Tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano perovskite y0 8sr0 2feo3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ

Nguyễn Nữ Huyền Trang

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU
NANO PEROVSKITE
Y0.8Sr0.2FeO3

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 HÓA HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU
NANO PEROVSKITE
Y0.8Sr0.2FeO3

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2012


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt bốn năm được học tập và nghiên cứu khoa học tại Khoa
Hóa – Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh em đã trưởng thành lên rất
nhiều. Môi trường sư phạm đã giúp em ngày càng hoàn thiện hơn về tri thức và
con người. Mỗi học kỳ trôi qua là em được học hỏi nhiều kiến thức quý báu từ
những năm đại cương cho đến những năm chuyên ngành dưới sự dìu dắt của
các Thầy Cô trong và ngoài Khoa. Để rồi, bước cuối cùng kết thúc cuộc đời
sinh viên là hoàn thành Luận văn tốt nghiệp; em đã tự tin lên rất nhiều vì những
gì mình đã học tập và trao dồi trong bốn năm qua. Qua đây, em xin gửi lời cảm
ơn sâu sắc đến những người mà em yêu quý và trân trọng nhất đã giúp đỡ cho

em hoàn thành tốt bài Luận văn này.
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến –
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn
thành tốt bài Luận văn.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn em cũng xin
cảm ơn toàn thể quý Thầy Cô Khoa Hóa – Trường Đại học Sư phạm đã nhiệt
tình giúp đỡ, hỗ trợ trong quá trình làm đề tài.
Và em cũng không quên gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia
đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu!
Vì thời gian và khả năng còn hạn chế nên bài luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp chân thành của Thầy
Cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. HCM, ngày 7 tháng 5 năm 2012
SVTH

Nguyễn Nữ Huyền Trang
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................2

MỤC LỤC.................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ..............................................................5
MỞ ĐẦU...................................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..........................................8
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano ............................................................................ 8
1.1.1. Một số khái niệm............................................................................................. 8
1.1.2. Ứng dụng của công nghệ nano...................................................................... 10
1.2. Vật liệu perovskite ABO 3 ................................................................................ 12
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO 3 ........................................................ 12
1.2.2. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu oxi ................................................................. 14
1.2.3. Cấu trúc tinh thể YFeO 3 ............................................................................... 15
1.2.4. Ứng dụng của vật liệu oxit perovskite kích thước nanomet ......................... 15
1.3. Tổng quan tính chất của yttri¸stronti, sắt ......................................................... 18
1.3.1. Oxit yttri, yttri cacbonat ................................................................................ 18
1.3.2. Oxit stronti, stronti cacbonat ......................................................................... 20
1.3.3. Oxit sắt và sắt hidroxit .................................................................................. 21
1.4. Phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite ...................................................... 23
1.4.1. Phương pháp gốm truyền thống .................................................................... 23
1.4.2. Phương pháp đồng kết tủa............................................................................. 25
1.4.3. Phương pháp sol-gel ..................................................................................... 26
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........................29
2.1. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 29
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 30
2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA/DTG ................................... 30
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu nhiễu xạ tia X ....................................................... 32
2.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM ................................................ 33
2.2.4. Phương pháp đo phổ hồng ngoại (FTIR) ...................................................... 34
2.2.5. Phương pháp hấp phụ.................................................................................... 35
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

2.2.6. Phương pháp đo độ từ hóa ............................................................................ 37
2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ........................................................................... 39
2.3.1. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................ 39
2.3.2. Hóa chất ........................................................................................................ 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................40
3.1. Tổng hợp vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 theo phương pháp đồng kết tủa . 40
3.1.1. Quy trình tổng hợp vật liệu ........................................................................... 40
3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt ................................................................................. 41
3.1.3. Kết quả phổ hồng ngoại FTIR ...................................................................... 42
3.1.4. Kết quả XRD của vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ...................................................... 43
3.1.5. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) .......................... 44
3.2. Tổng hợp vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 theo phương pháp citrat-gel....... 44
3.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu ........................................................................... 44
3.2.2. Kết quả phân tích nhiệt ................................................................................. 45
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH tạo gel .............................................................. 46
3.2.4. Khảo sát nhiệt độ nung ................................................................................. 47
3.2.5. Khảo sát tỷ lệ mol C/M ................................................................................. 48
3.2.6. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) .......................... 49
3.3. Vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 .................................................................... 49
3.3.1. Cấu trúc vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ................................................... 49
3.3.2. Thành phần hóa học của vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ......................... 50
3.4. Ứng dụng vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 .................................................... 52
3.4.1. Khả năng hấp phụ Pb2+ trên vật liệu ............................................................. 52

3.4.2. Từ tính của vật liệu ....................................................................................... 54
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................55
4.1. Kết luận ............................................................................................................ 55
4.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................57

