Thạc Sĩ Nghiên cứu tổng hợp các oxit hỗn hợp kích thước nanomet Ce 0.75 Zr0.25O2 , Ce 0.5 Zr0.5O2 và khảo sá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn . ii
Mục lục . iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv
Danh mục bảng . v
Danh mục hình . vi
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1: TỔNG QUAN . 2
1.1. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano 2
1.1.1. Phương pháp gốm truyền thống 2
1.1.2. Phương pháp đồng tạo phức 2
1.1.3. Phương pháp đồng kết tủa . 3
1.1.4. Phương pháp sol – gel . 3
1.1.5. Phương pháp thủy nhiệt . 4
1.1.6. Phương pháp tổng hợp đốt cháy 4
1.2. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu . 5
1.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt . 5
1.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (X – ray Diffraction - XRD) 6
1.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM – Transmission
Electron Microscopy) 8
1.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron
Microscopy) . 9
1.2.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET – Brunauer Emmett Teller) . 10
1.2.6. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại . 11
1.3. Phương pháp trắc quang 12
1.4. Tình hình nghiên cứu oxit hỗn hợp trong hệ đất hiếm – Zirconi . 13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iv
1.4.1. CeO 2 – ZrO 2 . 13
1.4.2. Ce 1 – x Zr x O 2 14
1.4.3. Ce x Zr 1-x O 2 18
Chương 2: THỰC NGHIỆM . 22
2.1. Hóa chất và thiết bị . 22
2.1.1. Hóa chất . 22
2.1.2. Thiết bị . 22
2.2. Tổng hợp các oxít . 23
2.2.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành pha tinh thể và
kích thước hạt của Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 . 24
2.2.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành pha tinh thể và
kích thước hạt của Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 25
2.2.3. Hình thái học, diện tích bề mặt riêng của mẫu tối ưu . 26
2.2.4. Sử dụng Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 , Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 làm xúc tác trong phản ứng
quang hóa khử màu metylen xanh . 26
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 28
3.1. Tổng hợp oxit Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 . 28
3.1.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành pha tinh
thể và kích thước hạt Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 . 28
3.1.2. Hình thái học, diện tích bề mặt riêng của mẫu tối ưu của
Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 34
3.2. Tổng hợp oxit Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 37
3.2.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành pha tinh
thể và kích thước hạt Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 37
3.2.2. Hình thái học, diện tích bề mặt riêng của mẫu tối ưu của
Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 43
3.3. Kết quả sử dụng Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 , Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 nano làm xúc tác trong
phản ứng quang hóa khử màu metylen xanh . 46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v
3.3.1. Dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh . 46
3.3.2. Đánh giá khả năng xúc tác quang hóa của vật liệu tổng hợp được . 47
KẾT LUẬN . 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 51
PHỤ LỤC . .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Tên đầy đủ
BET Brunauer- Emmett-Teller (Đo diện tích bề mặt riêng)
DMC dimethyl carbonate
DSC Differential scanning calorimetry (phân tích nhiệt vi sai)
DTA Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt vi sai)
IR Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại)
PVA Poli vinyl ancol
SEM Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)
SHS Self Propagating High Temperature Synthesis Process
TGA Thermo Gravimetric Analysis-TGA
(Phân tích nhiệt trọng lượng)
TEM Transnission Electron Microscopy
(Kính hiển vi điện tử truyền qua)
XRD X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ Rơnghen)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 : Bảng thông số kết cấu của các chất xúc tác . 19
Bảng 1.2: Bảng giá trị kích thước hạt theo nhiệt độ nung . 20
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước hạt . 30
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt 33
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Ce
4+
/Zr
4+
/glyxin đến sự tạo thành pha tinh thể . 34
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước hạt . 39
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt 41
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Ce
4+
