Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của oxit nano zno có pha tạp với ion ag+, la3+

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ HUYỀN

TỔNG HỢP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA OXIT NANO
ZnO PHA TẠP ION Ag+, La3+

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ HUYỀN

TỔNG HỢP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA OXIT NANO
ZnO PHA TẠP Ag+, La3+

Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số: 8 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THỊ TỐ LOAN

THÁI NGUYÊN - 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c ứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thị Tố Loan các số liệu, kết quả nêu trong
luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Thái Nguyên, tháng 05 năm 2018
Tác giả

Nguyễn Thị Huyền

Xác nhận của khoa chuyên môn

Nguời hướng dẫn khoa học

Trưởng khoa

PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan

PGS.TS. Nguyễn Thị Tố Loan

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã được hoàn thành tại khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm,
Đại học Thái Nguyên. Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
PGS.TS. Nguyễn Thị Tố Loan người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Ban giám hiệu,

phòng Đào tạo, khoa Hóa học - trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ,
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn
thành
luận văn
Thái Nguyên, tháng 05 năm 2018
Tác giả

Nguyễn Thị Huyền

ii


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời

cam

đoan

....................................................................................................................i Lời cảm ơn
...................................................................................................................... ii Danh mục
.......................................................................................................................

iii

Danh

mục các bảng ...................................................................................................... vi
Danh các hình ...............................................................................................................
vii

Danh

các

từ

viết

tắt.......................................................................................................

ix

MỞ

ĐẦU

..........................................................................................................................1
Chương
1.
TỔNG
.............................................................................................2

QUAN

1.1. Vật liệu nano................................................................................................. 2
1.1.1.
Phân
loại
vật
............................................................................................2

liệu

nano

1.1.2.
Tính
chất
của
.....................................................................................3

vật

liệu

nano

1.1.3.
Ứng
dụng
của
....................................................................................3

vật

liệu

nano

1.2. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu oxit nano......................................... 5
1.2.1.
Phương
pháp
đồng
......................................................................................7
1.2.2.
Phương
pháp
..........................................................................................7

kết
thủy

nhiệt

1.2.3.
Phương
pháp
gel................................................................................................7
1.2.4.
Phương
pháp
tổng
cháy.............................................................................8

tủa

solhợp

đốt

1.3. Tổng quan về vật liệu ZnO và ZnO pha tạp kim loại .................................
iii


10
1.3.1.
Vật
liệu
ZnO
và
................................................................10

ZnO

pha

tạp

kim

loại

1.3.1. Ứng dụng của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp ion kim loại trong xúc tác

quang
hóa phân hủy thuốc
nhuộm....................................................................................14
1.4. Tổng quan về poli (vinyl ancol) và metyl da cam ......................................
16
1.4.1.
Poli
(vinyl
...................................................................................................16
1.4.2.
Metyl
da
.........................................................................................................17

ancol)
cam

1.5. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu ........................................................ 19

iv


1.5.1. Phương pháp phân tích nhiệt
................................................................................19
1.5.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen
..........................................................................20
1.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
................................................21
1.5.4. Phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia
X....................................................22

1.5.5. Phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả
kiến............................23
1.5.6. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại- khả
kiến......................................................24
Chương 2. THỰC NGHIỆM..................................................................................... 25
2.1. Dụng cụ, hóa chất ....................................................................................... 25
2.1.1. Dụng cụ, máy móc
................................................................................................26
2.1.2. Hóa chất .................................................................................................................26
2.2. Tổng hợp oxit ZnO pha tạp Ag+, La3+ bằng phương pháp đốt cháy gel .... 26
2.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng quang xúc tác phân huỷ
metyl da cam của các vật liệu.................................................................... 27
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam
...................................27
2.3.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
.............................................................28
2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của %mol Ag+, La3+ pha tạp
...............................................28
2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
.......................................................29
2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
.......................................................29
2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ metyl da
cam..................................................30
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................


31
3.1. Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt ................ 31
3.2. Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ......... 32

3.2.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ % mol Ag+, La3+ pha
tạp.....................32
3.3. Kết quả xác định hình thái học của các mẫu .............................................. 35
3.4. Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp phổ tán sắc năng lượng
tia X ........................................................................................................... 37
3.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến phản ứng quang
xúc tác ........................................................................................................ 40


3.6.1. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ
................................................40
3.6.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng
...................................42
3.6.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
..........................................47
3.6.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam
....................................48
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................
51


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Khối lượng Zn(NO3)2.4H2O, AgNO3, La(NO3)3.6H2O .......................
27
Bảng 2.2. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam ......
27
Bảng 3.1: Kích thước tinh thể r (nm) của các mẫu A1÷A10 và L1÷L10 khi
nung ở 500oC........................................................................................................