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Danh mục hình vẽ
Hình 01. Phân loại vật liệu nano theo số chiều ........................................................9
Hình 02. Phân loại vật liệu nano theo hình dạng .....................................................9
Hình 03. (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO 3 , (b) Sự sắp xếp các bát diện trong
cấu trúc lý tưởng .....................................................................................................13
Hình 04. Sự biến dạng của cấu trúc perovskit khi góc liên kết B-O-B ≠ 180o ......13
Hình 05. Sự di chuyển của các nút khuyết oxi trong perovskit: (a) Sự tạo thành của
một nút khuyết oxi, (b) Vị trí nút khuyết bị dịch chuyển .......................................14
Hình 06. Tế bào đơn vị của YFeO 3 .......................................................................15
Hình 07. Mô hình tách tế bào bằng từ trường ........................................................16
Hình 08. Mô hình dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính ...............................................16
Hình 09. Biểu đồ thử nghiệm đốt nhiệt từ trên thỏ ................................................17
Hình 10. Cấu trúc lập phương tâm mặt của Y 2 O 3 .................................................19
Hình 11. Cấu trúc tinh thể SrO ...............................................................................20

Hình 12. Sơ đồ khối của phương pháp gốm truyền thống sản xuất vật liệu gốm ..23
Hình 13. Sự phụ thuộc giữa pH của hỗn hợp và lượng Ti4+, Nd3+ còn lại trong
dung dịch vào giá trị pH..........................................................................................25
Hình 14. Kỹ thuật sol-gel và các sản phẩm của nó ................................................26
Hình 15. Mô hình máy phân tích nhiệt STA 409 PC-NETZSCH ..........................32
Hình 16. Thiết bị XRD D8 ADVANCE của Bruker AXS ....................................33
Hình 17. Sơ đồ hoạt động của kính hiển vi điện tử quét SEM...............................33
Hình 18. Thiết bị SEM HITACHI S-4800 .............................................................34
Hình 19. Thiết bị FTIR 8400S-SHIMADZU .........................................................35
Hình 20. Thiết bị AAS SHIMADZU AA-6300 .....................................................36
Hình 21. Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ ......................................................37
Hình 22. Thiết bị độ từ tính MICROSENE EV11 .................................................38
Hình 23. Sơ đồ tổng hợp vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 tổng hợp theo phương pháp đồng
kết tủa (phương pháp 1) ..........................................................................................40
Hình 24. Giản đồ TGA và DTG của mẫu bột tổng hợp theo phương pháp 1 ..........4
Hình 25. Phổ FTIR của mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0,2 FeO 3 ..................................................................... 42

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hình 26. Giản đồ XRD của vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 tổng hợp theo
phương pháp 1 nung ở 750oC trong 2h ...................................................................43
Hình 27. Ảnh SEM của vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 tổng hợp theo phương pháp 1 nung
ở 750oC trong 2h .....................................................................................................44

Hình 28. Sơ đồ tổng hợp vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 tổng hợp theo phương pháp
citrate-gel ................................................................................................................45
Hình 29. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu bột được tổng hợp tại pH = 9-10,
tỷ lệ citrat/kim loại = 1,2:1; nhiệt độ tạo gel là 80oC ..............................................46
Hình 30. Giản đồ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột nung ở 950oC trong
2h; C/M =1,2 ...........................................................................................................47
Hình 31. XRD của mẫu vật liệu tổng hợp (C/M = 1,8; pH = 9) sau khi nung ở các
nhiệt độ 900oC, 950oC,1000oC, 1100oC ..................................................................48
Hình 32. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 được tổng hợp
ở điều kiện pH = 9; T = 950oC ............................................................................. 49
Hình 33. Ảnh SEM của mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 to = 950oC trong 2h ..............49
Hình 34. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ trên vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ..................53
Hình 35. Đường từ trễ của vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 .................................................54
Danh mục bảng biểu
Bảng 1. Một vài hằng số vật lý quan trọng của oxit sronti.....................................20
Bảng 2. Kiểu mạng tinh thể, thành phần pha, hằng số mạng, kích thước hạt của vật
liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ...................................................................................................50
Bảng 3. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của mẫu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 tổng hợp theo hai
phương pháp ............................................................................................................51
Bảng 4. Phần trăm về khối lượng của các nguyên tố trong mẫu Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3
.....52
Bảng 5. Nồng độ Pb2+ còn lại theo thời gian hấp phụ trên vật liệu........................52
Bảng

6.

Thông

số

từ

tính

của

vật

liệu

Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3

..............................................54

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

MỞ ĐẦU
Khoa học nano và công nghệ nano đã bắt đầu phát triển từ những năm 60
của thế kỷ trước. Vật liệu nano đang đi sâu vào đời sống hiện đại và ngày càng
chiếm một ý nghĩa rất lớn đối với con người nhờ vào các tính chất đặc biệt của
chúng mà các vật liệu truyền thống trước đó không có được.
Oxit phức hợp kiểu perovskite ABO 3 ( với A là nguyên tố đất hiếm như
La, Y; B là nguyên tố chuyển tiếp họ d như Mn, Fe…) thu hút được nhiều sự

quan tâm trong lĩnh vực từ tính và hấp phụ. Bên cạnh đó hoạt tính xác tác của
perovskite đang được nghiên cứu và ứng dụng phụ thuộc nhiều vào diện tích bề
mặt của chúng. Thực nghiệm đã chứng minh rằng, khi thay thế một phần kim
loại La hay Y trong ABO 3 bằng các kim loại hoá trị II như Ca, Sr sẽ làm thay
đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite, dẫn đến thay đổi các tính chất hoá lý của
vật liệu được điều chế từ chúng.
Có rất nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite như phương pháp
gốm truyền thống thường dùng để điều chế perovskite; nhưng kết quả thu được
các hạt perovskite có diện tích bề mặt thấp (< 2m2/g) do sự kết tụ [9]. Phương
pháp sol-gel và đồng kết tủa được sử dụng rộng rãi hơn cả bởi các sản phẩm
thu được có độ đồng thể tốt, kích thước hạt nhỏ (cỡ nano mét), diện tích bề mặt
lớn (vài chục m2/g); ứng dụng trong các lĩnh vực từ tính, hấp phụ, xúc tác...
Với những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài:
“ Tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3
”

