nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano y0 8la0 2feo3 bằng phương pháp 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

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT
LIỆU NANO Y0.8La0.2FeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

TP. 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

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT
LIỆU NANO Y0.8La0.2FeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA
Giáo viên hướng dẫn: TS. Dương Bá Vũ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Lập

TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 1


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Dương Bá Vũ và TS.
Nguyễn Anh Tiến đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm TP.
HCM đã dạy dỗ và giúp đỡ em trong suốt 4 năm học đại học.
Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên tinh thần và giúp đỡ
em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Do em lần đầu tiên làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên không thể tránh
khỏi sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Tp. HCM, tháng 5 năm 2012
SVTH

Nguyễn Xuân Lập

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 2


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO, VẬT LIỆU PEROVSKITE VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG .................................................... 6
1.1. HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO ....................................................... 6
1.2. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT ....... 9
1.3. PHƯƠNG PHÁP SOL- GEL ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT .............. 11
1.4. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO 3 ........ 14
1.4.1. Cấu trúc tinh thể ABO 3 thuần ............................................................. 14
1.4.2. Cấu trúc tinh thể ABO 3 biến tính ........................................................ 15
1.5. VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO 3 VÀ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG ........ 16
1.6. TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA OXIT, HYDROXIT SẮT,
YTTRIUM VÀ LANTHANUM ....................................................................... 17
1.6.1. Oxit và hydroxit sắt ............................................................................. 17
1.6.2. Oxit và hydroxit yttrium ..................................................................... 22
1.6.3. Oxit và hydroxit lanthanum ................................................................ 24
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 26
2.1. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) ........................................... 26

2.2. PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) ................... 27
2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG NHIỆT (TG) ................ 28
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ....................... 29
3.1. TỔNG HỢP BỘT NANO Y 0.8 La 0.2 FeO 3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG
KẾT TỦA.......................................................................................................... 29
3.1.1. Hóa chất và dụng cụ ........................................................................... 29
3.1.2. Phương pháp thực nghiệm .................................................................. 29
3.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỘT NANO
Y 0.8 La 0.2 FeO 3 TỔNG HỢP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ....... 30
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 36

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 3


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

MỞ ĐẦU
Trong kỉ nguyên của nền kinh tế tri thức với tốc độ biến đổi thông tin chóng mặt theo
từng giây phút, hàng ngày hàng giờ có rất nhiều chất mới được phát hiện cũng như được
tổng hợp. Trong số đó ta không thể không kể đến vật liệu nano - một loại vật liệu tiên
tiến có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Vật liệu perovskite ABO 3 được bắt đầu biết đến từ đầu thế kỷ 19. Thời gian này các
nhà khoa học cũng chưa thực sự quan tâm đến chúng, nhưng trong khoảng vài chục năm
trở lại đây đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu perovskite ABO 3 . Do các vật
liệu này có độ bền nhiệt rất lớn nên có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao.