33
Bảng 3.2: Kích thước tinh thể (nm) của mẫu A1 và L1 nung ở 500÷700oC.....
35
Bảng 3.3. Giá trị bước sóng hấp thụ λ và năng lượng vùng cấm Eg của Các
mẫu ZnO, A1 ÷A10 và L1÷ L10 ......................................................................
40
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hiệu suất vào phần trăm pha tạp A1 ÷
A10 và
L1 ÷ L10..........................................................................................................................
41
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đến hiệu suất phân huỷ MO
khi có mặt chất xúc tác A1÷A10 ......................................................................
43
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của của thời gian chiếu sáng đến hiệu suất phân
huỷ MO khi có mặt chất xúc tác L1÷L10 ....................................................
43
Bảng 3.7. Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị lnCo/Ct khi có
mặt
vật liệu A1÷A10 ................................................................................................... 45
Bảng 3.8. Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị lnCo/Ct khi có
mặt
vật liệu L1÷L10 ................................................................................................... 45
Bảng 3.9. Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến hiệu suất phân huỷ MO ...........
47


Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ MO đến hiệu suất phân huỷ MO
khi
có mặt A10 và L10 .............................................................................................. 48

DANH CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Một số ví dụ về vật liệu nano: (a) hạt nano, (b) ống nano,
(c)
màng nano và (d) vật liệu có cấu trúc
nano......................................................2
Hình 1.2. Hai nguyên lí cơ bản của công nghệ nano
................................................6
Hình 1.3. Cấu trúc wurtzite của ZnO ......................................................................
11
Hình 1.4. Cấu trúc lập phương giả kẽm và cấu trúc lập phương kiểu NaCl
của ZnO ................................................................................................................ 11
Hình 1.5. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của dây nano ZnO (a);
ZnO
dạng lò xo (b); ZnO dạng lá kim (c) ................................................................
12
Hình 1.6. Cơ chế quang xúc tác trên chất bán dẫn ...............................................
14
Hình 1.7. Phổ Uv-Vis của dung dịch metyl da cam...............................................
19
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo phổ EDX ...............................
23
Hình 2.1. Đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam .....................................
28
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu A1......................................................
31
Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu L1......................................................
31
Hình 3.3: Giản đồ XRD của các mẫu A1÷A10 khi nung ở 500oC......................

32
Hình 3.4: Giản đồ XRD của các mẫu L1÷L10 khi nung ở 500oC ......................
33
Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu A1 khi nung ở 500 ÷ 700oC ............................
vii


34
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu L1 khi nung ở 500 ÷ 700oC ...........................
35
Hình 3.7. Ảnh TEM của mẫu ZnO khi nung ở 500oC..........................................
36
Hình 3.8. Ảnh TEM của mẫu A1 khi nung ở 500oC .............................................
36
Hình 3.9. Ảnh TEM của mẫu A5 khi nung ở 500oC .............................................
36
Hình 3.10. Ảnh TEM của mẫu A10 khi nung ở 500oC.........................................
37
Hình 3.11. Ảnh TEM của L1 khi nung ở 500oC ....................................................
37
Hình 3.12. Ảnh TEM của mẫu L10 khi nung ở 500oC .........................................
37
Hình 3.13. Phổ EDX của mẫu A10 khi nung ở 500oC .........................................
38
Hình 3.14. Phổ EDX của mẫu L10 khi nung ở 500oC...........................................
38

vii

Hình 3.15. Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến của mẫu ZnO,
A1
÷A10....................................................................................................................... 39
Hình 3.16. Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại- khả kiến của mẫu ZnO,
L1÷L10..................................................................................................................
39
Hình 3.17. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ MO vào thời gian
phản
ứng khi có mặt vật liệu A10 (a) và L10 (b) ....................................................
41
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của hiệu suất phân huỷ MO vào tỉ lệ % mol
Ag+
(a), La3+ (b) pha tạp ............................................................................................
42
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy MO vào thời gian khi
có
mặt chất xúc tác A1÷A10 ..................................................................................
44
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy MO vào thời gian khi
có
mặt chất xúc tác L1÷L10...................................................................................
44
Hình 3.21. Sự phụ thuộc của ln(Co/Ct) vào thời gian khi có mặt vật
liệu
A1÷A10 ................................................................................................................. 46
Hình 3.22. Sự phụ thuộc của ln(Co/Ct) vào thời gian khi có mặt vật
liệu
L1÷L10.................................................................................................................. 46
Hình 3.23. Sự phụ thuộc của hiệu suất phân huỷ MO vào khối lượng vật
liệu A10 (a) và L10 (b)........................................................................................

