Luận văn tốt nghiệp tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano lafeo3 bằng phương pháp đồng kết tủa

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

PHẠM KHÁNH HIỀN

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO LaFeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG
DUNG MƠI ANCOL ETHYLIC
Chun ngành: Hố Vơ Cơ

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC
_o0o_

Tên đề tài:

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO LaFeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG
DUNG MÔI ANCOL ETHYLIC

Sinh viên thực hiện: Phạm Khánh Hiền
MSSV: 42.01.106.018

Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Anh Tiến

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020
1


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

2


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .................................................................... 5
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................. 8
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................... 11
1.1.

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ........................................................... 11

1.1.1.

Giới thiệu về hố học nano ..................................................................... 11

1.1.2.

Cơng nghệ nền cơ bản trong hoá học nano .......................................... 13

1.1.3.

Một số ứng dụng của vật liệu nano và công nghệ nano ....................... 15

1.2.

CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3 ................ 18

1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO
PEROVSKITE RFeO3 ................................................................................................ 18
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 23
2.1.

THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP VẬT LIỆU PEROVSKITE LaFeO3 ............. 23

2.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO LaFeO3 ............ 26

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ................................ 32
KẾT QUẢ NHIỄU XẠ TIA X (XRD)............................................................ 32
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SEM, TEM.............................................................. 36
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VSM........................................................................ 37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 40
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 41
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 44

3


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
2

: góc nhiễu xạ tia X

h, k, l

: chỉ số Miller

a, b, c

: hằng số mạng tinh thể

d

: khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

FWHM

: độ rộng bán phổ của pic nhiễu xạ tia X

Hc

: lực kháng từ

Mr

: độ từ dư

Ms

: độ từ bão hòa

TEM

: kính hiển vi điện tử truyền qua

V

: thể tích ơ mạng tinh thể

VSM

: từ kế mẫu rung

XRD

: nhiễu xạ tia X

4


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
➢ Danh mục hình vẽ
Stt

Hình

Tên

1

1.1

Phân loại vật liệu nano

11

2

1.2

Ví dụ các loại vật liệu

12

3

1.3

Ứng dụng nanorobot trong việc điều trị bệnh

15

4

1.4

Ứng dụng công nghệ sinh học hơi nano

16

Sản phẩm nước sạch B2M bằng công nghệ nano của

Trang Số

5

1.5

6

1.6

Ứng dụng công nghệ nano trong điện tử và may mặc

17

7

1.7

Cấu trúc tinh thể của perovskite

18

8

2.1

Mô tả thí nghiệm

24

9

2.2

Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano LaFeO3

25

10

2.3

Hiện tượng nhiễu xạ tia X

26

11

2.4

Đường cong từ trễ của 2 loại vật liệu sắt từ

30

12

3.1

13

3.2

Công ty Puralytics ở Oregon (Mỹ). (Ảnh: CNBC)

Giản đồ XRD của mẫu LaFeO3 sau khi nung ở 900 °C
trong 1 h đã ghép với phổ chuẩn
Giản đồ chồng phổ XRD của các mẫu LaFeO3 sau khi
nung ở 800, 900 và 1000 °C trong 1 h

5

17

32

35


14

3.3

15

3.4

Ảnh SEM (a) và TEM (b) của vật liệu nano LaFeO3
sau khi nung ở 900 °C trong 1 h
Đường cong từ trễ của vật liệu nano LaFeO3 sau khi
nung ở 900 °C trong 1 h

6

36

37


➢ Danh mục bảng biểu
Stt

Bảng

1

2.1

2

3.1

3

3.2

4

3.3

Tên
Khối lượng hóa chất cần dùng để tổng hợp 0,007 mol
vật liệu nano LaFeO3
Các thông số cấu trúc của tinh thể nano LaFeO3 nung
ở 800, 900 và 1000 °C (t = 1 h)
Thông số của ô mạng tinh thể LaFeO3 sau khi nung ở
800, 900 và 1000 °C (t = 1 h)
Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano LaFeO3 sau 1 h
nung mẫu

