóm Pm3mOh1. A
là cation có kích thước lớn hơn B, thường là các kim loại đất hiếm, kiềm, kiềm thổ
hoặc các ion có kích thước lớn như Pb2+ và Bi3+, còn B là các kim loại chuyển tiếp
3d, 4d, 5d (như Co, Cu, Ni, Pt, Fe, Mn,…). Trong cấu trúc tinh thể, A là cation có
12 liên kết với oxi, B là cation có 6 liên kết với oxi [5].
Mạng lưới của perovskit thuộc hệ lập phương CaTiO 3 , cation Ti nằm ở trong
tâm lập phương, 6 ion oxi nằm ở các mặt, 8 ion Ca nằm ở các đỉnh, mỗi tế bào
chứa một phân tử CaTiO 3 (hình 3).
A là cation lớn, B là cation nhỏ. Anion thường là oxi, trong một số trường hợp
có thể là florua, clorua, iodua, sunfua, hay hidrua.
Trong mạng lưới tinh thể perovskit thường xuất hiện lỗ trống cation A, còn
anion B thì hầu như chưa gặp lỗ trống. Trật tự sắp xếp của BX 3 – perovskit là
tương tự cấu trúc ReO 3 hay WO 3 . Hợp chất NaxWO 4 (1-3) có mạng lưới đơn giản
cấu trúc perovskit biến dạng trong mọi giá trị của x.
Lỗ trống anion ít gặp và thường xuất hiện với nồng độ lỗ trống bé ví dụ
titanatstoti có công thức SrTiO 2.5 đồng hình với cấu trúc SrTiO 3.

Trong cấu trúc lí tưởng, các nguyên tử tiếp xúc với nhau. Khoảng cách B - X
bằng a/2, khoảng cách A - X bằng a

/2 (a là cạnh của lập phương).

Từ đó, ta có mối quan hệ giữa các bán kính ion r A + r X =

(r B + r X )

Người ta thấy rằng các perovskit có cấu trúc lập phương lý tưởng hoặc biến
dạng chút ít vẫn còn ở dạng hợp chất ABX 3 ngay cả khi mối quan hệ này không
được tuân thủ. Để đo độ lệch ra khỏi cấu trúc này lý tưởng Goldschmidt đưa ra
yếu tố tương thích t:
SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

t = rA + rX /

(r B + r X )

Biểu thức này cũng có thể áp dụng cho những bán kính ion thu được bằng thực
nghiệm ở nhiệt độ phòng.
Đối với biểu thức lí tưởng (t =1). Perovskit lệch khỏi cấu trúc lí tưởng thì t
thấp hơn (0.75< t < 1). Trong những trường hợp như vậy cấu trúc biến dạng trở

thành tứ diện, mặt thoi hoặc các hệ số có đối xứng thấp hơn. Tất nhiên nhiều oxit
kiểu perovskit có kiểu đa hình, hơn nữa mối tương quan hình học không phải là
điều kiện đủ để có tinh thể perovskit bền. Bởi vì các cation A và B phải bền với số
phối trí 12 hoặc (8+4) hoặc (6 + 6) tương ứng, từ điều kiện này ta có giới hạn thấp
của các bán kính cation. Trong hệ oxit giới hạn này là r A > 0.90 Ao; r B > 0.51Ao.

Hình 3. Cấu trúc lý tưởng (lập phương) của perovskit
Mặc dù đối với cấu trúc perovskit lí tưởng t = 1 nhưng kiểu cấu trúc này vẫn
tồn tại ở dạng thấp hơn (0.75 < t < 1). Cấu trúc lập phương lí tưởng này xuất hiện
trong một trường hợp giá trị t’ rất gần với 1 và ở các nhiệt độ cao hơn.
Trong đa số các trường hợp thì xuất hiện sự méo mạng tinh thể. Sự lệch khỏi
cấu trúc lí tưởng dẫn đến các hệ tinh thể có tính đối xứng thấp hơn giảm dần như
là orthorhomic (trực thoi), rhombohedral (mặt thoi), tetragonal (tứ giác), mo
noclinic (đơn tà hay một nghiêng), và triclicnic (tam nghiêng hay tà nghiêng). Cấu
trúc méo mạng có thể tồn tại ở nhiệt độ phòng nhưng nó có thể chuyển sang cấu
trúc lập phương ở nhiệt độ cao. Sự chuyển pha cấu trúc này có thể xuất hiện nhiều
bước qua các pha méo trung gian [4].