47
Hình 3.24. Sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng vào nồng độ MO khi
có
viii


mặt A10 (a) và L10 (b) .......................................................................................
48

ix


DANH CÁC TỪ VIẾT TẮT
BET
:

:

Brunauer- Emmett-Teller CS

Combustion Synthesis CTAB :

Cetyl trimetyl amoni bromua
DTA

:

Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt vi sai)

EDA

:

Etylen diamin

EDX

:

Energy dispersive X- ray (phổ tán sắc năng lượng tia X)

GPC

:

Gas Phase Combustion

KL

:

Kim loại

PAA

:

Poli acrylic axit

PEG

:

Poli etylen glicol

PGC

:

Polimer Gel Combustion

PVA

:

Poli vinyl ancol

SC

:

Solution Combustion

SDS

:

Natri dodecyl sunfat

SEM

:

Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quet)

SHS

:

Self Propagating High Temperature Synthesis Process

SSC

:

Solid State Combustion

TEM

:

Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua)

TFTs

:

Thin film transitors

TGA

:

Thermo Gravimetric Analysis-TGA (Phân tích nhiệt trọng lượng)

XRD

:

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen)

x


MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời không những tạo nên bước
nhảy đột phá trong ngành điện tử, tin học, y sinh học mà còn được ứng dụng
rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Hiện nay vật liệu nano được xem như một
ngành công nghiệp mới đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu tìm tòi ra các
vật liệu nano có nhiều ứng dụng thực tiễn mà lại không gây tác hại đối với môi
trường tự nhiên, động vật và con người.
Oxit ZnO là một trong những vật liệu bán dẫn II- IV có sự ổn định hóa
học cao, không gây độc, giá thành tương đối thấp nên được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực như chế tạo thiết bị cảm biến khí nhạy cảm với CO, làm điện cực trong
nhiều thiết bị điện tử như pin mặt trời, màn hình điện phát quang, biến trở , xúc
tác… Tuy nhiên, do có độ rộng vùng cấm cao (3,37 eV) và năng lượng kích
thích lớn (60meV) nên chúng hấp thụ chủ yếu ánh sáng của vùng tử ngoại, mà
vùng này chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong ánh sáng mặt trời (<10%). Chính
điều này đã hạn chế ứng dụng của ZnO trong lĩnh vực quang xúc tác. Nhiều
nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có thể làm giảm năng lượng vùng cấm của ZnO bằng

cách pha tạp thêm vào một số kim loại hoặc phi kim. Việc pha tạp ZnO với các
nguyên tố thích hợp có thể làm giảm năng lượng vùng cấm của ZnO và làm
cho hiệu suất lượng tử của vật liệu ZnO tăng lên trong vùng ánh sáng khả kiến,
đồng thời có thể tạo ra các bẫy electron hoặc lỗ trống mang điện dương (h+)
làm giảm quá trình tái tổ hợp của các phần tử này, kết quả làm cho hoạt tính
quang xúc tác của ZnO được tăng cường.
Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Tổng hợp, nghiên cứu
đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của oxit nano ZnO có pha tạp
với ion Ag+, La3+”.

1


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu nano
1.1.1. Phân loại vật liệu nano
Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc dạng hạt, sợi, ống, tấm mỏng...
có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 ÷ 100 nm. Hiện nay vật liệu nano là đối
tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, vật liệu nano liên
kết hai lĩnh vực trên với nhau.
Dựa vào trạng thái, người ta phân chia vật liệu thành ba dạng: 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.