7

Trang Số
24

33, 34

34, 35

38


LỜI CÁM ƠN
Trong q trình thực hiện khố luận tốt nghiệp, em đã học hỏi và rút được nhiều
kinh nghiệm cho bản thân, được tự thực hiện và hoàn thành đề tài của mình. Để hồn
thành khố luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn:
Cảm ơn tất cả các Quý thầy cô trong Bộ môn Hoá vô cơ đã cung cấp các kiến thức
nền, góp ý và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập cũng như trong khoảng thời gian
làm đề tài khoá luận này.
Đặc biệt cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến đã định hướng và hướng dẫn em làm đề
tài khoá luận tốt nghiệp này. Em thấy vô cùng may mắn khi được Thầy hướng dẫn trong
năm học cuối tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
Cảm ơn gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, thuận lợi nhất để em hồn thành tốt
khố luận tốt nghiệp này. Cũng xin cảm ơn các bạn và các anh chị đã giúp đỡ, động viên
và chia sẻ với em những khó khăn trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Với sự thiếu sót kiến thức cũng như kỹ năng thực hành của bản thân, luận văn này
chắc chắn khơng tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được góp ý của các Quý thầy cô và
các bạn. Xin chân thành cảm ơn!
 Cuối cùng em xin gửi lời chúc tốt đẹp nhất đến tất cả mọi người!

8


MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay, công nghệ nano đang được chú ý và thu hút
nhiều sự quan tâm, nghiên cứu cũng như là đang được phát triển và ứng dụng nhiều vào
thực tiễn cuộc sống, sản xuất công nghiệp, đặc biệt là thiết bị điện tử, cơng nghệ xử lý
hố dầu, … Cịn ở Việt Nam, công nghệ nano đã và đang được nghiên cứu nhiều hơn để
ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống nên không thể phủ nhận được sự tiến bộ của công nghệ
này.
Một trong những loại vật liệu ứng dụng nhiều trong công nghệ nano là vật liệu
perovskite orthoferrite RFeO3 (R là nguyên tố đất hiếm như La, Y, Ho, Pr, Gd…) trong
đó oxide phức hợp Lanthanum orthoferrite LaFeO3 là một loại vật liệu đang được nghiên
cứu vì có nhiều ứng dụng. Theo cơng trình số [9, 15] vật liệu LaFeO3 được ứng dụng
làm chất xúc tác trong các phản ứng, ứng dụng cảm biến nhạy khí trong các cơng trình
[10, 12, 13], hay ứng dụng hấp thụ ánh sáng [11, 16], … Nên việc tiếp tục nghiên cứu
tổng hợp và khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu nano LaFeO3 là cần thiết.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu perovskite LaFeO3 ở dạng nano như
phương pháp đồng kết tủa [1, 4, 5, 7], phương pháp sol-gel [3, 9, 16], phương pháp thuỷ
nhiệt [17], phản ứng pha rắn [22], …. Trong cơng trình [16], bột LaFeO3 được tổng hợp
bằng phương pháp sol-gel dùng ascorbic acid làm chất hỗ trợ cho sản phẩm nano có kích
thước khoảng 60 nm, cịn trong cơng trình [3] sản phẩm tạo ra có kích thước nhỏ hơn (~
30 nm) do thay đổi chất hỗ trợ thành lòng trắng trứng – một nguyên liệu thân thiện hơn
với môi trường. Dựa vào việc thay đổi chất hỗ trợ từ hai cơng trình trên em quyết định
chọn phương pháp đồng kết tủa và thay đổi môi trường nước thành môi trường ancol
ethylic để tổng hợp và khảo sát tính chất của vật liệu LaFeO3. Methanol và ethanol đều
là 2 loại cồn cơng nghiệp phổ biến, dễ tìm thấy. Ethanol thường được sản xuất từ đường,
tinh bột và các loại ngũ cốc trong khi methanol lại được sản xuất từ vật liệu có chứa
cenlulose, thường gây ngộ độc và nguy hiểm cho con người. Ngoài ra, ethanol là dung
9


mơi phân cực có moment lưỡng cực bằng 1,69 D [21], hơi thấp hơn moment lưỡng cực
của nước (1,85 D) [21], nên có thể giảm được sự kết tụ giữa các hạt nano LaFeO3 tổng

hợp được.
Với những lý do kể trên, chúng tôi chọn nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cấu trúc
và tính chất của vật liệu nano LaFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi
ancol ethylic làm đề tài khoả luận tốt nghiệp của mình.