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1. Một số khái niệm [2, 3, 11]
Công nghệ nano
Nanomet là điểm kỳ diệu trong kích thước chiều dài, là điểm mà tại đó

những vật sáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cấp độ nguyên tử và phân tử
của thế giới tự nhiên.
Hội chứng “công nghệ nano” đang tràn qua tất cả các lĩnh vực của khoa học
và công nghệ, và sẽ thay đổi bản chất của hầu hết mọi đối tượng do con người tạo
ra trong những thế kỷ tiếp theo.
Trong công nghệ nano, thế giới nghiên cứu và sử dụng các hệ bao gồm các
cấu tử có kích thước nanomet (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việc
chuyển hoá vật chất, năng lượng và thông tin.
Như vậy, theo định nghĩa thì công nghệ nano không phải là công nghệ bao
hàm nghiên cứu cơ bản về cấu tử có độ lớn nằm giữa 1 nm và 100 nm. Để hiểu rõ
hơn định nghĩa, ta có thể nêu ra một số ví dụ của thế giới nano. Chẳng hạn những
hạt muội than từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể thiếu cho vật liệu cao su làm
lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu. Vậy từ lâu vật liệu nano đã đi vào
cuộc sống thường nhật của chúng ta. Một số chất dùng trong tiêm chủng cũng
thuộc “nano” bởi vì chúng chứa một hoặc một vài chủng protein, nghĩa là các phần
tử vĩ mô kích thước nanomet. Nhưng ta không thể xếp chúng vào công nghệ nano
được.
Vật liệu nano (nano materials)
Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano. Khó có
thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người
ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX là thời điểm mà các nhà vật lý,
hoá học và vật liệu quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất và
những sự chuyển hoá của các phần tử có kích thước nano. Đó là do các phần tử
nano biểu hiện những tích chất điện, hoá, cơ, quang, từ... rất khác biệt so với vật
liệu khối thông thường.
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 8

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp các nguyên
tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua... có kích thước trong khoảng
1-100 nm; chúng cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kính mao quản dưới
100 nm (zeolit, photphat và cacboxilat kim loại). Như vậy, vật liệu nano có thể
thuộc kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao.
Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
-

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...
-

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…
-

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước

nano, hai chiều tự do. Ví dụ: màng mỏng [1].
Ngoài ra để phân biệt được các dạng vật liệu nano người ta còn dựa vào sự
khác nhau về kích thước của chúng như:
-

Vật liệu nano kim loại.

-

Vật liệu nano bán dẫn.

-

Vật liệu nano từ tính.

-

Vật liệu nano sinh học.

Hình 2. Phân loại vật liệu nano
Hình 1. Phân loại vật liệu nano

theo hình dạng

theo số chiều

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hoá học nano
Hoá học nano là khoa học nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định
tính chất của vật liệu nano.
Để tổng hợp các vật liệu nano người ta có thể dùng tất cả các phương pháp
tổng hợp hoá học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa
trong dung dịch, nhiệt phân, thuỷ phân, điện kết tủa, oxi hoá, phản ứng vận
chuyển, sol-gel... Tuy nhiên, điều quan trọng nhất để tổng hợp vật liệu nano là
kiểm soát kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo
thành, do đó các phản ứng thường được thực hiện trên khuôn (đóng vai trò như
những bình phản ứng nano) vừa tạo ra không gian thích hợp, vừa có thể định
hướng cho sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các các phân tử với
nhau. Ngày nay, người ta đã dùng các khuôn là các ion kim loại, các mixen được
tạo thành bởi các chất hoạt động bề mặt, các màng photpholipit.
1.1.2. Ứng dụng của công nghệ nano
Công nghệ nano hứa hẹn sẽ “thay đổi cuộc sống của con người” bởi có những
tính chất nổi trội và mới lạ. Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
của đời sống, kinh tế và xã hội.
Công nghệ nano với lĩnh vực điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin
và truyền thông
Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano có ảnh hưởng nhiều như điện
tử, công nghệ thông tin và truyền thông. Điều này được phản ánh rõ nhất ở số
lượng các transistor kiến tạo nên vi mạch máy tính, số lượng các transistor trên
một con chip tăng lên làm tăng tốc độ xử lý của nó, giảm kích thước linh kiện, dẫn
tới giảm giá thành, nâng cao hiệu quả kinh tế lên nhiều lần.
Ứng dụng đầu tiên của công nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêu mỏng mới.
Ngoài ra công nghệ nano mở ra cho công nghệ thông tin một triển vọng mới - chế
tạo linh kiện mới, rẻ hơn và có tính năng cao hơn hẳn so với transistor, đó là các
chấm lượng tử được chế tạo ở mức độ tinh vi, mỗi chiều chỉ có 1 nm thì một linh
kiện cỡ 1 cm3 sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷ bit, tức là toàn bộ thông tin của tất cả các
thư viện trên thế giới này có thể lưu giữ trong đó.