Ngoài ra, khi pha tạp hay thay thế một số nguyên tố (thí dụ: Ba, Sr, Fe, Ni, Y, Nd, Ti…)
vào vị trí A hoặc B sẽ dẫn đến một số hiệu ứng vật lý lý thú như hiệu ứng nhiệt điện
(Thermoelectric effect), hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric effect), từ trở khổng lồ
(Collosal- magenetoresistance effect)… Điều đó đã mở ra một số ứng dụng mới của vật
liệu perovskite trong một số lĩnh vực công nghiệp hiện đại như điện tử, thông tin, điện
lạnh, hóa dầu, pin nhiệt điện, máy phát điện… mà không gây ô nhiễm môi trường.
Trong những năm gần đây, vật liệu orthoferrite LnFeO 3 (Ln là vị trí các nguyên tố đất
hiếm như La, Nd, Eu… hoặc Y) đã được ứng dụng nhiều trong thực nghiệm, đặc biệt là
LaFeO 3 – chất mở đầu cho dãy các nguyên tố đất hiếm, các vật liệu này có thể làm chất
xúc tác trong phản ứng oxi hóa từng phần metan, làm vật liệu xúc tác, làm các sensor
nhạy khí, và còn làm điện cực ở nhiệt độ cao (SOFC)…
Phương pháp thông thường và dễ nhất để điều chế các ferrite là tổng hợp gốm. Nhược
điểm chính của phương pháp này là yêu cầu nhiệt độ cao (to > 1200°C) để thu được pha
đơn tinh thể, dẫn đến ferrite thu được có kích thước hạt lớn và không đồng nhất, diện tích
bề mặt thấp do sự kết tụ giữa các hạt.
Ngày nay, để điều chế vật liệu nano người ta thường sử dụng các phương pháp cơ bản
như: phương pháp kết tinh cryochemical, phương pháp cơ hoá, phương pháp thuỷ nhiệt,
phương pháp điện hoá, ... Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ oxit ngày nay được
coi là chiếm ưu thế do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột
ferrite tạo thành. Trong đó phương pháp đồng kết tủa các cấu tử từ dung dịch lỏng của
chúng đơn giản, đảm bảo được tính đồng nhất hoá học và thân thiện với môi trường.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 4


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Từ những nguyên nhân kể trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu
nano Y 0.8 La 0.2 FeO 3 bằng phương pháp đồng kết tủa” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp
cùng với mong muốn đóng góp thêm một ít thông tin về loại vật liệu này.
Nội dụng chính của bản khóa luận gồm:
- Mở đầu
Lý do chọn đề tài nghiên cứu.
- Chương 1. Tổng quan về hạt nano và vật liệu perovskite
Trình bày tổng quan về vật liệu nano có cấu trúc perovskite và các phương
pháp điều chế chúng.
- Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu
Trình bày các phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi của vật
liệu tổng hợp được.
- Chương 3. Thực nghiệm - Kết quả - Thảo luận
Trình bày phương pháp tổng hợp mẫu và những kết quả nghiên cứu cấu
trúc tinh thể, cấu trúc tế vi của mẫu đã tổng hợp được và đưa ra những nhận
xét, giải thích kết quả.
- Kết luận
Tóm tắt các kết quả đạt được của đề tài.
- Tài liệu tham khảo

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 5


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO, VẬT LIỆU

PEROVSKITE VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG
1.1. HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO[1][4]
Trong khoảng hai thập niên gần đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ mới gắn
liền với hậu tố “nano” như cấu trúc nano, công nghệ nano, vật liệu nano, hoá học nano,
vật lý nano, cơ học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích thước nano 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 nano. Xuất hiện nhiều trung tâm, viện
nghiên cứu, tổ bộ môn, khoa, chuyên ngành về công nghệ nano và vật liệu nano. 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: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet = 1 phần tỷ mét hay 1 nm = 10-9 m.
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 trước
đó.
Công nghệ nano 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 nano, tức là các đơn
vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm. Công nghệ nano 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 là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet. Về trạng
thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. 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 chúng v.v…

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 6

Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Hình 1.1. Phân loại vật liệu nano 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 1.1 và 1.2).
 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, 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... (hình 1.1)
 Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nano tinh thể.
Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu
có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều
đan xen lẫn nhau.

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 7


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Hình 1.2. Cấu trúc vật liệu nano không chiều (0D), 1 chiều (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều
(3D)
Ngoài ra, người ta còn phân loại các dạng vật liệu nano dựa vào lĩnh vực ứng dụng
khác nhau của chúng:
 Vật liệu nano kim loại.
 Vật liệu nano bán dẫn.
 Vật liệu nano từ tính.
 Vật liệu nano sinh học.