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO
1.1.1. Giới thiệu về hoá học nano
Người ta dùng khái niệm công nghệ nano là để chỉ lĩnh vực khoa học mà đối tượng
nghiên cứu có kích thước và dung sai trong dải từ 0,1 nm tới 100 nm. Công nghệ nano là
sự kết tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau và là một bước đi
mới mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống hiện đại ngày nay và
tương lai sau này.
Để sắp xếp và phân loại vật liệu nano người ta chọn xếp theo trạng thái, hình dáng,
cấu trúc và ứng dụng của vật liệu.
➢ Về trạng thái của vật liệu nano, người ta chia ra làm ba loại: rắn, lỏng, khí và trong đó
tập trung nghiên cứu vật liệu chủ yếu ở trạng thái rắn.
➢ Về hình dạng vật liệu người ta phân thành nhiều loại theo hình 1 dưới đây.
(a)

(b)

(e)

(c)

(f)

(d)

a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.

(g)

h.
i.
j.

(h)

(i)

Chuỗi hạt nano
Băng nano
Cây nano
Chấm nano
Tiếp xúc nano
Ống nano
Chấm lõm
nano
Bậc thang

nano
Xuyến nano
Màng mỏng
chế tạo theo
khn

(j)

Hình 1.1: Phân loại vật liệu nano
➢ Về cấu trúc vật liệu người ta phân thành 4 loại chính: chủ yếu dựa vào kích thước và
chiều tự do cho điện tử.
11


• Vật liệu nano không chiều (0D) là loại vật liệu mà cả ba chiều đều có kích
thước nano, khơng có chiều tự do nào cho điện tử. Ví dụ: đám nano, hạt nano.
• Vật liệu nano một chiều (1D) là loại vật liệu mà trong đó hai chiều có kích
thước nano và một chiều tự do cho điện tử. Ví dụ: dây nano, ống nano.
• Vật liệu nano hai chiều (2D) là loại vật liệu mà trong đó một chiều có kích
thước nano và điện tử được tự do trên hai chiều. Ví dụ: màng mỏng.
• Vật liệu cấu trúc nano hay nanocomposite là loại vật liệu trong đó chỉ có một
phần vật liệu có kích nước nano hoặc cấu trúc của nó có nano khơng chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

(a)

(b)

(c)
Hình 1.2: Ví dụ các loại vật liệu: a) Hạt nano

b) Ống nano

c) Màng mỏng

➢ Ngoài ra người ta còn phân loại dựa trên ứng dụng của vật liệu nano:
• Vật liệu nano kim loại
• Vật liệu nano bán dẫn
• Vật liệu nano từ tính
• Vật liệu nano sinh học
12


1.1.2. Cơng nghệ nền cơ bản trong hố học nano
Trong cơng nghệ hố học nano có hai phương thức để thu được các hạt vật liệu có
kích thước nano:
➢ Phương pháp từ trên xuống (Top – down) là phương pháp tạo hạt có kích thước nano
từ các hạt có kích thước lớn hơn.
➢ Phương pháp từ dưới lên (Bottom – up) là phương pháp tạo hạt có kích thước nano từ
các nguyên tử, phân tử.
Từ hai nguyên lý trên, ta có nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau để tạo vật liệu
cấu trúc nano. Dưới đây là các phương pháp và ưu nhược điểm của từng loại.
Tên phương

Ưu điểm

Nguyên tắc

pháp

Nhược điểm

- Bao gồm các phương pháp được - Có thể dùng - Khó khăn
dùng trong hố keo (colloidal để

chế

tạo trong q trình

chemistry). Ví dụ như phương nhiều loại vật nhiệt phân do
Phương pháp
hoá ướt
(Wet
chemical)

pháp thuỷ nhiệt, sol-gel và đồng liệu như vô cơ, các hợp chất
hữu cơ, kim liên kết khá

kết tủa
- Các dung dịch chứa các ion khác

loại.

nhau được trộn theo tỉ lệ thích hợp - Phương pháp
sau đó các hạt nano thu được từ rẻ tiền và sản
việc kết tủa dung dịch trên nhờ tác phẩm thu được
động của nhiệt độ, áp suất.

có khối lượng
lớn.