Quang điện tử cũng là một lĩnh vực chủ chốt của cuộc cách mạng công nghệ
thông tin. Lĩnh vực này đang có xu thế giảm tối đa kích thước, ví dụ như một số
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

linh kiện của thiết bị phát tia laze năng lượng lượng tử, các màn hình tinh thể lỏng
đòi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vài nanomet.
Công nghệ nano với lĩnh vực sinh học và y học
Ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực sinh học để tạo ra các thiết bị cực
nhỏ có thể đưa vào cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng trăm
các dược liệu mới từ các vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp, tạo ra các protein cảm
ứng có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống, tạo ra các động cơ sinh học
mà phần di động chỉ có kích thước cỡ phân tử protein, tạo ra các chip sinh học và
tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thông tin như
bộ não.
Công nghệ nano sinh học còn có thể được ứng dụng trong y học để tạo ra một
phương pháp tổng hợp, thử nghiệm để bào chế dược phẩm, nâng cao các kĩ thuật
chuẩn đoán, liệu pháp và chiếu chụp ở cấp độ tế bào với độ phân giải cao hơn độ
phân giải của chụp hình cộng hưởng từ.
Một số công cụ đã được phát triển trong những năm gần đây như: kính hiển
vi đầu dò quét (SPM), kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) cho phép quan sát trực
tiếp hoạt động của từng phân tử bên trong các hệ sinh vật và sự chuyển động của
phân tử ở thời gian thực bên trong một động cơ cấp phân tử. Hy vọng rằng việc
ứng dụng các thành tựu của công nghệ nano vào lĩnh vực sinh học và y học sẽ tạo

ra được những biện pháp hữu hiệu để nâng cao sức khoẻ, tăng tuổi thọ con người.
Công nghệ nano với vấn đề môi trường
Hoá học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời gian gần
đây. Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với các hợp chất
hữu cơ chứa clo trong môi trường nước. Điều này dẫn tới việc sử dụng thành công
loại màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nước ngầm. Các oxit kim loại
nano với sự phân hủy của chất hấp phụ, do đó các vật liệu mới này được gọi là các
“chất hấp thụ hay phân hủy”. Chúng được sử dụng trong việc xử lí khí, phá hủy
các chất độc hại.
Công nghệ nano với vấn đề năng lượng
Nhu cầu về năng lượng là một thách thức nghiêm trọng đối với sự tồn tại và
phát triển của thế giới. Trước một thực tế là các nguồn năng lượng truyền thống
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

đang ngày một cạn kiệt thì việc tìm ra các nguồn năng lượng khác thay thế là một
nhiệm vụ cấp bách đặt ra. Năng lượng mặt trời có thể chuyển hoá trực tiếp thành
điện năng nhờ pin quang điện. Nguồn nhiên liệu sạch là hidro có thể được tạo ra
nhờ phản ứng quang hoá phân hủy nước. Các quá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử
dụng các vật liệu nano. Việc lưu trữ hidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu
ống nano.
Công nghệ nano với lĩnh vực vật liệu
Vật liệu nano composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thành
phần, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm

khối lượng, tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác với ánh sáng
và các bức xạ khác. Các vật liệu gốm composit được sử dụng làm lớp mạ trong
điều kiện cơ, nhiệt khắc nghiệt. Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano có các tính chất
khác thường như thay đổi màu khi có dòng điện đi qua. Các loại sơn tường chứa
các hạt nano làm tăng khả năng chống bám bụi. Trên thị trường đã xuất hiện loại
thuỷ tinh tự làm sạch do được mạ một lớp các hạt nano chống bám bụi.
1.2. Vật liệu perovskite ABO3
1.2.1. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO3 [3]
Các loại oxit perovskite có công thức chung ABO 3 với A là nguyên tố đất
hiếm thuộc họ lantanoit (A = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd…) và B là các nguyên tố
chuyển tiếp thuộc họ d (B = Mn, Fe, Co, Ni, Pt). Thành phần của chúng có thể
thay đổi bằng cách thay thế một phần các cation ở vị trí A và B tạo thành hợp chất
(A x A′ 1-x )(B y B′ y-1 )O 3 . Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này, chúng tôi đặc biệt
quan tâm đến cấu trúc hoá học của oxit perovskite trên vật liệu.
Cấu trúc perovskite ABO 3 lý tưởng có dạng lập phương (hình 3a), với các
thông số của ô mạng cơ sở thỏa mãn: a = b = c và α = β = γ = 90o. Cation Ln3+ nằm
tại các đỉnh, anion O2- nằm tại vị trí tâm của các mặt của hình lập phương, còn tâm
hình lập phương là vị trí của cation B.