Hình 1.1. Một số ví dụ về vật liệu nano: (a) hạt nano, (b) ống nano, (c)
màng nano và (d) vật liệu có cấu trúc nano
2

Dựa vào hình dạng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
+ Vật liệu nano không chiều (0D) là vật liệu cả ba chiều đều có kích
thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử. Ví dụ: các đám nano, hạt
nano...
+ Vật liệu nano một chiều (1D) 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 (2D) là vật liệu trong đó một chiều có kích
thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng…
+ Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nano composite 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 [7].
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano
Vật liệu nano với kích thước rất nhỏ trong khoảng 1 đến 100nm có những
tính chất thú vị khác hẳn so với vật liệu khối thông thường. Sự thay đổi tính
chất một cách đặc biệt ở kích thước nano được cho là do hiệu ứng bề mặt và do
kích thước tới hạn của vật liệu nano.
Hiệu ứng bề mặt: Ở kích thước nano, tỉ lệ các nguyên tử trên bề mặt
thường rất lớn so với tổng thể tích hạt. Các nguyên tử trên bề mặt đóng vai trò
như các tâm hoạt động chính vì vậy các vật liệu nano thường có hoạt tính hóa
học cao.
Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học như tính chất điện, từ,
quang… ở mỗi vật liệu đều có một kích thước tới hạn mà nếu kích thước vật
liệu ở dưới kích thước này thì tính chất của nó không còn tuân theo các định
luật đúng với vật liệu vĩ mô thường gặp. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt vì
kích thước của nó cũng nằm trong phạm vi kích thước tới hạn của các tính chất
điện, từ, quang, siêu dẫn, siêu phân tử… của vật liệu [5].
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano

Ứng dụng dẫn thuốc và nhiệt trị: Điều khiển tính chất từ của các hạt nano
để dẫn thuốc và nhiệt trị. Các hạt từ tính mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ
thể. Các hạt nano từ tính thường dùng là oxit sắt (magnetite Fe3O4, maghemite γ
- Fe2O3) bao phủ xung quanh bởi một hợp chất cao phân tử có tính tương hợp
sinh học như PVA, detran hoặc silica. Các thành phần trong mạch máu có tính
chất từ khác nhau như nghịch từ, thuận từ, sắt từ và siêu thuận từ [5].
Ứng dụng trong sản xuất pin: Spinel LiMn2O4 đã được dùng làm vật liệu
cực dương thay thế cho pin sạc ion liti. LiMn2O4 có các ưu điểm sau: Pin sử
dụng vật liệu cực dương LiMn2O4 có hiệu điện thế lớn (khoảng 4V); dung
lượng thuận nghịch lớn, giá nguyên liệu thấp, ít độc hại và chu kỳ sống dài.
Cấu trúc spinel LiMn2O4 có các lỗ trống phù hợp cho sự đan xen Li+ mà không
bị phá vỡ.
Gắn DNA và chip DNA: Xét nghiệm kim loại xác định DNA có thể thực
hiện bằng lớp phủ hạt nano vàng với chuỗi sợi DNA. Khi các hạt này được
ghép vào DNA sẽ xảy ra liên kết (sự lai tạo). Quá trình này sẽ làm cho keo
vàng kết tụ, và kết quả là diễn ra sự thay đổi màu trên thân chip.
Đối với lĩnh vực lưu trữ thông tin: Các hạt màu siêu mịn thường tạo ra
chất lượng cao hơn về màu sắc, độ bao phủ và chất bền màu. Trên thực tế, các
hạt nano thường được ứng dụng trong audio, băng video và đĩa hiện đại, chúng
phụ thuộc vào tính chất quang và tính chất từ của hạt mịn. Với các tiến bộ kĩ
thuật, càng ngày con người càng chế tạo các loại vật liệu lưu trữ thông tin có
dung lượng lớn nhưng kích thước ngày càng nhỏ gọn.
Trong lĩnh vực điện tử - cơ khí: chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc
độ xử lý cực nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để
làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các
vật liệu nano siêu nhẹ siêu bền sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ
trụ…
Đối với các vật liệu gốm và các chất cách điện cải tính: Việc nén các hạt
gốm kích thước nano tạo ra các vật rắn mềm dẻo, dường như là do vô số ranh

giới hạt tồn tại. Sau khi phát triển thêm các phương pháp nén, các vật không
xốp,