13

bền chặt với
các phân tử
nước.


- Bao gồm các phương pháp tán, - Phương pháp - Các hạt dễ bị
nghiền làm cho các hạt vật liệu ở đơn giản, dụng kết tụ với nhau
dạng bột dần có kích thước nhỏ cụ

tạo và kích thước

chế

khơng đắt tiền, không

hơn.
Phương pháp

chế tạo được nhất,

đồng
dễ

bị

lượng lớn vật nhiễm bẩn.

cơ học

liệu

(Mechanical)

- Chế tạo được
vật liệu không
phải hữu cơ
như kim loại.
- Bao gồm các phương pháp quang - Dùng để chế - Không hiệu
Phương pháp
bốc bay

khắc (lithography), bốc bay trong tạo các vật liệu quả cho việc
mỏng thương mại.

chân không (vacuum deposition) màng

hoặc lớp bao

[5, 7]

phủ bề mặt.
- Bao gồm các phương pháp nhiệt - Dùng để tạo - Phương pháp
phân (flame pyrolysis), nổ điện lồng
Phương pháp
hình thành từ
pha khí

carbon đốt

(electro-explosion), đốt laser (laser (fullerene)
ablation), bốc bay nhiệt độ cao, hoặc

bị

giới hạn trong
ống phịng

carbon.

plasma [5, 7]

laser

thí

nghiệm (hiệu

Phương pháp suất thấp).
(Gas-phase)

có tính thương
mại cao.

- Phương pháp
plasma khơng
thích hợp để

14


tạo

vật

liệu

hữu cơ vì nhiệt
độ khá cao)
1.1.3. Một số ứng dụng của vật liệu nano và công nghệ nano
Từ khi công nghệ nano được tìm thấy thì chúng đã được nghiên cứu và ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực trong cuộc sống.
Y tế là một trong những lĩnh vực ứng dụng nhiều công nghệ nano, tiêu biểu như ứng
dụng trong điều trị ung thư. Trước khi có cơng nghệ nano trong điều trị ung thư thì đã có
nhiều phương pháp điều trị khác có thể hạn chế sự phát triển của khối u và tiêu diệt chúng
ở cấp độ tế bào. Sau đó kết quả một nghiên cứu cho thấy rất khả quan khi sử dụng các
hạt nano vàng để chống lại một số loại ung thư. Các hạt nano này khi được đưa đến các
khối u bên trong kết hợp với sự gia nhiệt nhờ các loại tia sẽ tiêu diệt các tế bào ung thư
mà không làm hại các tế bào khác trong cơ thể. Dựa trên cơ sở đó nanorobot ra đời, với
kích thước siêu nhỏ có thể cung cấp thuốc trực tiếp đến các bộ phận cần điều trị giúp tăng
hiệu quả. Không những được sử dụng trong chữa trị bệnh mà các hạt nano còn được
nghiên cứu để ứng dụng trong việc làm đẹp cho con người. Đây là một hướng đi đầy sức
hấp dẫn đối với khoa học cũng như người sử dụng.

Hình 1.3: Ứng dụng nanorobot trong việc điều trị bệnh
15

Hay mới gần đây, khi dịch Corona bùng phát thì công nghệ nano cũng được ứng dụng
để giảm tốc độ lây lan của loại virus này. Một bệnh viện ở New Jersey đã dùng công nghệ
sinh học hơi nano (gọi tắt là MSS) để khử trùng các bề mặt và vật dụng trong bệnh viện.
Giải pháp này không những khử trùng mà còn tạo ra một lớp áo phân huỷ sinh học đặt
biệt và bảo vệ các bề mặt trong thời gian dài. Trong thí nghiệm này, người ta đã đo được
lượng vi sinh vật giảm đến 99,8% sau 70 ngày phun nnao và hiệu quả còn kéo dài đến
tận ngày thứ 90 [14].