Hình 1.3. Phân loại vật liệu nano theo hình dạng
Quá trình tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau như “hạt, thanh, dây, ống (hình 1.3)
hay các cấu trúc nano kì dị” với sự đồng đều về kích thước, hình dạng và pha tinh thể
đang được tập trung nghiên cứu. Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục
đích ứng dụng khác nhau được tạo ra.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 8


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Theo quan điểm của nhiều tác giả, “hạt nano” là một đối tượng nano không chiều
(0D) mà kích thước tất cả các chiều đều có một bậc đại lượng, về nguyên tắc, các hạt
nano có dạng hình cầu. Theo quan điểm về năng lượng sự giảm kích thước hạt sẽ làm
tăng vai trò năng lượng bề mặt của hạt cấu trúc.
Các tính chất đặc trưng cho bản chất của vật liệu như: hằng số điện môi, điểm nóng
chảy, chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống thang nano. Ngoài ra

còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính bề mặt, diện tích bề
mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa học thậm chí cả sinh học… của
vật liệu cũng bị thay đổi khi giảm kích thước đến giá trị nanomet.

1.2. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT[4]

Hình 1.4. Kích thước của vật liệu
Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp
đều có những ưu và nhược điểm khác nhau, một số phương pháp chỉ có thể được áp dụng
với một số vật liệu nhất định mà thôi. Sau đây là một số phương pháp:
 Phương pháp hóa ướt (wet chemical): bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu
dùng trong hóa keo (colloidal chemistry) như phương pháp thủy nhiệt, sol-gel và kết tủa.
Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một
tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa
từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano.
Ví dụ: Lâm Thị Kiều Giang (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều trên
nền yttri, ziriconi và tính chất quang của chúng”, Luận án Tiến sĩ Viện Khoa học và
Công nghệ Việt Nam, đã chế tạo thành công các hạt nano Y 2 O 3 và ZrO 2 với kích thước
nhỏ (5-15 nm).

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 9


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

 Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là có thể chế tạo các vật liệu khác nhau như

vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Ngoài ra, phương pháp này rẻ tiền và có thể
chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu.
 Nhược điểm chính là các hợp chất có thể liên kết bền với phân tử nước gây khó
khăn trong việc nhiệt phân chúng.
 Phương pháp cơ học (mechanical): bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp
kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ
hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy
nghiền quay.
Ví dụ: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải, “Chế tạo hạt nano oxit sắt từ tính”, Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả đã chế tạo thành công các hạt
oxit sắt từ với kích thước khoảng từ 30-100 nm bằng phương pháp nghiền.
 Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và
có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu.
 Nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng
nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt
có kích thước nhỏ. Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu không
phải là hữu cơ như là kim loại.
 Phương pháp bốc bay: gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay
trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học.
Ví dụ: Lương Hồ Vũ, “Chế tạo màng nitric coban theo phương pháp bốc bay bằng
xung laser”, Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM, nghiên cứu này đã chế tạo thành
công màng nitric coban với độ dày khoảng 90 nm.
 Ưu điểm: áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt vì
khi làm bay hơi vật liệu thì toàn thể hợp chất hoặc hợp kim sẽ bị bay hơi do đó
màng tạo ra có hợp phức khá gần với thành phần của vật liệu nguồn (đặc biệt
là các hợp kim), người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách
cạo vật liệu từ đế.
 Nhược điểm: phương pháp này kém hiệu quả ở quy mô thương mại. Không thể
chế tạo các màng quá mỏng, khả năng khống chế chiều dày của phương pháp
này rất khó khăn do tốc độ bốc bay khó điều khiển.

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 10


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

 Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase): gồm các phương pháp nhiệt phân
(flame pyrolysis), nổ điện (electro-explosion), đốt laser (laser ablation), bốc bay
nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu
nano từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật
liệu đơn giản như carbon, silicon.
Ví dụ: Trần Châu Cẩm Hoàng (2010), “Tổng hợp, biến tính bề mặt và định hình vật
liệu nano carbon (carbone nanotube) thu được bằng phương pháp phân hủy xúc tác các
hợp chất chứa carbon trong điều kiện Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên
Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010. Bằng phương pháp này
người ta đã thu được carbon nano dạng ống, với đường kính ngoài của ống carbon nano
trung bình từ 10-30 nm.
 Ưu điểm: phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu.
 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 900°C.