độ đặc cao sẽ được điều chế. Những vật liệu mới này có thể được sử dụng như
chất thay thế cho kim loại trong rất nhiều ứng dụng.
Vật liệu chịu lửa: Gạch chịu lửa spinel được ứng dụng nhiều để lót cho lò
quay sản xuất clinke xi măng, được ứng dụng trong lò luyện thép.
Trong lĩnh vực xúc tác: Các vật liệu nano có thể làm cho nhiều phản ứng
đạt tốc độ tối đa và hiệu suất chuyển hóa của sản phẩm là lớn nhất. Đây là lĩnh
vực đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
Đối với công nghệ sản xuất sơn: Người ta đã chứng minh được rằng sơn
được thêm chất phụ gia bằng các hạt nano hấp phụ ánh sáng như TiO2 thì sơn
có khả năng tự lau sạch.
Xử lý nước: Các hạt nano Fe1-xCoxFe2O4 (với x = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5) đã
được ứng dụng trong việc xử lý các nguồn nước bị nhiễm asen. Kết quả cho
thấy, khi dùng 0,25 - 1,5 gam hạt nano từ tính cho 1 lít nước nhiễm asen sẽ làm
giảm nồng độ asen từ 0,1 mg/l xuống còn 10 µg/l. Các hạt nano từ tính có khả
năng tái sử dụng cao[9].
Nâng cao an ninh quốc phòng: Công nghệ nano đóng vai trò quan trọng
trong việc chế tạo trang thiết bị quân sự cho quốc phòng. Các loại vật liệu hấp
phụ, phá hủy các tác nhân sinh học và hóa học đã được chứng minh là khá hiệu
quả và cho phép đối phó nhanh với một số vấn đề hậu cần [8].
1.2. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu oxit nano
Có hai phương thức cơ bản để chế tạo vật liệu nano là phương pháp từ trên
xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up) (hình 1.2).
Phương pháp từ trên xuống là dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến
vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các
phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều

loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Kết quả thu
được là các vật liệu nano một chiều hoặc hai chiều.
Phương pháp từ dưới lên là phương thức lắp ghép các nguyên tử, phân tử
để thu được các hạt có kích thước nano. Phương pháp từ dưới lên được phát
triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương
pháp này.


Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương pháp hóa
học hoặc kết hợp cả hai.
- Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử (như
bốc bay nhiệt: đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) hoặc chuyển pha (vật liệu
được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô
định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể). Phương
pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng
máy tính.
- Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể
mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta
vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật
liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,...) và từ pha khí (nhiệt
phân...). Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng
nano, bột nano...

Hình 1.2. Hai nguyên lí cơ bản của công nghệ nano
- Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các
nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí... Phương

pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...
[8].


Sau đây chúng tôi giới thiệu một số phương pháp hóa học để tổng hợp vật
liệu nano oxit.
1.2.1. Phương pháp đồng kết tủa
Theo phương pháp đồng kết tủa dung dịch các muối được chọn đúng
với tỉ lệ như trong sản phẩm, rồi thực hiện phản ứng đồng kết tủa (dưới dạng
hydroxit, cacbonat, oxalat…) sản phẩm rắn kết tủa thu được sẽ được tiến hành
nhiệt phân để thu được sản phẩm mong muốn[6].
Ưu điểm của phương pháp này là các chất tham gia phản ứng đã được
phân tán ở mức độ phân tử, tỷ lệ các ion kim loại đúng theo hợp thức của hợp
chất cần tổng hợp.
Nhược điểm của phương pháp này là có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng kết tủa của các hiđroxit như nồng độ, pH của dung dịch, tỷ lệ các chất
tham gia phản ứng, nhiệt độ.
1.2.2. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thuỷ nhiệt đã được biết đến từ lâu và nó chiếm một vị trí
quan trọng trong nhiều ngành khoa học và công nghệ mới đặc biệt là trong công
nghệ sản xuất các vật liệu kích thước nano met.
Thuỷ nhiệt là những phản ứng hoá học xảy ra với sự có mặt của một dung
môi thích hợp (thường là nước) ở trên nhiệt độ phòng, áp suất cao (trên 1atm)
trong một hệ thống kín. Các oxit kim loại thường được tổng hợp bằng phương
pháp thủy nhiệt kết tủa và kết tinh. Tổng hợp thủy nhiệt kết tủa sử dụng dung
dịch muối tinh khiết của kim loại, còn tổng hợp thủy nhiệt kết tinh dùng
hiđroxit, sol hoặc gel. Thành công của quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương
pháp thủy nhiệt phụ thuộc vào sự lựa chọn tiền chất, nhiệt độ, pH và nồng độ
của chất phản ứng . Trong phương pháp này thường sử dụng một số chất hữu cơ
làm chất hoạt động bề mặt như cetyl trimetyl amoni bromua (CTAB), natri

dodecyl sunfat (SDS), poli etylen glicol (PEG), etylen diamin (EDA)[6].
1.2.3. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol - gel là phương pháp hữu hiệu hiện nay để điều chế các
loại vật liệu kích thước nano mét dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc, thành