Hình 1.4: Ứng dụng cơng nghệ sinh học hơi nano
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã khai thác và đưa công nghệ nano vào việc giải quyết
vấn đề ô nhiễm môi trường – một vấn đề mang tính tồn cầu như thực trạng hiện nay.
Việc xử lý nước thải là một trong những vấn đề được quan tâm trong việc bảo vệ môi
trường. Các hạt nano với đặc tính tan nhanh, hấp thụ mạnh, dễ tiếp xúc và tương tác với
các tác nhân gây ô nhiễm nên hiện nay cơng nghệ nano đã được tích hợp vào các thiết bị
xử lý nước ở nhiều quốc gia như Trung Quốc, Nepal, Thái Lan để nâng cao hiệu quả sử
dụng nguồn nước cũng như bảo vệ môi trường nước cho mọi sinh vật trên Trái Đất [19].

16


Hình 1.5: Sản phẩm nước sạch B2M bằng cơng nghệ nano của Cơng ty Puralytics ở
Oregon (Mỹ). (Ảnh: CNBC)
Ngồi y học thì cơng nghệ nano cũng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác
như điện tử, may mặc, xây dựng, nông nghiệp, … Các ống pin nano được thiết kế có kích
thước hẹp, diện tích bề mặt lớn hơn giúp pin lưu trữ lượng điện năng lớn hơn, tối ưu hoá
được hiệu suất sử dụng trong các thiết bị điện tử. Trong may mặc, việc sử dụng công
nghệ nano để tiêu diệt những vi khuẩn gây mùi khó chịu được coi là rất khả quan.

Hình 1.6: Ứng dụng cơng nghệ nano trong điện tử và may mặc
Qua các ứng dụng thực tiễn trên chúng ta không thể phủ nhận tính đa dụng và lợi ích

của cơng nghệ nano mang lại cho đời sống con người.
17


1.2. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3
Vật liệu perovskite ABO3 thuần được phát hiện sớm từ đầu thế kỷ XIX, perovskite
thuần được biết đến như là một chất điện mơi, có hằng số điện mơi lớn và một trong số
đó có tính sắt điện, áp điện [6]. Công thức phân tử chung của chúng là ABO3. Trong đó
A và B là các cation có bán kính khác nhau và thơng thường thì bán kính của ion A lớn
hơn bán kính của ion B, vị trí của Oxy có thể thay bằng những nguyên tố khác nhưng phổ
biến nhất vẫn là nguyên tố Oxy. Cấu trúc của perovskite thường là biến thể của cấu trúc
lập phương với các thông số mạng a = b = c và α = β = γ = 90o. Các cation A nằm ở đỉnh
của hình lập phương và tâm của nó là cation B. Mặt khác, cation B cũng là tâm của hình
bát diện được tạo bởi 6 anion oxy và 8 cation A.
Do có nhiều đặc tính điện - từ - hố khác nhau nên perovskite có mặt trong nhiều ứng
dụng thực tiễn và đang được nghiên cứu để phát triển mạnh hơn trong tương lai.

Hình 1.7: Cấu trúc tinh thể của perovskite
1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO
PEROVSKITE RFeO3
Để điều chế vật liệu nano có nhiều phương pháp ví dụ như phương pháp sol-gel,
phương pháp thuỷ nhiệt, phương pháp đồng kết tủa, phản ứng pha rắn, ...

18


➢ Phương pháp sol – gel: [1]
Phương pháp sol – gel cho phép trộn lẫn các chất ở quy mô nguyên tử, 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.