1.3. PHƯƠNG PHÁP SOL- GEL ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT
Phương pháp sol-gel do R.Roy đề xuất năm 1956 cho phép trộn lẫn các chất ở quy mô
nguyên tử. Do đó sản phẩm thu được có độ đồng nhất và độ tinh khiết rất cao, bề mặt

riêng lớn, dải phổ phân bố kích thước hẹp. Phương pháp này ra đời từ những năm 19501960 và được phát triển khá nhanh [4].
“Sol”- là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1÷100 nm
phân tán trong chất lỏng, trong đó chỉ có chuyển động Brown làm lơ lửng các hạt. Sol
không có hình dạng riêng mà có hình thù của bình chứa. Sol có thời gian bảo quản giới
hạn vì các hạt sol hút nhau dẫn đến đông tụ thành các hạt keo. Đặc điểm của các hạt sol:
 Kích thước hạt quá nhỏ nên lực hút là không đáng kể;
 Lực tương tác giữa các hạt là lực Val der Waals [4];
 Các hạt có chuyển động ngẫu nhiên Brown do trong dung dịch các hạt va chạm
lẫn nhau.
“Gel”- là một dạng chất rắn - nửa rắn (solid-semi rigide) trong đó vẫn còn giữ dung
môi trong hệ chất rắn dưới dạng chất keo. Sol tồn tại đến thời điểm mà các hạt keo kết tụ

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 11


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

lại với nhau và cấu trúc của thành phần rắn lỏng trong dung dịch liên kết chặt chẽ hơn gọi
là gel.
“Precursor” là những phần tử ban đầu để tạo những hạt keo (sol). Nó được tạo thành
từ các thành tố kim loại hay á kim, được bao quanh bởi những ligand khác nhau. Các
precursor có thể là chất vô cơ kim loại hay hữu cơ kim loại.

Hình 1.5. Sơ đồ phản ứng thủy phân [4]
“Sol-gel”: là phương pháp hoá học ướt tổng hợp các phần tử huyền phù dạng keo rắn
trong dạng lỏng (sol) và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất rắn,

được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol-gel.
Trong quá trình sol-gel các phần tử trung tâm trải qua 2 phản ứng hóa học cơ bản là
phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác axit hoặc bazơ) để hình thành
một mạng lưới trong toàn dung dịch.
 Phản ứng thủy phân (hình 1.5): là phản ứng thay thế nhóm alkoxide (-OR)
trong liên kết kim loại - alkoxide bằng nhóm hydroxyl (-OH) để tạo thành liên kết kim
loại - hydroxyl.
 Phản ứng ngưng tụ (hình 1.6): là phản ứng tạo nên liên kết kim loại-oxit-kim
loại, là cơ sở cấu trúc cho các màng oxit kim loại. Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục
làm cho liên kết kim loại-oxit-kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một
mạng lưới kim loại-oxit-kim loại trong toàn dung dịch.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 12


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Hình 1.6. Sơ đồ phản ứng ngưng tụ [4]
Các giai đoạn chính trong phương pháp sol-gel:
 Tạo dung dịch sol: alkoxide kim loại bị thủy phân và ngưng tụ, tạo thành dung
dịch sol gồm những hạt oxit kim loại nhỏ (hạt sol) phân tán trong dung dịch sol.
 Gel hóa (gelation): giữa các hạt sol hình thành liên kết. Độ nhớt của dung dịch
tiến ra vô hạn do có sự hình thành mạng lưới oxit kim loại (M-O-M) ba chiều
trong dung dịch.
 Thiêu kết (sintering): đây là quá trình kết chặt khối mạng, được điều khiển bởi
năng lượng phân giới. Thông qua quá trình này gel sẽ chuyển từ pha vô định hình
sang pha tinh thể dưới tác dụng của nhiệt độ.

