Thạc Sĩ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu SnO2, có cấu trúc nano đa cấp và ứng dụng trong cảm biến khí, xúc tác

M雲 A井U
1. Lý do ch丑n đ隠 tƠi
Oxit thi院c (SnO2) là m瓜t lo衣i ch医t bán d磯n lo衣i n đi吋n hình (Eg =
3,6 eV) và là m瓜t trong nh英ng ch医t bán d磯n đ逢嬰c s穎 d映ng r瓜ng rãi
nh医t do ho衣t tính c違m bi院n khí, đ瓜 b隠n hoá và đ瓜 b隠n c挨 cao. Nhi隠u
nhà khoa h丑c đã và đang quan tâm nghiên c泳u oxit thi院c đ吋 泳ng d映ng
làm v壱t li羽u c違m bi院n, v壱t d磯n th医u quang và làm ch医t xúc tác trong
t鰻ng h嬰p h英u c挨.
V壱t li羽u làm c違m bi院n khí có đ瓜 nh衣y khí t<ng khi kích th逢噂c
h衣t nh臼 h挨n đ瓜 dài Debye (th逢運ng vài nm). Các h衣t có th吋 phân tán
đ欝ng nh医t trong môi tr逢運ng l臼ng b茨ng s詠 鰻n đ鵜nh t┄nh đi羽n và không
gian. Tuy nhiên, khi các h衣t nano đ逢嬰c t衣o thành thì s詠 k院t t映
(agglomerates) gi英a các h衣t nano tr荏 nên r医t m衣nh, b荏i vì l詠c hút Van
der Waals t雨 l羽 ngh鵜ch v噂i kích th逢噂c h衣t. A吋 kh逸c ph映c nh逢嬰c đi吋m
này, m瓜t xu h逢噂ng thi院t k院 v壱t li羽u SnO2 kích th逢噂c nano m噂i ra đ運i
đó là thi院t k院 d衣ng v壱t li羽u c医u trúc nano đa c医p (hierarchical
nanostructures) nh茨m c違i thi羽n v医n đ隠 k院t t映 c栄a v壱t li羽u nano (0D).
C医u trúc nano đa c医p có c医u trúc tr壱t t詠 không b鵜 gi違m di羽n tích b隠
m員t, trong khi đó d衣ng c医u trúc c栄a các h衣t nano không b鵜 k院t t映 r医t
khó có th吋 đ衣t đ逢嬰c. M瓜t cách khác đ吋 thi院t k院 v壱t li羽u đa c医p là phân
tán các oxit nano ho衣t tính lên các v壱t li羽u mao qu違n trung bình
(MQTB) nh逢 MCM-41 v.v
Ch医t xúc tác SnO2 trên n隠n v壱t li羽u mao qu違n trung bình đ逢嬰c
công b嘘 là có ho衣t tính xúc tác cao đ嘘i v噂i m瓜t s嘘 ph違n 泳ng oxy hoá
t鰻ng h嬰p h英u c挨 nh逢 ph違n 泳ng nopol, ph違n 泳ng oxy hoá phenol. Ho衣t tính
và đ瓜 ch丑n l丑c cao c栄a ph違n 泳ng b荏i s詠 đóng góp c栄a di羽n tích b隠 m員t riêng
l噂n và c医u trúc mao quan tr壱t t詠 c栄a ch医t n隠n v壱t li羽u mao qu違n. 2
V噂i yêu c亥u phát tri吋n và công nghi羽p hoá đ医t n逢噂c, xu h逢噂ng
nghiên c泳u v壱t li羽u nano c医u trúc đa c医p SnO2 泳ng d映ng vào l┄nh v詠c
g嘘m đi羽n t穎, bán d磯n và xúc tác h英u c挨 là c亥n thi院t. Do v壱y, vi羽c
nghiên c泳u t鰻ng h嬰p nano SnO2 c医u trúc đa c医p s胤 có ý ngh┄a v隠 m員t
lý thuy院t c┡ng nh逢 th詠c ti宇n.
2. M映c đích vƠ nhi羽m v映 nghiên c泳u
- T鰻ng h嬰p v壱t li羽u nano SnO2 có c医u trúc đa c医p 荏 3 d衣ng hình
thái khác nhau là ki吋u 0-3 c亥u x嘘p, ki吋u 1-3 urchin và ki吋u 0-1 MCM-41.
- Kh違o sát ho衣t tính c違m bi院n khí ethanol, LPG và khí hydro đ嘘i
v噂i 3 v壱t li羽u t鰻ng h嬰p đ逢嬰c.