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

C. Tính chất của perovskit
 Tính chất vật lí của perovskit
Các perovskit được chú ý bởi tính chất vật lý của chúng: tính chất từ, tính chất

điện và tính quang học. Còn hoạt tính xúc tác của chúng mới bắt đầu được nghiên
cứu từ năm 1952 bởi Parravano.
Hoạt tính của 1 chất xúc tác được quyết định bởi nhiều yếu tố như khả năng
hấp thụ các chất phản ứng, khả năng oxi hóa - khử của các cation trong xúc tác,
tính axit - bazo, độ bền nhiệt,... và bề mặt riêng của xúc tác.
 Tính chất hấp phụ của perovskit
Tính chất hấp thụ của perovskit ABO 3 (B là kim loại chuyển tiếp) ở 25oC phụ
thuộc vào cấu trúc điện tử của B3+ và lớn nhất đối với Fe3+. Các nghiên cứu cho
thấy O 2 và CO hấp thụ trên các tấm bề mặt khác nhau, trong khi CO có liên kết
với cả oxi bề mặt và ion kim loại của perovskit....
 Tính chất oxi – hóa khử của perovskit
Hoạt tính xúc tác của perovskit được quyết định chủ yếu bởi tính chất oxi hóa
- khử của các kim loại trong xúc tác. Quyết định nhất là kim loại chuyển tiếp B, nó
đóng vai trò là trung tâm hoạt động của xúc tác trong các quá trình oxi hóa - khử.
Ví dụ như, quá trình khử của LaCO 3 :
Bước 1: Khử Co3+ → Co2+: LaCoO 3 + ½ H 2 → LaCoO 2.5 ở khoảng 660K.
Bước 2: Khử Co2+ → Coo: LaCoO 2.5 + ½ H 2 → ½ LaCoO 2.5 + Co ở khoảng
800K .
Quá trình oxi hóa các sản phẩm khử của Co và La 2 O 3 ở 673K sẽ thiết lập lại
cấu trúc của perovskit.
D. Các phương pháp hóa học điều chế perovskit
Các phương pháp hóa học tổng hợp perovkit rất phong phú: perovskit có thể
được tổng hợp từ pha rắn, pha khí, từ dung dịch hay tổng hợp trên chất mang.
 Phương pháp tổng hợp thông qua phản ứng pha rắn
Phương pháp cổ điển nhất để điều chế perovskit là nghiền trộn thật kỹ các oxit
kim loại hoặc các muối nitrat, cacbonat, hidroxit của các kim loại theo tỷ lệ thích
hợp rồi nung ở nhiệt độ cao. Do phương pháp này đòi hỏi nhiệt độ cao nên sản
phẩm tạo ra có kích thước hạt lớn, độ đồng đều kém.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Phương pháp dùng các phản ứng rắn - rắn thường dùng để điều chế các
perovskit mà diện tích bề mặt không phải yếu tố quan trọng. Tất nhiên, phương
pháp nhiệt bị hạn như các đơn tinh thể hoặc các lớp mỏng. Vì phương pháp này rất
hay dùng để điều chế các ceramic nên được gọi là phương pháp gốm. Ưu điểm của
phương pháp này là đơn giản. Hỗn hợp cơ học gồm các oxit đơn giản và một số
chất đầu cần thiết khác thường được nung ở nhiệt độ rất cao (trên 1000oC) để các
pha rắn phản ứng hoàn toàn với nhau. Điều này gây cho các phương pháp có
nhược điểm là diện tích bị mặt bị giảm rất mạnh. Đa số các perovskit tổng hợp
được có diện tích nhỏ hơn 1 m2/g. Cho nên phương pháp ít được sử dụng trong
xúc tác vì diện tích bề mặt quá thấp thì tính tổng thể của sản phẩm cũng khó đảm
bảo do phản ứng pha rắn - rắn rất khó xảy ra hoàn toàn [5].
Ngày nay, đã có một số cải tiến nhằm tạo ra sản phẩm có các tính chất tốt
hơn như: sử dụng hợp lí tỉ lệ của các cation kim loại, sử dụng bột rắn đã được
phản ứng sơ bộ, sử dụng vật liệu ban đầu có tính oxi hóa cao, sử dụng phức kim
loại, sử dụng áp suất.
Gần đây, người ta còn tổng hợp perovskit bằng phương pháp nghiền cơ học
các hỗn hợp oxit rắn ở áp suất O 2 cao. Bằng cách bổ sung một số chất phụ gia
thích hợp, các sản phẩm tạo thành có diện tích bề mặt riêng khá lớn. Tuy nhiên, bề
mặt riêng giảm đáng kể khi nung ở nhiệt độ cao.
 Phương pháp tổng hợp từ dung dịch:
Nhằm hạn chế nhược điểm của phản ứng pha rắn, người ta đã phát triển
phương pháp sol - gel và đồng kết tủa các ion kim loại từ dung dịch sử dụng các