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hình 3. (a) Cấu trúc lý tưởng perovskite ABO3
(b) Sự sắp xếp các bát diện trong cấu trúc lý tưởng

Chúng ta có thể mô tả cấu trúc lý tưởng perovskite dưới dạng sắp xếp các bát diện
(hình 3b). Trong trường hợp này cation B nằm tại vị trí các hốc bát diện, tâm của
hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân cận là vị trí của cation A. Từ hình 1b có thể
thấy góc liên kết giữa B-O-B là 180o và độ dài liên kết B-O bằng nhau theo mọi
phương. Dưới tác dụng của các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, tạp chất, từ
trường, áp suất... thì cấu trúc perovskite lý tưởng sẽ bị biến dạng. Cấu trúc
perovskite không còn dạng lập phương lý tưởng dẫn tới góc liên kết B-O-B là khác
180o (hình 4), đồng thời độ dài liên kết B-O theo các phương khác nhau sẽ khác
nhau. Sự lệch khỏi cấu trúc lý tưởng dẫn đến các hệ tinh thể đối xứng thấp hơn
như trực thoi (orthohomic), mặt thoi (rhoboheral), tứ giác (tetragonal), đơn tà hay
một nghiêng (monoclinic), tam tà hay ba nghiêng (triclinic). Cấu trúc méo mạng có
thể tồn tại ở nhiệt độ phòng nhưng nó có thể chuyển thể sang cấu trúc lập phương
khi ở nhiệt độ cao. Sự chuyển pha cấu trúc này có thể xuất hiện theo nhiều bước
qua các pha méo trung gian.
Chính sự thay đổi cấu
trúc mạng tinh thể perovskite
mà các tính chất đối xứng, tính
chất điện và từ của vật liệu bị
thay đổi. Đặc biệt khi có lẫn các
loại cation kim loại khác với

Hình 4. Sự biến dạng của cấu trúc

các tỉ lệ hợp thức khác nhau sẽ

perovskit khi góc liên kết B-O-B ≠ 180o

tạo ra những loại hợp chất có
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

tính chất riêng biệt và có những ứng dụng khác nhau trong sản xuất và đời sống,
đây cũng là hướng nghiên cứu mới đang thu hút nhiều sự quan tâm.
1.2.2. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu oxi [3]
Tính không hợp thức dư oxi trong các oxit perovskite thường không phổ
biến, về mặt nhiệt động học là không thuận lợi, do việc gộp oxi vào mạng tinh thể
như “oxi ngoài nút” (interstitial oxygen). Hơn nữa, cấu trúc ABO 3 gồm một mạng
AO 3 xếp chặt với các cation B trong các bát diện BO 6 dẫn đến sự tồn tại các nút
khuyết ở các vị trí cation. Van Roosmalen và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng: trên
hệ LaMnO 3+δ không có oxi ngoài nút, có sự xuất hiện nút khuyết cation ở vị trí La
và Mn với lượng bằng nhau. Các nút khuyết ở vị trí cation thường chiếm ưu thế ở
vị trí nguyên tố đất hiếm “vị trí A”. Các nút khuyết vị trí B trong các oxit
perovskite không phổ biến do cation B có điện tích lớn và kích thước nhỏ nên các
nút khuyết vị trí B là không thích hợp về nhiệt động học, cation A lớn hơn, ở vị trí
phối trí với 12 anion oxi nên dễ bị thiếu hụt từng phần. Mặt khác, dãy AO 3 trong
cấu trúc perovskite tạo nên một mạng lưới bền vững.

Hình 5. Sự di chuyển của các nút khuyết oxi trong perovskit:
(a) Sự tạo thành của một nút khuyết oxi
(b) Vị trí nút khuyết bị dịch chuyển
Thông thường thì oxit perovskite thường khuyết thiếu oxi, để đảm bảo sự
cân bằng điện tích trong mạng sẽ có sự trộn lẫn hóa trị của các cation. Trong phạm
vi của đề tài chúng tôi nghiên cứu oxit perovskite Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 đó là sự thay thế
Sr cho Y từ perovskite YFeO 3 . Việc thay thế Sr cho Y một cách dễ dàng ta được

công thức tổng quát là Y 1-x Sr x FeO 3-y . Điều này xảy ra là do các cation Y3+ và Sr2+
có bán kính ion gần giống nhau (r Y3+ = 1.04 Ao, r Sr2+ = 1.18 Ao). Vì thế, sự thay thế
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

vị trí sẽ hầu như không gây ra sự méo mạng. Thứ hai, là sự phân bố vị trí của các
anion O2- quanh Y3+ hoặc Sr2+ là tương đương nhau, cho phép sự thay thế giữa Y3+
và Sr2+ trong mạng. Thứ ba, sự thay thế Sr2+ cho Y3+ tạo ra sự bù điện tích cục bộ,
nhưng các hạt tải cục bộ loại p được cân bằng bởi sự biến đổi một phần Y3+ thành
Y4+. Cuối cùng, sự mất điện tích cục bộ do sự thế chỗ Y3+ bởi Sr2+ được cân bằng
nhờ sự hình thành của các vị trí khuyết thiếu oxi cũng như sự biến đổi Y3+ thành
Y4+ .
1.2.3. Cấu trúc tinh thể YFeO3 [17]
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 4). Các
hiện tượng biến dạng của perovskite chủ yếu là ở vị trí Y3+ trong khi đó các ion
Fe3+ cơ bản vẫn được giữ nguyên trong thể bát diện. Một số công trình nghiên cứu
về tổng hợp YFeO 3 đã được công bố. Yttri orthoferit 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 pha Y 3 Fe 5 O 12 (yttri-iron garnet) và Fe 3 O 4 .