- Nghiên c泳u ho衣t tính xúc tác trên 3 v壱t li羽u t鰻ng h嬰p đ嘘i v噂i
ph違n 泳ng hydroxyl hóa phenol b茨ng hydroperoxit. Kh違o sát đ瓜ng h丑c
ph違n 泳ng và tính toán h茨ng s嘘 t嘘c đ瓜 c栄a ph違n 泳ng này.
3. Nh英ng đóng góp m噂i c栄a lu壱n án
- L亥n đ亥u tiên 荏 Vi羽t Nam chúng tôi nghiên c泳u m瓜t cách có
h羽 th嘘ng v隠 t鰻ng h嬰p c栄a v壱t li羽u có c医u trúc nano đa c医p c栄a oxit
thi院c bao g欝m: c医u trúc 0-3 c亥u x嘘p, c医u trúc 1-3 urchin và 0-1 MCM-
41.
- K院t qu違 nghiên c泳u c栄a chúng tôi cho th医y r茨ng v壱t li羽u 0-3
c亥u x嘘p, c医u trúc 1-3 urchin t鰻ng h嬰p có tính c違m bi院n khí LPG, khí
etanol và khí hydro là t逢挨ng đ逢挨ng v噂i các công b嘘, trong khi v壱t li羽u 0-1
MCM-41 là không có tính c違m bi院n khí.
- V壱t li羽u 0-1 SnO2/MCM-41 t鰻ng h嬰p có ho衣t tính xúc tác r医t
cao đ嘘i v噂i ph違n 泳ng hydroxyl hoá phenol. Aây là l亥n đ亥u tiên v壱t li羽u
SnO2/MCM-41 công b嘘 có ho衣t tính xúc tác và đ瓜 ch丑n l丑c cao trong
ph違n 泳ng hydroxyl hoá phenol t衣o thành dihydroxyl benzene. V壱t li羽u 3
SnO2/MCM-41 chúng tôi t鰻ng h嬰p đ逢嬰c có ho衣t tính t逢挨ng đ逢挨ng v噂i
v壱t li羽u TS-1 là xúc tác ch栄 y院u đ吋 t鰻ng h嬰p dihydroxyl benzene hi羽n nay.
4. B嘘 c映c c栄a lu壱n án
N瓜i dung lu壱n án g欝m 129 trang, 25 b違ng, 52 hình, 162 tài li羽u
tham kh違o. B嘘 c映c c栄a lu壱n án nh逢 sau:
M荏 đ亥u: 2 trang
Ch逢挨ng 1. T鰻ng quan tài li羽u: 24 trang
Ch逢挨ng 2. M映c tiêu và n瓜i dung nghiên c泳u, các ph逢挨ng pháp
nghiên c泳u và ph逢挨ng pháp th詠c nghi羽m: 18 trang
Ch逢挨ng 3. K院t qu違 và th違o lu壱n: 83 trang
Ch逢挨ng 4. K院t lu壱n các k院t qu違 đ衣t đ逢嬰c: 2 trang

Ch逢挨ng 1. T蔚NG QUAN
1.1. T蔚NG H営P SnO2 C遺U TRÖC NANO AA C遺P
1.1.1. C医u trúc tinh th吋 SnO2
Oxit thi院c có hai d衣ng ch栄 y院u: stanic oxit (SnO2) và thi院c oxit
(SnO), trong đó SnO2 t欝n t衣i ph鰻 bi院n h挨n d衣ng SnO. Stanic oxit có
c医u trúc rutile (tetragonal) nh逢 nhi隠u oxit khác nh逢 là TiO2, RuO2,
GeO2, MnO2, VO2, IrO2 và CrO2
1.1.2. A鵜nh ngh┄a vƠ cách g丑i tên v壱t li羽u c医u trúc nano đa c医p SnO2
V壱t li羽u nano có c医u trúc nano đa c医p là v壱t li羽u có nhi隠u chi隠u
h挨n, đ逢嬰c xây d詠ng t瑛 các kh嘘i nano c挨 s荏 ít chi隠u (nano-building
block) nh逢 nano h衣t (0D), nano s嬰i (1D), nano t医m (2D) v.v
Hi羽n nay, v磯n ch逢a có cách phân lo衣i th嘘ng nh医t v隠 nhóm v壱t
li羽u này. Trong lu壱n án này, VLAC đ逢嬰c g丑i theo cách phân lo衣i c栄a 4
Lee và c瓜ng s詠 là d詠a vào chi隠u đ挨n v鵜 xây d詠ng nên nó và d衣ng c医u
trúc đa c医p hình thành.