“Sol” là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1  100 nm
phân tán trong chất lỏng, các hạt lơ lửng nhờ chuyển động Brown. Sol khơng có hình
dạng riêng mà có hình thù của bình chứa nó và có thời gian giới hạn để các hạt không
đông tụ thành hạt keo. Đặc điểm các hạt sol:
- Kích thước hạt nhỏ nên lực hút không đáng kể
- Lực tương tác giữa các hạt là lực Val der Waals
- Các hạt va chạm lẫn nhau và lơ lửng trong dung dịch
“Gel” là một dạng chất rắn – nửa rắn (solid – semi rigide) mà trong đó dung mơi trong
hệ chất rắn được giữ dưới dạng chất keo hoặc polyme. Sol tồn tại đến thời điểm mà các
hạt keo tụ lại với nhau và cấu trúc của thành phần rắn lỏng trong dung dịch liên kết chặt
chẽ lại với nhau gọi là gel.
Phân tán hoặc
thuỷ phân

Làm nóng
hoặc già hoá

Sol

Gel

Ưu điểm của phương pháp:
• Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để dính chặt giữa vật liệu kim loại và
màng
• Có thể tạo ra màng dày cung cấp cho quá trình chống ăn mịn
• Có thể dễ dàng tạo ra các vật liệu có hình dạng khác nhau
• Có thể sản xuất được những sản phẩm có độ tinh khiết cao
19

• Khả năng thiêu kết ở nhiệt độ thấp
• Có thể điều khiển được cấu trúc của vật liệu
• Tạo được hợp chất với độ pha tạp lớn
• Độ khuếch tán đồng đều
• 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 của phương pháp:
• Sự liên kết trong màng yếu
• Có độ thẩm thấu cao
• Rất khó để điều khiển độ xốp
• Dễ bị rạn nứt trong q trình nung sấy
• Chi phí cao đối với những vật liệu thơ
• Hao hụt nhiều trong q trình tạo màng
Ví dụ như ở cơng trình [3], vật liệu nano LaFeO3 được điều chế bằng phương pháp
sol – gel với chất hỗ trợ là lịng trắng trứng có kích thước khoảng 30 nm và các đặc trưng
từ tính giảm theo chiều tăng kích thước tinh thể. Hay như trong cơng trình [16] các hạt
LaFeO3 tổng hợp được có kích thước 60 nm, bên trong có các lỗ trống giúp mở rộng năng
lượng vùng cấm, được ứng dụng làm xuất tác cho các phản ứng quang hoá.
➢ Phản ứng pha rắn:
Phản ứng pha rắn là phản ứng đặc trưng bằng tương tác giữa chất rắn và chất rắn
khi nung khối nguyên liệu ở nhiệt độ cao.
Đặc điểm của phản ứng pha rắn:
• Thường xảy ra ở nhiệt độ cao
20


• Điểm bắt đầu phản ứng tại những vị trí khuyết tật, lệch trên bề mặt
• Tốc độ phản ứng tỉ lệ với bề mặt tiếp xúc chung
• Cùng một hệ tác chất, phản ứng có thể xảy ra nhiều hướng khác nhau
• Nếu cấu trúc sản phẩm khác xa cấu trúc tác chất ban đầu thì phản ứng rất

khó xảy ra.
Trong cơng trình [22], vật liệu perovskite LaAlO3 tổng theo bằng phản ứng pha rắn
cho thấy hoạt tính xúc tác của LaAlO3 được cải thiện và tính chọn lọc khá tốt. Tuy nhiên
thời gian nung, nhiệt độ nung và nồng đồ khí oxy ảnh hưởng khá nhiều đến độ tinh khiết,
độ đồng nhất và hoạt tính xúc tác của sản phẩm nên phải được kiểm soát chặt chẽ trong
quá trình làm thực nghiệm.
➢ Phương pháp đồng kết tủa:
Người ta thực hiện trộn các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử theo tỷ lệ các
ion kim loại theo đúng tỉ lệ hợp thức như trong hợp chất cần tổng hợp. Sau đó, thực hiện
phản ứng đồng kết tủa với tác nhân kết tủa phù hợp (có thể kết tủa dưới dạng hydroxide,
carbonate, oxalate, …). Cuối cùng tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đã kết tủa trước đó.
Ưu điểm của phương pháp:
• Sản phẩm thu được là khá lớn.
• Có thể thực hiện thí nghiệm ở nhiệt độ phòng, tiết kệm năng lượng và giảm
thiểu mất mát do bay hơi.
• Chế tạo được vật liệu có kích thước nanomet.
Nhược điểm của phương pháp:
• Điều kiện để muối của các ion kim loại cùng kết tủa là rất khó.