Trong toàn bộ quá trình, hai phản ứng thuỷ phân - ngưng tụ là hai phản ứng quyết
định cấu trúc và tính chất của sản phẩm sau cùng. Do đó, trong phương pháp sol-gel, việc
kiểm soát tốc độ phản ứng thuỷ phân-ngưng tụ là rất quan trọng.
Ưu điểm và nhược điểm chính của phương pháp Sol-Gel:
 Ưu điểm:
o Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để mang đến sự dính chặt rất tốt giữa vật
liệu kim loại và màng;
o Có thể tạo ra màng dày cung cấp cho quá trình chống ăn mòn;
o Có thể dễ dàng tạo các vật liệu có hình dạng khác nhau;
o Có thể sản xuất được những sản phẩm có độ tinh khiết cao;
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 13


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

o Khả năng thiêu kết ở nhiệt độ thấp;
o Có thể điều khiển được cấu trúc của vật liệu;
o Tạo được hợp chất với độ pha tạp lớn;
o Độ khuyếch tán đồng đều;
o Làm việc ở nhiệt độ thấp cho hiệu quả kinh tế cao, đơn giản, để sản xuất những
màng có chất lượng cao.
 Nhược điểm:
o Sự liên kết trong màng yếu;
o Có độ thẩm thấu cao;
o Rất khó để điều khiển độ xốp;
o Dễ bị rạn nứt trong quá trình nung sấy.

Một số ứng dụng của phương pháp sol-gel:
o Chế tạo màng mỏng (thin film) có cấu trúc đồng đều ứng dụng trong quang
học, điện tử, pin mặt trời v.v…
o Điều chế gel khối (monolithic gel) sử dụng chế tạo các oxit đa kim loại làm các
chi tiết trong dụng cụ quang học như gương nóng (hot mirror), gương lạnh
(cold mirror), thấu kính và bộ tách tia (beam splitter) v.v…
o Gel khí (Aerogel) thu được bằng cách sấy siêu tới hạn gel ướt (wet gel). Gel
khí có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hấp thụ năng lượng mặt trời
(silicaaerogel), xúc tác (alumina (Al 2 O 3 ) aerogel có pha tạp kim loại), chất
cách điện và cách nhiệt (silica aerogel) v.v…
o Chế tạo hạt nano: đơn thành phần và đa thành phần có kích thước đồng đều
bằng cách tạo kết tủa trong giai đoạn thủy phân - ngưng tụ.
o Tổng hợp sợi ceramic quang chất lượng cao và sợi ceramic cách nhiệt.

1.4. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO 3
1.4.1. Cấu trúc tinh thể ABO 3 thuần
Hợp chất perovskite ABO 3 thuần có cấu trúc tinh thể lý tưởng như hình 1.7a. Ô mạng
cơ sở là hình lập phương tâm khối với các thông số mạng a= b= c và α= β= γ= 90o .

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 14


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

z

y
x

b)

a)

Vị trí cation A2+(A3+)

Vị trí cation B4+(B3+)

Vị trí cation O2-

Hình 1.7. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO 3 thuần
Ở đây cation A nằm tại các mặt của hình lập phương, còn cation B có bán kính nhỏ
hơn nằm tại tâm của hình lập phương. Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và 6
anion O2-, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion O2- như ở hình 1.7a, cấu trúc tinh thể của
hợp chất perovskite còn có thể mô tả dưới dạng sắp xếp các bát diện BO 6 như hình 1.7b,
với cation B nằm ở hốc của bát diện BO 6 , còn các anion O2- nằm ở đỉnh của bát diện
BO 6 . Từ hình 1.7b, các góc B-O-B bằng 1800 và độ dài liên kết B-O bằng nhau theo mọi
phương. Bát diện FeO 6 này ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất điện và tính chất từ của vật
liệu [2, 8].
1.4.2. Cấu trúc tinh thể ABO 3 biến tính
Cấu trúc tinh thể ABO 3 biến tính là có ion A hoặc B được thay thế một phần bởi các
ion khác có thể viết dưới dạng công thức ( A1− x Ax' )( B1− y B 'y )O3 (0 ≤ x, y ≤ 1). Với A có
thể là các nguyên tố họ đất hiếm Ln như La, Nd, Pr… hoặc Y; A' là các kim loại kiềm
thổ như Sr, Ba, Ca… hoặc các nguyên tố như: Ti, Ag, Bi, Pb…; B có thể là Mn, Co; B'
có thể là Fe, Ni, Y…. Sau đây là ví dụ một số mẫu đã được nghiên cứu chế tạo: LaFe 1x Ni x O 3 ,