tiền chất như: hidroxit, xyanua, oxalat, cacbonat, xitrat,...
Các phần tử của các tiền chất trong dung dịch phân bố gần nhau tạo môi
trường phản ứng tốt cho quá trình hình thành sản phẩm. Do đó, nhiệt độ đòi hỏi
thấp hơn các phương pháp cổ điển khác. Ngoài ra, các phương pháp tổng hợp từ
dung dịch còn có các ưu điểm như khống chế tốt hơn tỉ lệ nguyên tử, độ tinh khiết
và kích thước hạt. Vì vậy, sản phẩm được tổng hợp theo phương pháp này có độ
đồng đều và hoạt tính xúc tác cao.
Phương pháp tổng hợp từ dung dịch có 2 nhóm chính: Nhóm thứ nhất dựa
trên quá trình kết tủa cùng với quá trình lọc, ly tâm để tách riêng chất rắn và dung

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

môi; nhóm thứ 2 dùng các quá trình nhiệt như bay hơi, thăng hoa, đốt cháy,... để
loại bỏ dung môi.
Phương pháp dựa trên quá trình kết tủa:
Phương pháp hidroxit: do độ tan của các hidroxit kém và có nhiều dạng
kết tủa khác nhau nên phương pháp này thường được sử dụng [5]. Các cation kim
loại đồng kết tủa với các tác nhân kết tủa như là dung dịch NH 3 , muối Na 2 CO 3 ,…
Sau đó, nhiệt phân các hidroxit thu được, để thu được phức hợp các oxit kim loại.
Phương pháp này được gọi là phương pháp đồng kết tủa.
Phương pháp oxalat: nguyên tắc của phương pháp này dựa trên phản ứng
của các cacbonat, hidroxit hoặc oxit thích hợp với axit oxalic tạo ra sản phẩm gồm
các oxalat, CO 2 , H 2 O. Sản phẩm được nung trong khí quyển O 2 để tạo thành

perovskit [5].
Phương pháp sol- gel: là phương pháp hay được sử dụng nhất, bao gồm
các bước cơ bản: tổng hợp các alkoxit kim loại, thực hiện có điều khiển quá trình
thủy phân và polime hóa; sấy; nung [5].
Phương pháp citrat: phương pháp này được nghiên cứu bởi Zhang và các
cộng sự. Bằng cách sử dụng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TG), nhiễu
xạ Rơnghen (XRD) và phổ hồng ngoại (IR), người ta nhận thấy rằng các tiền chất
citrat bị phân hủy theo nhiều bước trước khi perovskit được hình thành, bao gồm
các bước sau: phân hủy phức citrat, loại bỏ các ion cacbonat, nitrat. Sau khi nung
ở 600oC – 700oC thì pha tinh thể được hình thành. Vì phương pháp này đòi hỏi
nhiệt độ nung thấp nên sản phẩm tạo thành từ phương pháp này có bề mặt riêng
tương đối cao (30-40 g/m2). Người ta giả thiết rằng phức citrat trong dung dịch
giúp kim loại phân tán gần nhau hơn nên nhiệt độ hình thành perovskit thấp hơn
[5].
Một số phương pháp sol - gel khác: gần đây, người ta phát triển một số
phương pháp sol - gel khác sử dụng tiền chất là axit poliacrylic, polietylenglycol,
axit malic. Sản phẩm tạo ra có độ đồng đều cao và bề mặt riêng lớn.
Ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp tổng hợp từ dung dịch là khả năng
chế tạo được những vật liệu mới có cấu trúc đồng đều [6]. Tuy nhiên, phương
pháp này cũng có một số nhược điểm sau:
o Sự liên kết trong màng yếu.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 15