21


• Tính đồng nhất hố học của oxide tuỳ thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ
dung dịch.
• Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tích số tan, tác nhân kết tủa,
lực ion, pH của dung dịch, …
Theo cơng trình [4] tác giả tổng hợp vật liệu nano LaFeO3 bằng phương pháp đồng
kết tủa trong nước và nung kết tủa ở 850 oC thu được sản phẩm có kích thước 50 – 70 nm
và có tính siêu thuận từ. Kết quả vật liệu nano LaFeO3 thu được khi điều chế bằng phương
pháp đồng kết tủa trong nước ở cơng trình [5] cũng tương tự như [4].

Vì phương pháp đồng kết tủa thực hiện khá thuận lợi ở nhiệt độ phịng và có thể điều
chế được vật liệu có kích thước nano nên chúng tơi chọn phương pháp đồng kết tủa để
thực hiện tổng hợp vật liệu nano perovskite LaFeO3. Tuy nhiên điểm mới trong khoá luận
này, chúng tôi thay đổi dung môi nước bằng ancol ethylic để tổng hợp, nghiên cứu và
khảo sát các tính chất của vật liệu LaFeO3. Vì ethanol là một loại cồn phổ biến và moment
lưỡng cực thấp hơn nước có thể giảm sự kết tụ giữa các hạt nano khi thực hiện tổng hợp.

22


CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP VẬT LIỆU PEROVSKITE LaFeO3
THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HỐ CHẤT
➢ Thiết bị:
- Lị nung Naberthem Gmbh của Germany
- Bếp điện Alma của Trung Quốc
- Máy khuấy từ gia nhiệt
- Cân phân tích Kern AES 200, 4 số lẻ
- Máy lọc hút chân không Neuberger
- Tủ sấy Beschickung
➢ Dụng cụ:
- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt loại 50 mL, 100 mL, 500 mL và 1000 mL
- Buret 2 mL, giấy lọc băng xanh
- Chày sứ, chén sứ
- Đũa thuỷ tinh, ống bóp nhỏ giọt, phễu, ống đong
➢ Hố chất:
- Phenolphthalein: C20H14O4
- Iron (III) nitrate nonahydrate: Fe(NO3)3.9H2O (> 98 %, d = 1,68 g/cm3)
- Lanthanum (III) nitrate hexahydrate: La(NO3)3.6H2O (> 99 %)
-

Ammoniac: NH3 (25 %, d = 0,91 g/mL)

- Ancol ethylic: C2H5OH (99,5%, d = 0,79 g/mL)
THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP LANTHANUM ORTHOFERRITE
THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG ANCOL ETHYLIC

23


Trên cơ sở tính toán lượng sản phẩm cần
cho các phương pháp phân tích chúng tơi
tiến hành tính toán để tổng hợp 0,007 mol
vật liệu nano LaFeO 3 . Sơ đồ mơ tả thí
nghiệm như hình 2.1 và kết quả tính tốn hóa
chất cần lấy được thể hiện qua bảng 2.1.
Các

hóa

chất

La(NO 3 ) 3 .6H 2 O

và

Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O được hòa tan trong 50 mL
ancol ethylic trước khi tiến hành kết tủa. Để
đồng kết tủa các ion La 3+ và Fe 3+ chúng tôi
sử dụng tác nhân kết tủa là dung dịch

ammonia trong ancol ethylic. Lượng NH 3

Hình 2.1: Mơ tả thí nghiệm

được lấy dư để đảm bảo kết tủa hết các
cation La 3+ và Fe 3+ trong dung dịch (thử hệ
bằng phenolphtalein).
Bảng 2.1: Khối lượng hóa chất cần dùng để tổng hợp 0,007 mol vật liệu nano LaFeO3
Giá trị

La(NO3)3.6H2O, g

Fe(NO3)3.9H2O, g

NH3, mL

n, mol

0,007

0,007

0,042

Mr, g/mol

432,91

404,00

17,03

V, mL hoặc m, g
(lý thuyết)

3,0304

2,8280

3,144

V, mL hoặc m, g
(thực tế)

3,0283

2,8663

6,288

24