LaNi 1-x Co x O 3 , LaCo 1-x Fe x O 3 , La 1-x Sr x FeO 3 , La 1-x Ti x FeO 3 , La 1-x Nd x FeO 3 ,

LaFe 0.5 Ga 0.5 O 3 , La 1-x Sr x MnO 3 , La 1-x Ca x MnO 3 , Ca 1-x Nd x MnO 3 , Ca 1x Nd x Mn 1-y Fe y O 3 ;
La 1-x Sr x Mn 1-y Ni y O 3 [8].

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 15


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Các perovskite ABO 3 bị biến tính khi được pha tạp thay thế sẽ tạo ra trạng thái hỗn
hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nền trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng
lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt…
Sự sai lệch cấu trúc tinh thể được đánh giá thông qua thừa số dung hạn t do
Goldchmit đưa ra:

t=

RA + RO
2 ( RB + RO )

Với R A , R B , R O lần lượt là bán kính của các ion A2+(A3+), B4+(B3+) và O2-. Cấu trúc
perovskite được coi là ổn định khi 0.8 < t < 1. Điều đó kéo theo các cation phải có kích
thước giới hạn: R A > 0.9 và R B > 0.5. Khi t = 1, ta có cấu trúc perovskite là hình lập
phương như hình 1.7. Khi t ≠ 1, mạng tinh thể bị méo, góc liên kết B-O-B không còn là
1800 nữa mà bị bẻ cong và độ dài liên kết B-O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau,
Cấu trúc tinh thể bị thay đổi. Điều này dẫn tới thay đổi các tính chất điện và từ của vật

liệu [8, 9].
1.5. VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO 3 VÀ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG[4][11]
Tinh thể YFeO 3 có cấu trúc trực thoi hoặc lục giác (giống với YAlO 3 ) tùy thuộc vào
điều kiện tổng hợp nên
nó. Mỗi tế bào đơn vị
YFeO 3 chứa 4 ion sắt ở
mỗi đỉnh nhưng các trục
của 4 ion sắt hơi nghiêng
so với bát diện (hình
1.8). Các hiện tượng biến
dạng của perovskite chủ
yếu là ở vị trí Y3+ trong
khí đó các ion Fe3+ cơ
bản vẫn được giữ nguyên
trong thể bát diện.

Hình 1.8. Tế bào đơn vị của YFeO 3

Một số công trình nghiên cứu về tổng hợp YFeO 3 đã được công bố. Yttrium
orthoferrite có thể được tổng hợp bằng phản ứng pha rắn thông thường của oxit nhưng
quá trình này cũng gặp khá nhiều khó khăn do sự hình thành của Y 3 Fe 5 O 12 (yttri-iron
garnet) và Fe 3 O 4 . Một số phương pháp khác cũng đã được đề xuất bao gồm phương pháp
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 16