Hình 6. Tế bào đơn vị của YFeO 3
1.2.4. Ứng dụng của vật liệu oxit perovskite kích thước nanomet

A. Từ tính vật liệu [8, 9]
Ứng dụng từ tính của hạt nano trong y sinh học

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 15


Khóa luận tốt nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Phân tách và chọn lọc tế bào: Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải

tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng
nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Quá trình phân tách được chia
làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu và tách các thực thể
được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. Việc đánh dấu được thực hiện
thông qua các hạt nano từ tính. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có
tính tương hợp sinh học như là dextran,
polivinyl ancol (PVA)... Hóa chất bao phủ
không những có thể tạo liên kết với một vị
trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử
mà còn giúp cho các hạt nano phân tán tốt
trong dung môi, tăng tính ổn định của chất
lỏng từ. Đây là cách rất hiệu quả và chính
xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ tính
được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương

Hình 7. Mô hình tách tế bào
bằng từ trường

tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng
cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu. Quá trình phân
tách được thực hiện nhờ một gradien từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một lực
hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh
dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô
từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng. Hình 7 là nguyên
tắc tách tế bào bằng từ trường trong đó: (a) làmột nam châm được đặt ở bên ngoài
để hút các tế bào đã được đánh dấu và loại bỏ các tế bào không được đánh dấu và
(b) là nam châm có thể đặt vào một dòng
chảy có chứa tế bào cần tách.
-

Dẫn truyền thuốc: Một trong những

nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu
đó là tính không đặc hiệu. Khi vào trong cơ
thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập
trung nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh

Hình 8. Mô hình dẫn thuốc

hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì
thế việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 16

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

(thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm
1970. Những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính. Có hai
lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm
giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảm lượng thuốc điều trị. Hạt nanô từ tính có
tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị. Lúc này hạt nanô có tác
dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và đi
vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng
một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó
trên cơ thể. Hình 8 là nguyên lí dẫn thuốc dùng hạt nanô từ tính. Một thanh nam
châm bên ngoài rất mạnh tạo ra một gradient từ trường kéo các hạt nanô từ tính
gắn với thuốc đến vị trí mong muốn. Ở đó quá trình nhả thuốc diễn ra làm cho hiệu
quả sử dụng thuốc được tăng lên nhiều lần.
-

Đốt nhiệt từ: Phương pháp đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngoài mà

không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường
là một trong những ứng dụng quan trọng khác
của hạt nano từ tính. Một trong những nghiên
cứu đầu tiên về đốt nhiệt từ xuất hiện từ năm
1957. Nguyên tắc hoạt động là các hạt nano từ
tính có kích thước từ 20-100 nm được phân
tán trong các mô mong muốn sau đó tác dụng
một từ trường xoay chiều với tần số 1,2 MHz

bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để
làm cho các hạt nano hưởng ứng mà tạo ra

Hình 9. Biểu đồ thử nghiệm
đốt nhiệt từ trên thỏ

nhiệt nung nóng những vùng xung quanh. Nhiệt độ khoảng 42°C trong khoảng 30
phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư trong khi các tế bào thường vẫn an
toàn. Hình 9, người ta nghiên cứu thử nghiệm đốt nhiệt từ trên thỏ cho thấy nhiệt
độ bên ngoài và bên trong u bướu (hai đường trên cùng) cao hơn nhiều so với nhiệt
độ của những vùng xung quanh (những đường dưới).
B. Hoạt tính xúc tác
Oxi hóa hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs
Các perovskite YFeO 3 với kích thước nanomet, diện tích bề mặt lớn đã và
đang được các nhà khoa học nghiên cứu làm hoạt tính xúc tác trong xử lý khí CO,
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 17


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

H 2 S, VOCs… bởi hoạt tính oxi hóa khử cao, khả năng chống nhiễm độc của
chúng. Vật liệu xúc tác này đóng vai trò là chất cung cấp và vận chuyển O 2 .
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được xem là một nhóm các hợp chất quan
trọng gây ô nhiễm môi trường khí. VOCs được tạo ra sự đốt cháy nhiên liệu không
hoàn toàn hay các quá trình sản suất hàng hoá tiêu dùng... Thiêu đốt xúc tác là biện
pháp hiệu quả nhất để xử lý VOCs. Sự oxi hoá hoàn toàn VOCs sảy ra theo

phương trình chung:
HCHC + O 2 → CO 2 + H 2 O
Weicheng Wang và các cộng sự tổng hợp YFeO 3 kích thước nanomet bằng
phương pháp axit citric. Sau đó họ đã dùng các hạt sol TiO 2 trải lên bề mặt của
YFeO 3 tạo thành hệ TiO 2 /YFeO 3 với hoạt tính xúc tác cao hơn. Hệ xúc tác
TiO 2 /YFeO 3 có thể chuyển hóa 50% lượng bezen trong thời gian 180 phút [19].
Oxi hóa CO
Nguồn phát thải ra khí CO rất nhiều như các nhà máy luyện kim đen, sản
suất nhôm bằng điện phân nóng chảy hay được tạo ra trong các quá trình cháy của
nhiên liệu. Oxi hoá CO thành CO 2 trên xúc tác là biện pháp để xử lí khí này.
2CO +