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

o Có độ thẩm thấu cao.
o Rất khó để điều khiển độ xốp.
o Dễ bị rạn nứt trong quá trình nung sấy.
Phương pháp dựa trên quá trình xử lí nhiệt:
Phương pháp đốt cháy: gần đây, người ta tổng hợp một số ferrit và các vật liệu
siêu dẫn thông qua quá trình hòa tan nitrat trong kim loại trong cồn, nguyên tử hóa
dung dịch thu được bằng oxi qua vòi phun, đốt cháy cồn, thu được sản phẩm rắn.
Phương pháp sấy đông khô: kĩ thuật sấy đông khô tương đối đơn giản, bao
gồm hòa tan muối trong dung dịch thích hợp (thông thường là nước) làm lạnh
nhanh dung dịch để giữ được được độ đồng nhất cao, sấy đông khô dung dịch
đóng băng tạo muối không ngậm nước, phân hủy tạo muối oxit.
Phương pháp sấy phun plasma: kỹ thuật plasma có thể chia thành 2 bước
chính: quá trình bom hỗn hợp phản ứng, quá trình hình thành và liên kết các giọt
nóng chảy. Tiền chất sử dụng có thể là rắn, lỏng, khí. Phương pháp nhiều ưu điểm,
sản phẩm tinh khiết, kích thước hạt nhỏ, hoạt tính cao. Do đó, đã được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực như gốm, điện tử và xúc tác.
Phương pháp tổng hợp thông qua phản ứng pha khí



Phương pháp tổng hợp qua phản ứng pha khí chủ yếu dùng để tổng hợp các
màng perovskit, có thể sử dụng nhiều kỹ thuật laser, phun xạ mantheron, bay hơi
chùm điện tử ....
-

Ưu điểm: phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu [6].

-

Nhược điểm: chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng
thấp. Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất
nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ
vì nhiệt độ của nó có thể đến 9000°C [6].



Phương pháp tổng hợp trên chất mang
Trong lĩnh vực xúc tác, các vật liệu hoạt đòi hỏi có hoạt tính và độ bền cao.

Do đó, chúng phải có một số tính chất như bề mặt riêng lớn, hoạt tính oxi cao tính
chọn lọc sản phẩm cao, cấu trúc bền vững. Một số xúc tác perovskit như cobaltit
và manganit thể hiện hoạt tính cao đối với phản ứng oxi hóa CO và khử NO có thể
so sánh với kim loại quý hiếm.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 16


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Tuy nhiên, xúc tác này hạn chế là do bị ngộ độc SO 2 , bề mặt riêng thấp, độ
bền cơ học kém. Để khắc phục vấn đề này người ta phát triển phương pháp phân
tán các perovskit trên bề mặt chất mang.
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano
Trong ngành công nghiệp hiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt
đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ

chiếc máy nghe nhạc iPod đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý
cực nhanh …
 Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc
đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt đóng vai trò là “ xe tải kéo’’, tránh được
hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Y tế ngày nay đang nhằm vào những
mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có
nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các
bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung, mất trí nhớ, rõ
ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đối với việc sửa
sang sắc đẹp đã có sự hình thành phẩu thuật thẩm mỹ, nhiều lọai thuốc thẩm mỹ
có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da. Đây là một thị trường có
sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ kiệt xuất mới ra đời như công nghệ
[11, 12].
Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ vào việc giải quyết các
vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia
tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí rất tối tân
mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.
 Trong công nghệ điện tử viễn
thông:
Khoa học đa phát sinh nhiều loại
vật liệu có ích trong công nghệ như ống
cacbon, thanh, hạt nano.Vật liệu mới có
tính chất vận chuyển ion nhanh chóng
và được ứng dụng nhiều trong công
nghệ điện. Đồ họa đại diện của một
Rotanane, hữu ích như một công tắc

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Hình 4. Đồ họa đại diện của một

Rotanane

Trang 17


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

phân tử (hình 4).
Vật liệu có kích thước nano đôi khi được sử dụng như một tế bào năng



lượng mặt trời, có gía trị kinh tế cao hơn so với các tế bào năng lượng mặt trời
truyền thống Silicon.
Trong công nghệ môi trường:



Việc phát triển cảm biến khí pha rắn với độ chọn lọc và độ tin cậy cao là rất
quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp. Một số oxit ABO 3 đem lại nhiều hứa
hẹn trong việc sử dụng làm cảm biến khí bởi độ bền nhiệt và bền hóa học cao. Do
chức năng nhạy khí của các oxit bán dẫn dựa trên cơ chế của sự thay đổi điện trở
phụ thuộc vào quá trình hấp phụ khí nên các thông số vật lý khác của họ vật liệu
perovskit ảnh hưởng đến độ dẫn điện cần được khảo sát [4].
Trong các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy, khi các khí khử như CO,
CH 3 OH hấp phụ trên bề mặt oxit LnBO 3 loại p (B = Mn, Cr, Co) sẽ làm giảm độ
dẫn điện của mẫu [5]. Hiện tượng này có thể được biểu diễn bằng các phương
trình phản ứng sau:

→

CO +
→

CH 3 OH +

+ 2e+ 2H 2 O (hấp phụ) + 6e-

Trong các phương trình trên ta nhận thấy rằng, một điện tử được giải phóng do
quá trình hấp phụ hóa học chất khử trên bề mặt sẽ làm giảm độ dẫn lỗ trống bởi sự
tương tác với điện tử tự do này. Các phương trình này có thể được xem như các
phương trình phản ứng xúc tác trên bề mặt perovskit.
Ngoài ra, còn rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác: công nghệ ô tô,
công nghệ thông tin,….
1.2.

TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA YTTRI, SẮT

1.2.1. Oxit sắt và hidroxit sắt
Hình 5. Sắt oxit

A
.

S
ắ

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

A. Sắt (III) oxit
Magnetite Fe 3 O 4 có kích thước nano, và maghemite γ-Fe 2 O 3 được ứng dụng
cho các mục đích y sinh học và là ferrit mềm. Sắt hydroxit và oxyhydroxides như
ferrihydrite, goethite, akaganeite, lepidocrocite đang được đánh giá cho các ứng
dụng của chúng trong nước thanh lọc để loại bỏ các ion độc hại. Hematit, α-Fe 2 O 3
trong phạm vi đã được sử dụng để có được
sơn trong suốt. Trong xúc tác oxit sắt và
hydroxit tìm thấy ứng dụng trong các quá trình
tổng hợp rất nhiều [14].
Sắt oxit là một trong các oxit kim loại
chuyển tiếp quan trọng nhất của công
nghệ. Các hợp chất quan trọng của sắt bao
gồm các oxit, hydroxit oxy-hydroxit được biết
cho đến nay (hình 5). Đây là những Fe(OH) 3 ,
Fe(OH) 2 , Fe 3 O 4 , FeO, chất đa hình của
FeOOH và bốn loại hình dạng của Fe 2 O 3 . Đặc
Hình 6. Sắt (III) oxit

điểm của các hợp chất oxit bao gồm chủ yếu là
trạng thái hóa trị ba của sắt, độ hòa tan thấp và

màu sắc rực rỡ. Những oxit này có thể được tổng hợp bởi tất cả các phương pháp
“ướt” đã được biết đến nhưng điều chỉnh kích thước hạt phạm vi và hình thái học

đối với một ứng dụng cụ thể vẫn còn là một thách thức mới. Một số các kỹ thuật
tổng hợp bao gồm kết tủa, sol-gel, thuỷ nhiệt, bề mặt trung gian. Những oxit có
các ứng dụng như chất xúc tác, bột màu, chất phủ, các bộ cảm biến khí, trao đổi
ion và bôi trơn [16] .
Hợp chất sắt oxit có những ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như ghi âm
từ tính, các thiết bị lưu trữ dữ liệu từ.
Sắt (III) oxit Fe 2 O 3 có nhiều dạng đa hình, trong đó qua nhiên trọng nhất là
2 dạng α và γ. Khi thêm kiềm vào dung dịch muối sắt (III) tạo thành kết tủa nhầy
màu nâu đỏ FeO(OH).Khi đun nóng kết tủa này đến 200OC nó cho ra α- Fe 2 0 3 . αFe 2 0 3 có cấu trúc tinh thể kiểu corunđum. Dạng đa hình này tồn tại trong tự nhiên
dưới dạng khoáng vật hematit. Dạng γ được tạo thành khi oxi hóa cẩn thận Fe 3 O 4 .
Mạng tinh thể này gồm các ion O2- gói ghém lập phương chặt khít và các ion Fe3+
SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

sắp xếp ngẫu nhiên trong các lỗ trống bát diện và tứ diện .Sắt (III) oxit không tan
trong nước nhưng tan chậm trong axit cho Fe(H 2 O) 6 3.
Sắt (III) oxit là một trong 3 oxit quan trọng của oxit sắt. Trong khoáng hematit,
thành phần Fe 2 O 3 là chủ yếu và là nguồn nguyên liệu chính của nghành công
nghiệp thép.
Fe 2 O 3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ (hình 6). Trong hợp chất oxit sắt thì Fe(III)
là chất có trạng thái spin cao (có các electron thuộc phân lớp d). Fe (III) với 5
elctron d lớp ngoài cùng nên có năng lượng mạng lưới trường tinh thể ổn định.
Sắt (III) oxit không chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lược công nghiệp mà
nó còn là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tính đa hình