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

sol-gel của một hỗn hợp kim loại với oxit kiềm Y-Fe, phương pháp Pechini-là phương
pháp tương tự như phương pháp sol-gel, quá trình này lấy tên của nhà phát minh người
Mỹ Maggio Pechini, phương pháp tổng hợp bước sóng, phương pháp hóa cơ học và
phương pháp quy nạp plasma, phương pháp phân hủy nhiệt v.v…
Yttrium orthoferrite đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và các thiết bị
truyền động, nó có nhiệm vụ như bộ chuyển đổi quang và từ trường ở đó những tinh thể
này hoạt động như trong định luật cảm ứng điện từ của Faraday.
YFeO 3 đơn tinh thể đã thu hút được nhiều sự chú ý do tính chất đặc biệt của chúng có
ý nghĩa trong lĩnh vực công nghệ ứng dụng. YFeO 3 còn được dùng để chế tạo màng
mỏng.
Tinh thể YFeO 3 có kích thước nano có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ quang xúc
tác dưới ánh sáng nhìn thấy do cấu trúc của nó thuộc loại perovskite và nó có thuộc tính
quang phổ hấp thụ. YFeO 3 là chất xúc tác cơ bản đã được nghiên cứu trong quá trình oxi
hóa của thuốc nhuộm hữu cơ. Ngoài ra, YFeO 3 có cấu trúc lục giác có hoạt tính xúc tác
cao còn được sử dụng trong quá trình oxi hóa CO.

1.6. TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA OXIT, HYDROXIT SẮT, YTTRIUM
VÀ LANTHANUM
1.6.1. Oxit và hydroxit sắt[4][5][7]
1.6.1.1. Oxit sắt (III)
Bảng 1. Một số oxit-hydroxit và hydroxit của sắt

Fe 2 O 3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ. Trong các hợp chất oxit sắt, 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.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 17

Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

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 nano.
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) (bảng 1).
α-Fe 2 O 3 và γ-Fe 2 O 3 được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng khoáng haematite 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 oxi 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 nanomet. 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 nhiều ngành kỹ thuật.
Maghemite được tìm thấy trong mẫu đất đỏ ở Đại Tây Dương, trong khi đó haematite
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 hydrocarbon polyaromatic, xúc tác đốt nhiên liệu, than hoá lỏng và pha hơi trong quá
trình oxi hoá của axit benzoic.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 18


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Fe 2 O 3 cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferrite, 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 gang và
thép. Mặt khác, khi nhiệt độ cao sự ăn mòn gang thép cũng liên quan đến một số giai
đoạn trong việc hình thành oxit sắt. Chúng luôn được hình thành trên bề mặt của gang
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 nó.
Do các oxit sắt cứng nên chúng được sử dụng để làm tác nhân mài mòn và đánh bóng.
Haematite khi được nung nhẹ dùng đánh bóng vàng và bạc, trong khi đó haematite nung
ở nhiệt độ cao hơn thì lại được dùng để đánh bóng những vật bằng đồng và thép. Fe 2 O 3
đã được sử dụng như lớp phủ mật độ cao cho đường ống dẫn dầu bằng bê tông dưới đáy
biển để mang dầu và khí đốt vào bờ. Lớp sơn phủ này nhằm ổn định các đường ống dẫn

dầu dưới đáy biển và bảo vệ đường ống chống lại những tác hại vật lý ở những vùng
nước nông.
Tính điện, từ và khả năng quang học của các hạt nano siêu thuận từ có tầm quan trọng
trong nhiều ngành công nghiệp ứng dụng bao gồm cả việc phát triển mới các thiết bị điện
và thiết bị quang học. Lợi thế của việc sử dụng các hạt Fe 2 O 3 kích thước nano là do
chúng có tính ổn định hoá học.

α-Fe 2 O 3 được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng haematite.
Haematite 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 oxi trong đó ion sắt (III) chiếm 2/3 thể
tích bát diện.
Haemantite 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 nó đã được biết đến chẳng hạn như phương pháp ướt. Nó có thể được
điều chế bằng cách thuỷ phân muối sắt trong môi trường axit mạnh (pH=1÷2), ở nhiệt độ
cao (100°C).