O2

→ 2CO 2

Jun Li và các cộng sự đã tổng hợp thành công hạt nano perovskite YFeO 3 YFe 1-x Gd x O 3-z bằng phương pháp sol-gel. Hợp chất perovskite với mạng tinh thể
lục giác này đã được ứng dụng vào quá trình chuyển hóa CO. Hiệu suất chuyển
hóa CO/O 2 từ 20% - 50% sau 18h [18].
1.3. Tổng quan tính chất của yttri¸stronti, sắt
1.3.1. Oxit yttri, yttri cacbonat [1, 2]
A. Oxit yttri
Y 2 O 3 có cấu trúc lập phương tâm mặt với Y3+ nằm ở 8 đỉnh và tâm 4 mặt của
tế bào, O2- nằm ở tâm tế bào và trung điểm các cạnh. Vậy trong mỗi tế bào sẽ có
12 phân tử Y 2 O 3 .
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.

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Oxit yttri là hợp chất quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi để tạo ra các
chất lân quang YVO 4 . Ngoài ra, chúng được dùng làm chất xúc tác cho quá trình
polime hóa etylen.

Y3+

O2-

 Vị trí hốc O

Hình 10. Cấu trúc lập phương tâm mặt của Y2O3
Bên cạnh đó nó được dùng để khử oxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt
khác. Oxit yttri được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp.
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.
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. Khi nhiệt phân yttri hidroxit ở khoảng 500°C trong khoảng 2 giờ thì ta sẽ thu
được oxit yttri.
B. Yttri cacbonat
Muối yttri cacbonat là chất ở dạng kết tủa, thực tế không tan trong nước.

Khi đun nóng trong nước nó chuyển thành cacbonat bazơ.
Y 2 (CO 3 ) 3 + H 2 O  2Y(OH)CO 3 + CO 2
Khi bị nhiệt phân, sản phẩm cuối cùng là Y 2 O 3 .
Được dùng làm chất đầu để điều chế các oxit và hợp chất khác của
lantanoit.
Y 2 (CO 3 ) 3 được tạo nên khi cho muối yttri (III) tác dụng đủ với dung dịch
cacbonat kim loại kiềm hay amoni. Khi cho dư cacbonat kim loại kiềm hay amoni
sẽ thu được muối cacbonat kép M 2 CO 3 .Y 2 (CO 3 ) 3 .nH 2 O (trong đó M là cation kim
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

loại kiềm hay NH 4 +). Các cacbonat kép của đất hiếm nhóm xeri hầu như không tan
trong dung dịch bão hòa của cacbonat kim loại kiềm hay amoni. Còn các cacbonat
kép của đất hiếm hay Y có độ tan tăng dần đều.
1.3.2. Oxit stronti, stronti cacbonat [10, 21]
A. Oxit stronti
Oxit SrO ở dạng bột màu trắng, khi nấu chảy trong lò điện rồi để nguội,
chúng ở dạng tinh thể, mạng tinh thể lập phương tâm diện có a = 6,05 Å , d = 4,27.
Vì SrO có năng lượng mạng lưới rất lớn nên rất khó nóng chảy và rất bền nhiệt, có
thể bị sôi mà không phân hủy. Vì thế, một trong những công dụng lớn nhất của
oxit này cũng như một số oxit nhóm kim loại kiềm thổ trong thực tế là làm vật liệu
chịu nhiệt.

Hình 11. Cấu trúc tinh thể SrO

Bảng 1. Một vài hằng số vật lý quan trọng của oxit sronti [10]
Năng lượng mạng lưới, kJ/mol

3913

Nhiệt độ nóng chảy, oC

2460

Nhiệt độ sôi, oC

2500

Oxit stronti dễ dàng tan trong nước tạo thành hidroxit và phản ứng tỏa nhiều
nhiệt: SrO + H 2 O → Sr(OH) 2
Ngoài ra, SrO còn có tính hút ẩm mạnh khi để trong không khí và có khả
năng hấp thụ khí CO 2 giống như oxit kim loại kiềm hay oxit bazơ. Có thể tan trong
dung dịch axit tạo thành muối: SrO + CO 2 → SrCO 3

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 20


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Do cation của Sr có bán kính lớn nên có khả năng làm bền một số anion lớn

như peoxit, supeoxit tạo nên SrO 2 – là chất bột màu trắng và khó tan trong nước,
dễ tan trong dung dịch axit, giải phóng H 2 O 2 . Dung dịch của peroxit này có thể
phản ứng với kiềm và có tính chất của dung dịch H 2 O 2 .
Khi đun nóng, peoxit của Sr phân hủy thành oxit và oxi. Như vậy ở dạng rắn
hay dung dịch peoxit này đều có tính oxi hóa nhưng với chất oxi hóa mạnh hơn,
chúng thể hiện tính khử.
Phương pháp điều chế SrO chủ yếu là nhiệt phân muối cacbonat, nitrat hoặc
hidroxit của kim loại stronti. Ví dụ: 2Sr(NO 3 ) 2