và sự thay đổi hình dạng trong các hạt .
Sắt (III) oxit với tất cả các dạng thù hình của nó là một trong những oxit kim
loại được sử dụng nhiều nhất với các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực nghiên
cứu khoa học và công nghiệp.
Fe 2 O 3 có hình dạng vô định hình và tồn tại bốn loại hình dạng (alpha, beta,
gamma, và epsilon).
α-Fe 2 O 3 và γ-Fe 2 O 3 được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng khoáng hematite và
maghemite, bốn loại thù hình của Fe 2 O 3 có kích thước nano đã được tổng hợp và
nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây.
Nhiệt biến đổi của chất sắt trong không khí khi bị ôxi hoá làm cho các phản
ứng không đồng nhất dẫn đến Fe 2 O 3 có những hình dạng khác nhau, nó trở thành
một quá trình nghiên cứu khá quan trọng trong ngành vật liệu vô cơ và hoá lý, hoá
học chất rắn cũng như ngành nghiên cứu khoáng vật, kỹ thuật…
Mẫu nung có thể chứa một trong số bốn dạng thù hình của sắt (III) oxit. Các
oxit sắt có thể được điều chế thành các hạt siêu mịn có kích thước khoảng một vài
met. Chất lượng và số lượng của pha thành phần trong quá trình nung phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, thời gian, áp lực, tốc độ dòng khí, độ dày của vật
liệu, kích thước hạt, thành phần hoá học và cấu trúc của vật liệu.
Việc xác định các hình dạng cụ thể của oxit sắt và các cơ chế hình thành nó
trong quá trình biến đổi nhiệt không chỉ là những nghiên cứu khoa học mà nó còn
thể hiện tầm quan trọng trong ngành kỹ thuật.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 20


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Maghemite được tìm thấy trong mẫu đất đỏ ở Đại Tây Dương , trong khi đó
hematite và magnetite được tìm thấy trên bề mặt sao Hỏa.
Các màu sắc tự nhiên cũng như tổng hợp được của Fe 2 O 3 như màu đỏ, nâu và
màu đen thì được sử dụng trong ngành sản xuất sơn, phụ gia và trong sản xuất
kính màu. Sắt (III) oxit còn được sử dụng làm chất xúc tác của nhiều phản ứng
quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất hoá chất, nó là chất xúc tác của phản
ứng khử ethylbenzen để sản xuất styren. Chúng được chứng minh là chất xúc tác
có hiệu quả trong quá trình oxi hoá các hydrocacbon polyaromatic, xúc tác đốt
nhiên liệu, than hoá lỏng và pha hơi trong quá trình ôxi hoá của axit benzoic.
Fe 2 O 3 cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferrit, ngoài ra nó còn được sử
dụng trong công nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ
phương tiện truyền thông.
Oxit sắt là thành phần quan trọng nhất của một số quặng dùng để sản xuất sắt
và thép. Mặt khác khi nhiệt độ cao sự ăn mòn sắt thép cũng liên quan đến một số
giai đoạn trong việc hình thành oxit sắt. Chúng luôn được hình thành trên bề mặt
của sắt thép và đôi khi nó cũng là nguyên nhân gây ra những vấn đề nghiêm trọng
trong quy trình chế tạo. Các oxit sắt cũng có thể được kết hợp xen vào hợp chất
như là một chất bán dẫn để từ đó ta sẽ thấy được khả năng xúc tác tuyệt vời của
oxit sắt [10].

α-Fe 2 O 3 được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng hematit.
Hematit có dạng hình thoi ở trung tâm và có cấu trúc: lục giác giống như hình
dạng của những viên corodum (α-Al 2 O 3 ) trong mạng lưới ôxi trong đó ion sắt
(III) chiếm 2/3 thể tích bát diện. Hemantit là một trong những sản phẩm cuối cùng
của sự biến đổi nhiệt của các hợp chất sắt (II) và sắt (III). Ngoài phương pháp xử
lý nhiệt thì một loạt các phương pháp khác để tổng hợp hemantit đã được biết đến
chẳng hạn như phương pháp ướt. Hemantit có thể được điều chế bằng cách thuỷ
phân muối sắt trong môi trường axít mạnh (pH=1÷2), ở nhiệt độ cao (100°C).Tính
chất từ của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố ví dụ như áp suất, kích thước hạt, cường

độ từ trường.β-Fe 2 O 3 có từ tính không ổn định là một điểm riêng để phân biệt nó
với các dạng gamma, alpha và epsilon. β-Fe 2 O 3 siêu bền với nhiệt và được chuyển
đổi thành hematit ở nhiệt độ khoảng 500°C.γ-Fe 2 O 3 tồn tại trong tự nhiên dưới
dạng khoáng maghemite. γ-Fe 2 O 3 không bền với nhiệt và được chuyển thành
SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 21