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 haematite
ở nhiệt độ khoảng 500°C.
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 19


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

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 haematite 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 haematite phụ
thuộc nhiều vào mức độ các hạt tích tụ. γ-Fe 2 O 3 (maghemite) đã thu hút được nhiều
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 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 1.9).
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 → αHình 1.9. Cấu trúc của
ε-Fe2O3

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. 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.
Theo Ayyub et al một oxit sắt (III) vô định hình được hình thành từ các hạt rất nhỏ, có
đường kính nhỏ hơn 5 nm. Văn Diepen và Popma cho rằng trong Fe 2 O 3 vô định hình các

ion sắt (III) được bao quanh bởi tám oxi có cấu trúc bát diện trong mạng tinh thể. Ayyub
et al 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 và ε- Fe 2 O 3 đã không còn xuất hiện nữa
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 20


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

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
haematite.

Hình 1.10. Màu sắc của sắt (III) oxit
Fe 3 O 4 có màu đen xám, nó là hỗn hợp của FeO và Fe 2 O 3 . Fe 3 O 4 (magnetite) (hình
1.10), là loại có từ tính mạnh nhất trong tất cả các khoáng vật có mặt trong tự nhiên.
Magnetite có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường hình thành
đá. Magnetite phản ứng với oxi để tạo ra haematite và cặp khoáng vật hình thành một
vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của oxi. Magnetite là nguồn quặng sắt có giá trị,
nó hòa tan chậm trong axit clohiđric.
Magnetite có thể được điều chế trong phòng thí nghiệm ở dạng nước theo phương
pháp Massart bằng cách trộn sắt (II) clorua và sắt (III) clorua trong hydroxit natri.
Magnetit cũng có thể được điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa, gồm một hỗn hợp
dung dịch FeCl 3 .6H 2 O và FeCl 2 .4H 2 O (0,1 M) bằng động cơ quay với tốc độ khoảng
2000 vòng/phút. Tỷ lệ mol FeCl 3 : FeCl 2 có thể là 2:1, đun dung dịch này ở 70°C, và ngay
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 21


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

sau đó nâng tốc độ quay lên 7500 vòng/phút và thêm nhanh dung dịch NH 4 OH (10% về
thể tích), ngay lập tức sẽ hình thành kết tủa màu đen chứa các hạt magnetite kích thước
nano.
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 magnetite có thể trực tiếp bị oxi hóa trong không khí để tạo
thành γ-Fe 2 O 3 .

Quá trình oxi 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.
1.6.1.2. Hydroxit sắt (III)
Được tạo ra do tác dụng của bazơ 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.
Fe(OH) 3 không tan trong nước và có tính lưỡng tính yếu: 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.
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 0,7568 nm. Số hiệu nguyên tử trong một tế bào
đơn vị là 8.
1.6.2. Oxit và hydroxit yttrium[1][4][5]
1.6.2.1. 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.
Oxit yttrium (III) là hợp chất quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi để tạo ra các
chất lân quang YVO 4 .
Oxit yttrium dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi sóng hiệu
suất cao.

SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 22


Khóa Luận Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Dương Bá Vũ

Được dùng làm chất xúc tác cho quá
trình polyme hóa etylen. Ngọc hồng lựu
yttrium nhôm, Y 2 O 3 , florua yttrium liti,
vanadat yttri được dùng trong tổ hợp với
các tác nhân kích thích (dopant) như terbi,
ytterbi trong các laser cận-hồng ngoại. Nó
được sử dụng tại các điện cực của một số
loại bu gi hiệu suất cao.
Nó được dùng để khử oxi cho vanadi
hay các kim loại phi sắt khác. Oxit yttrium
(III) được dùng như là phụ gia kết dính
trong sản xuất nitrua silic xốp. Được sử
Hình 1.11. Ảnh TEM củaY2O3
[4]

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.
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.
1.6.2.2. Yttrium hydroxit
Yttrium hydroxit hay còn được gọi là yttrium hydrat, là một vật liệu quan trọng được
sử dụng trong lĩnh vực gốm sứ, thủy tinh và điện tử…

Hình 1.12. Ảnh SEM của Y(OH) 3 dạng ống [4]
SVTH: Nguyễn Xuân Lập

Trang 23