2SrO + 4NO 2 + O 2

SrO 2 được điều chế bằng cách đun nóng ở 100oC-130oC để làm mất nước
hidrat peoxit SrO 2 .8H 2 O, được tạo nên khi H 2 O 2 tác dụng với hidroxit tương ứng,
hoặc có thể cho oxit kết hợp trực tiếp với oxi.
Ở nhiệt độ cao, nó có thể bị kim loại kiềm, nhôm, silic khử đến kim loại.
Oxit stronti được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp thủy tinh và lên men.
B. Stronti cacbonat
Stronti cacbonat tồn tại dạng bột trắng mịn, có tính chất tương tự như với
canxi cacbonat.
Stronti cacbonat tồn tại trong quặng strontianit là một trong những nguồn
khai thác chính.
Stronti cacbonat được sử dụng trong lĩnh vực điện tử. Bên cạnh đó, còn được
dùng trong stronti ferrit để sản xuất nam châm vĩnh cửu. Ngoài ra nó được dùng để
sản xuất kính cho các ống tia âm cực. Stronti cacbonat có bán kính nguyên tử
tương đối lớn, nó hấp thụ bức xạ tia X xảy ra trong các ống tia âm cực.
Trong y học, trước đây stronti được sử dụng để điều trị tâm thần phân liệt.
Ngày nay, stronti cacbonat được sử dụng của để điều trị khớp và xơ cứng não.
1.3.3. Oxit sắt và sắt hidroxit [2, 10]
A. Oxit sắt
Fe 2 O 3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ. 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
electron d lớp ngoài cùng nên có năng lượng mạng lưới trường tinh thể ổn định.

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 21


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Fe 2 O 3 có hình dạng vô định hình và tồn tại bốn loại hình dạng là alpha, beta,
gamma, và epsilon.
α-Fe 2 O 3 được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng
hemantit. Hemantit 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.
β-Fe 2 O 3 có từ tính không ổn định là một điểm riêng để phân biệt nó với các
dạng alpha, gamma và epsilon. β-Fe 2 O 3 siêu bền với nhiệt và được chuyển đổi
thành hemantit ở nhiệt độ.
γ-Fe 2 O 3 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng magnetit. γ-Fe 2 O 3 không
bền với nhiệt và được chuyển thành hemantit ở nhiệt độ cao hơn khoảng 500°C.
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 những năm 1988. ε-Fe 2 O 3 có hình dạng trực thoi với
tám tế bào đơn vị. 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.
Màu sắc của Fe 2 O 3 như màu đỏ, nâu và màu đen 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 phản ứng cho ngành công

nghiệp sản xuất hoá chất như là chất xúc tác cho phản ứng khử etylbenzen để sản
xuất styren.
Fe 2 O 3 cũng là nguyên liệu ban đầu 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. Do các oxit sắt cứng nên chúng được sử dụng để làm
tác nhân mài mòn và đánh bóng. Hemantit khi được nung nóng nhẹ được dùng làm
để đánh bóng vàng và bạc, trong khi đó hemantit nung ở nhiệt độ cao hơn thì lại
được dùng để đánh bóng những vật bằng đồng và thép.
Điều chế
Oxit sắt (III) là một sản phẩm của quá trình oxi hóa
4Fe + O 2 + 2H 2 O → 4FeO(OH)
Sản phẩm của quá trình oxi hóa là Fe(O)OH, sau đó đem khử nước ở 200oC
2FeO(OH) → Fe 2 O 3 + H 2 O
SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 22


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Ngoài ra, oxit sắt còn được điều chế bằng cách nhiệt phân các muối hidroxit,
các muối cacbonat hoặc nitrat….
4FeCO 3 + O 2 → 2Fe 2 O 3 + 4CO 2
4Fe(NO 3 ) 3

→ 2Fe 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

Phân hủy nhiệt hidroxit sắt (III) với nhiệt độ trên 2000C tạo thành oxit sắt.

B. Sắt (III) hidroxit
Sắt (III) hidroxit có màu đỏ gỉ, nâu đỏ hay màu ánh tím. Vì thế, nó được sử
dụng làm bột màu. Ngoài ra, còn được sử dụng ở trạng thái tinh khiết để làm thuốc
giải độc asen.
Những hợp chất oxit-hidroxit của sắt có thể tồn tại ở dạng khan hoặc ngậm
nước. Monohidrat OFe(OH).H 2 O có thể được viết lại như sau Fe(OH) 3 .
Hidroxit 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.
Fe(OH) 3 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, 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.
Các kết tủa hidroxit 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 hidroxit phụ thuộc chủ yếu vào pH và
nhiệt độ tạo thành kết tủa.
1.4. Phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite
1.4.1. Phương pháp gốm truyền thống [6]
Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ
cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ milimet. Từ sản
phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình kết khối thành vật liệu cụ
thể. Đây là phương pháp đã được phát triển lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn còn
được ứng dụng rộng rãi. Các công đoạn theo phương pháp này như sau:

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang

Trang 23