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

hemantite ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ và cơ chế của sự thay đổi cấu trúc phụ
thuộc vào điều kiện thí nghiệm và đặc biệt là kích
thước của các hạt maghemite. Trong trường hợp cấu
trúc hạt bé thì ε -Fe 2 O 3 là chất trung gian trong sự
chuyển đổi cấu trúc từ γ-Fe 2 O 3

α-Fe 2 O 3 , cơ chế

chuyển đổi thành hemantite phụ thuộc nhiều vào
mức độ các hạt tích tụ. γ-Fe 2 O 3 (maghemite) đã thu
hút được nhiều sự nghiên cứu do nó có tính từ và
được sử dụng làm chất xúc tác.

ε -Fe 2 O 3 có thể được xem là chất mới nhất trong
Hình 7. Cấu trúc của εFe2O3

hợp chất sắt (III) oxit, cấu trúc của nó được biết đến

vào năm 1988 bởi Tronc et al. ε-Fe 2 O 3 có hình dạng

trực thoi với tám tế bào đơn vị (hình 7).
ε-Fe 2 O 3 thì được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch
kali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở
400°C. Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ ε-Fe 2 O 3

α-Fe 2 O 3 nằm trong khoảng

từ 500°C÷750°C. Kích thước của các hạt ε-Fe 2 O 3 được chuẩn bị theo những
phương pháp khác nhau là khoảng 30÷80 nm.
Fe 2 O 3 được hình thành trong quá trình nhiệt phân của FeO(OH) ở 170°C trong
chân không. Năm 1975 Howe và Gallagher đã biết được cơ chế mất nước và cấu
trúc của oxit sắt. Họ thấy rằng các oxit có cấu trúc khuyết tật đều có tất cả các đặc
tính của các hợp chất ban đầu. Bốn mô hình phân phối các anion chỗ trống trong
mạng tinh thể oxit đã được đưa ra. Sắt oxit có cấu trúc dạng ống thì được giữ lại
trong quá trình mất nước, ion sắt (III) có số phối trí là 4 [15].
Theo Ayyub et al một oxit sắt (III) vô định hình được hình thành từ các hạt rất
nhỏ, có đường kính nhỏ hơn 5nm. Văn Diepen và Popma cho rằng trong Fe 2 O 3 vô
định hình các ion sắt (III) được bao quanh bởi tám ôxi có cấu trúc bát diện trong
mạng tinh thể. Ayyubetal đã nêu được hai hiệu ứng tỏa nhiệt dựa trên đường phân
tích nhiệt DTA, hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất ở tại 290°C ông cho rằng đó là sự hình
thành của γ-Fe 2 O 3 và hiệu ứng nhiệt thứ hai ở tại 400°C đó là sự chuyển dạng thù
hình từ γ-Fe 2 O 3 sang α-Fe 2 O 3 . Khi tăng nhiệt độ nung lên đến 600°C thì γ-Fe 2 O 3

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 22

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

và ε-Fe 2 O 3 đã không còn xuất hiện nữa nhưng thay vào đó là β-Fe 2 O 3 , cùng với
sự tăng nhiệt độ thì β-Fe 2 O 3 cũng bị biến thành hematite
Fe 3 O 4 có màu đen xám, nó là hỗn hợp của FeO và Fe 2 O 3 . Fe 3 O 4 (magnetite),
là loại có từ tính mạnh nhất trong tất cả các khoáng vật có mặt trong tự nhiên.
Magnetit có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường hình
thành đá. Magnetit phản ứng với oxi để tạo ra hematit và cặp khoáng vật hình
thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxi. Magnetit là nguồn
quặng sắt có giá trị, nó hòa tan chậm trong axit clohiđric.
Các hạt Fe 3 O 4 có đường kính trung bình nhỏ hơn 10 nm và có kích thước phân
bố hẹp. Các dạng huyền phù của Magnetit có thể trực tiếp bị ôxi hóa trong không
khí để tạo thành γ-Fe 2 O 3 .

Quá trình ôxi hóa Fe 3 O 4 thành γ-Fe 2 O 3 được thực hiện bằng cách điều chỉnh
độ pH của hydrosol của Fe 3 O 4 trong khoảng 3.5, các hydrosol được khuấy trong
thời gian 30 phút ở 100°C. Dung dịch chuyển từ màu xanh đen sang màu nâu đỏ.
 Điều chế chung:
Oxit sắt (III) là một sản phẩm của quá trình oxi hóa
4Fe + O 2 + 2 H 2 O →

4FeO(OH)

Kết quả ngậm nước sắt, được viết ở đây như là Fe(O)OH, khử nước khoảng
200oC:
2FeO(OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
Có thể được điều chế bằng cách nhiệt phân các muối hidroxit, các muối
caconat hoặc nitrat….