/Zr
4+ /glyxin đến sự tạo thành pha tinh thể . 43
Bảng 3.7. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 46
Bảng 3.8. Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian chiếu xạ của
Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 (sử dụng ánh sáng đèn UV) 47
Bảng 3.9. Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian chiếu xạ của
Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 (sử dụng ánh sáng đèn UV) 48
Bảng 3.10. Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian của
Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 (Sử dụng ánh sáng tự nhiên) 48
Bảng 3.11 Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian của Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 (Sử
dụng ánh sáng tự nhiên) . 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vi
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Sơ đồ điều chế vật liệu . 24
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt của gel Ce
4+
/Zr
4+
/ glyxin . 29
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở nhiệt độ khác nhau . 30
Hình 3.3. Phổ IR của gel nung ở các nhiệt độ khác nhau . 31
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 được tạo gel ở pH khác nhau 32
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu ở tỷ lệ mol Ce
4+
/Zr
4+
/glyxin khác nhau . 33
Hình 3.6. Ảnh TEM của oxit Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 35
Hình 3.7. Ảnh SEM của oxit Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 . . 36
Hình 3.8. Ảnh oxit Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 tối ưu sau khi nung. 36
Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt của gel Ce
4+
/Zr
4+
/glyxin 37
Hình 3.10. Giản đồ XRD của các mẫu nung ở nhiệt độ khác nhau . 38
Hình 3.11. Phổ IR của các mẫu gel nung ở nhiệt độ khác nhau . 40
Hình 3.12. Giản đồ XRD của các mẫu được tạo gel ở pH khác nhau . 41
Hình 3.13. Giản đồ XRD của các mẫu ở tỷ lệ mol

Ce
4+
/Zr
4+
/glyxin khác nhau . 42
Hình 3.14. Ảnh TEM của oxit Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 44
Hình 3.15. Ảnh SEM của oxit Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 . . 45
Hình 3.16. Ảnh của oxit Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 tối ưu sau khi nung. . 45
Hình 3.17. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 46
Hình 3.18. Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian chiếu xạ 48
Hình 3.19. Hiệu suất phân hủy metylen xanh theo thời gian 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1
MỞ ĐẦU

Vật liệu nano đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực như:
Vật lý, hóa học, đặc biệt trong sinh học vì kích thước nano so sánh được với
kích thước của tế bào (10-100nm), virus (20-450nm), protein (5-50nm), gen
(2nm rộng và 10-100nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc
“ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các
tế bào hoặc virus (phân tách tế bào, ), y dược , công nghệ cao cục bộ, tăng độ
sắc nét hình ảnh trong cộng hưởng từ hạt nhân và nhiều ứng dụng khác. Sở dĩ
như vậy là bởi vật liệu nano có những tính chất kỳ lạ khác hẳn so với các tính
chất của vật liệu khối đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu trước đó. Tính
chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước rất nhỏ bé có thể so sánh
với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu nghĩa là kích
thước của vật liệu nano đủ nhỏ để so sánh với các kích thước tới hạn của một
số tính chất. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính
chất khối của vật liệu. Nguyên nhân khác biệt về tính chất của vật liệu nano so
với vật liệu khối là do hai hiện tượng: Hiệu ứng bề mặt và kích thước tới hạn.
Hiện nay trên thế giới có nhiều tác giả đang quan tâm tới việc chế tạo các vật
liệu nano xúc tác vì loại vật liệu này có thể làm cho phản ứng đạt được tốc độ lớn
nhất và hiệu quả sản phẩm cao nhất. Hệ đất hiếm – kim loại chuyển tiếp Mn, Co,
Fe, Cr, Zr có nhiều triển vọng ứng dụng trong thực tế: các nhà khoa học đã tìm
cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như
thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, xúc tác hóa học .
Sự thay thế từng phần kim loại đất hiếm và kim loại chuyển tiếp trong
oxit phức hợp có thể thay đổi tính chất, sự thay đổi nhỏ trong cấu trúc sẽ làm
thay đổi rõ rệt tính chất của vật liệu: tính chất quang, tính chất từ, hoạt tính
xúc tác.
Từ nhận định trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp
các oxit hỗn hợp kích thước nanomet Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 , Ce 0.5 Zr 0.5 O 2 và khảo
sát hoạt tính quang xúc tác của chúng”