1.1.3. T鰻ng h嬰p VLAC SnO2 c医u trúc t瑛 các đ挨n v鵜 c挨 s荏 c亥u (0D)
A吋 t衣o thành v壱t li羽u c医u trúc đa c医p d衣ng c亥u SnO2 t瑛 các đ挨n
v鵜 c挨 s荏 nano th逢運ng có hai nhóm ph逢挨ng pháp: ph逢挨ng pháp s穎 d映ng
ch医t t衣o khung và ph逢挨ng pháp không s穎 d映ng ch医t t衣o khung.
A吋 gi違m thi吋u s詠 k院t t映, siêu âm đ逢嬰c s穎 d映ng nh逢 ngu欝n n<ng
l逢嬰ng phân tách s詠 k院t t映 đã áp d映ng thành công đ吋 t鰻ng h嬰p nhi隠u
nano oxit nh逢 ZnO, Fe3O4 , SnO2 v.v. v噂i đ瓜 phân tán cao.
1.1.4. T鰻ng h嬰p VLAC SnO2 c医u trúc t瑛 các đ挨n v鵜 c挨 s荏 s嬰i (1D)
VLAC t衣o thành t瑛 các đ挨n v鵜 c挨 s荏 d衣ng s嬰i (1D) đ逢嬰c t鰻ng h嬰p
theo m瓜t s嘘 ph逢挨ng pháp ch栄 y院u nh逢 ph逢挨ng pháp b嘘c bay hai giai
đo衣n, ph逢挨ng pháp b嘘c bay và ph逢挨ng pháp thu益 nhi羽t/dung nhi羽t.
1.1.5. T鰻ng h嬰p VLAC SnO2 ki吋u 0-1 MCM-41 b茨ng cách phơn
tán SnO2 lên n隠n MCM-41 (SnO2/MCM-41)
Cho đ院n nay có ba ph逢挨ng pháp đ逢a thi院c vào MCM-41 đã
công b嘘 là: ph逢挨ng pháp t鰻ng h嬰p gián ti院p 荏 nhi羽t đ瓜 th医p, ph逢挨ng
pháp t鰻ng h嬰p thu益 nhi羽t và ph逢挨ng pháp k院t t栄a pha h挨i.
1.2. HO萎T TệNH C謂M BI蔭N KHệ VĨ XÖC TÁC C曳A V一T
LI烏U SnO2
1.2.1. Ho衣t tính c違m bi院n khí c栄a v壱t li羽u c医u trúc đa c医p SnO2
V壱t li羽u c違m bi院n khí (hay sensor khí) là v壱t li羽u có kh違 n<ng
thay đ鰻i tính ch医t ph映 thu瓜c vào khí xung quanh. Thông th逢運ng, s詠
thay đ鰻i v隠 tính d磯n đi羽n (đi羽n tr荏) theo môi tr逢運ng khí đ逢嬰c dùng đ吋
mô t違 tính c違m bi院n khí. A員c tr逢ng chính c栄a v壱t li羽u c違m bi院n là: 5
- A瓜 nh衣y khí (hay đ瓜 c違m 泳ng ) R = Ra/Rg, trong đó Ra là đi羽n
tr荏 c栄a c違m bi院n khí khi đ員t trong môi tr逢運ng không khí và Rg là đi羽n
tr荏 c栄a c違m bi院n khí khi đ員t trong môi tr逢運ng có khí c亥n phát hi羽n.
- Th運i gian gian đáp 泳ng kí hi羽u đáp 泳ng 90 và th運i gian ph映c h欝i
kí hi羽u ph映c h欝i 90.
1.2.2. Ph違n 泳ng oxy hoá phenol trên ch医t xúc tác d鵜 th吋
Ph違n 泳ng hydroxyl hoá trên m瓜t h羽 xúc tác SnO2/MCM-41 có
đ瓜 chuy吋n hóa và đ瓜 ch丑n l丑c c栄a phenol r医t khác nhau. Nó ph映 thu瓜c
r医t nhi隠u vào ph逢挨ng pháp t鰻ng h嬰p. Vai trò c栄a thi院c trong ph違n 泳ng
hydroxyl hoá phenol đ院n nay v磯n ch逢a rõ. B荏i vì tr衣ng thái th詠c s詠
c栄a thi院c khi phân tán trong m衣ng ch医t, r医t khó đ吋 xác đ鵜nh chính xác
b茨ng các ph逢挨ng pháp phân tích hoá lý hi羽n nay.