4FeCO 3 + O 2 → 2Fe 2 O 3 + 4CO 2
4Fe(NO 3 ) 3

→

2Fe 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

Và cũng được điều chế bằng phương pháp phân hủy nhiệt hidroxit sắt (III) theo
nhiệt độ trên 2000C .

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 23


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

B. Hiđroxit sắt (III)
Những hợp chất oxit- hydroxit về sắt có thể tồn tại ở dạng khan là (OFe(OH))
hoặc ngậm nước FeO(OH).nH 2 O. Monohydrat OFe(OH).H 2 O có thể được viết lại
như sau Fe(OH) 3 hay còn được gọi là sắt(III) hidroxit.
Được tạo ra do tác dụng của baze với muối sắt (III). Sản phẩm có màu đỏ gỉ,
nâu đỏ hay màu ánh tím, được sử dụng làm bột màu, ngoài ra nó được sử dụng ở
trạng thái tinh khiết để làm thuốc giải độc asen. Ngoài ra, nó được chấp nhận sử
dụng trong một số loại mỹ phẩm, các loại mực săm.
Fe(OH) 3 không tan trong nước và có tính lưỡng tính: tan dễ trong dung dịch
axit và tan được trong dung dịch kiềm đặc nóng hoặc Na 2 CO 3 hay K 2 CO 3 nóng
chảy.

Đó là một chất rất khó tan tích số tan là 10 -38. Nó tan trong axit cho
Fe(H 2 O) 6 3+ và trong dung dịch kiềm đặc cho Fe(OH) 6 3-. Như vậy hidroxit có tính
lưỡng tính[12].
Các kết tủa hydroxit được biết là có hệ số lọc thấp và do đó khó rửa các ion tự
do của tạp chất. Các đặc điểm của kết tủa hydroxit phụ thuộc chủ yếu vào pH và
nhiệt độ tạo thành kết tủa.
Hydroxit sắt (III) có công thức Fe(OH) 3 .nH 2 O. Kết quả XRD cho ta thấy
chúng có cấu trúc hình lập phương với cạnh bằng 0.7568nm. Số hiệu nguyên tử
trong một tế bào đơn vị là 8.

2.1.1.

Oxit yttrium và hydroxit yttrium
A. Oxit yttrium
Y 2 O 3 là chất rắn màu trắng
và ổn định trong không khí. Nó
được sử dụng như là một nguyên
liệu đầu vào phổ biến cho các
ngành khoa học vật liệu cũng
như trong tổng hợp vô cơ [19].
Oxit yttri (III) là hợp chất
quan trọng nhất và được sử dụng

Hình 8. Ảnh TEM của Y2O3
SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 24


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

rộng rãi để tạo ra các chất lân quang YVO 4 .
Oxit yttri dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi sóng
hiệu suất cao.
Được dùng làm chất xúc tác cho quá trình polyme hóa etylen. Ngọc hồng lựu
yttri nhôm, Y 2 O 3 , florua yttri liti, vanadat yttri được dùng trong tổ hợp với các tác
nhân kích thích (dopant) như terbi, ytterbi trong các laze cận-hồng ngoại, nó được
sử dụng tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu suất cao [18].
Nó được dùng để khử ôxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác. Được sử
dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi điện tử truyền, là chất phụ
gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ trong các loại
đèn huỳnh quang [8].
Các hợp chất chứa nguyên tố này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên hết sức
cẩn thận do chúng có độc tính cao. Các muối của yttri có thể có khả năng gây ung
thư.
B. Yttrium hydroxit
Yttrium hydroxide hay còn được gọi là yttri hydrat, là một vật liệu quan trọng
được sử dụng trong lĩnh vực gốm sứ, thủy tinh và điện tử…

Hình 9. Ảnh SEM của Y(OH) 3 dạng ống
Kể từ khi phát hiện ra ống nano cacbon vào năm 1991 [18], một vật liệu có cơ
cấu là dạng ống rỗng (hình 9 và 10) với diện tích bề mặt lớn đã thu hút đáng kể sự
chú ý do tính chất độc đáo của nó trong việc vận chuyển điện và phát quang.
Ngoài ra yttrium hydroxide còn được tìm thấy ở dạng dây.

SVTH: Phan Thị Kiều Liên

Trang 25