Luận văn thạc sĩ về khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu bột nano LaFeO3

• Tác giả: Trần Thị Thùy Dung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Khảo Sát Điều Kiện Tổng Hợp Vật Liệu Bột Nano LaFeO3
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ CÔNG NGHỆ NANO
• 1.2. Công nghệ nền cơ bản trong hóa học
• 1.3. Phân loại vật liệu nano
• 1.4. Ứng dụng của vật liệu nano
• 1.5. TỔNG QUAN VỀ OXIT, HIDROXIT CỦA LANTAN VÀ SẮT
• 1.5.1. Trạng thái oxi hóa +3 của Lantan
• 1.5.2. Tóm tắt tính chất hóa học
• 1.5.3. Sự tạo phức của các Ln3+
• 1.5.4. Oxit và hidroxit sắt(III)
• 1.5.4.1. Sắt(III) oxit Fe2O3
• 1.5.4.2. Muối và phức chất của sắt(III)
• 1.5.5. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA ABO3
• 1.5.5.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite
• 1.5.5.2. Hiệu ứng Jahn-Teller. Một số đặc tính của vật liệu có cấu trúc orthoferrite
• 1.5.5.3. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu oxi
• 1.5.5.4. Cấu trúc tinh thể của tinh thể LaFeO3
• 1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO
• 1.6.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO LaFeO3
• 1.6.1.1. Tổng hợp lantan orthoferrite theo phương pháp gốm công nghệ cao
• 1.6.1.2. Tổng hợp lantan orthoferrite theo phương pháp khuôn SBA-16
• 1.6.1.2.1. Giới thiệu về SBA-16
• 1.6.1.2.2. Cơ chế tổng hợp SBA-16
• 1.6.1.2.3. Phương pháp tổng hợp SBA-16
• 1.6.1.2.4. Quy trình tổng hợp LnFeO3 bằng cách sử dụng khuôn SBA-16
• 1.6.2. Tổng hợp lantan orthoferrite bằng phương pháp đồng kết tủa
• 1.6.2.1. Tổng hợp lantan orthoferrite theo phương pháp đồng kết tủa có sử dụng axit oleic làm chất hoạt động bề mặt
• 1.6.2.2. Chất hoạt động bề mặt
• 1.6.2.3. Vai trò của axit oleic trong quá trình tổng hợp lantan orthoferrite
• 1.6.2.4. Tổng hợp lantan orthoferrite theo phương pháp sol-gel
• 1.6.2.4.1. Đại cương về phương pháp sol-gel
• 1.6.2.4.2. Sơ đồ tổng hợp lantan orthoferrite theo phương pháp sol-gel
• 1.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 1.7.1. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể
• 1.7.2. Nhiễu xạ tia Rơnghen (X-Ray Diffraction – XRD)
• 1.7.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM–Transmission Electron Microscope)
• 1.7.4. Hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscope)
• 1.7.5. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.8. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ – THẢO LUẬN
• 1.8.1. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ
• 1.8.1.1. Các hóa chất được sử dụng
• 1.8.2. THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO LaFeO3
• 1.8.2.1. Tổng hợp bột nano LaFeO3 theo phương pháp đồng kết tủa sử dụng axit oleic làm chất phân tán bề mặt
• 1.8.2.2. Tổng hợp bột nano LaFeO3 bằng phương pháp sol-gel
• 1.8.2.3. Kết quả và thảo luận
• 1.8.2.3.1. Phương pháp 1
• 1.8.2.3.2. Phương pháp 2
• 1.9. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nano và công nghệ nano

Vật liệu nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu. Vật liệu nano được định nghĩa là những vật liệu có kích thước trong khoảng từ 1 đến 100 nm, với các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Công nghệ nano không chỉ bao gồm việc chế tạo mà còn cả ứng dụng của các vật liệu này trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano như sol-gel, lắng đọng pha hơi hóa học, và tự lắp ghép phân tử đã được phát triển để tạo ra các cấu trúc nano với tính chất tối ưu. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu nano có thể dẫn đến những ứng dụng mới trong y học, điện tử, và năng lượng. Theo một nghiên cứu, "Công nghệ nano có thể thay đổi bản chất của hầu hết mọi đối tượng do con người tạo ra trong thế kỷ tiếp theo."

1.1. Phân loại vật liệu nano

Vật liệu nano có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau như kim loại, gốm, chất bán dẫn, và polime. Mỗi loại vật liệu này có những tính chất riêng biệt và ứng dụng khác nhau. Ví dụ, vật liệu nano kim loại thường có tính dẫn điện tốt, trong khi vật liệu nano gốm lại có tính cách điện cao. Các hạt nano có thể được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến, chất xúc tác, và lưu trữ thông tin. Việc phân loại này giúp các nhà nghiên cứu xác định được ứng dụng tiềm năng của từng loại vật liệu. "Khả năng thực hiện được là vô tận, nhưng việc tổng hợp vật liệu nano có tính chất hóa học khác của vật liệu."

II. Tổng quan về oxit hydroxyt của Lantan và Sắt

Lantan và sắt là hai nguyên tố quan trọng trong việc tổng hợp vật liệu bột nano LaFeO3. Trạng thái oxi hóa +3 của lantan cho phép tạo ra các hợp chất ổn định với các anion như OH-, CO3 2-, và SO4 2-. Các hợp chất này có thể bị nhiệt phân để tạo ra oxit, một yếu tố quan trọng trong việc tổng hợp vật liệu nano. Sắt(III) oxit (Fe2O3) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các vật liệu có tính chất từ tính. Việc nghiên cứu các hợp chất này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế tổng hợp và tính chất của vật liệu bột nano LaFeO3. "Các muối nitrat bị phân hủy ở nhiệt độ cao cho các sản phẩm tương tự."

2.1. Tóm tắt tính chất hóa học

Cation La3+ và các cation cùng họ thường tạo ra các hợp chất kết tinh với các anion quen thuộc. Những hợp chất này có nhiệt độ nóng chảy cao và có thể bị biến đổi thành các dẫn xuất mang tính chất kiềm. Việc nghiên cứu tính chất hóa học của các hợp chất này là cần thiết để phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả cho vật liệu bột nano LaFeO3. "Cả hai loại muối của cation La3+ đều có nhiệt độ nóng chảy cao và ở trạng thái nóng chảy không bị phân hủy."

III. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano LaFeO3

Việc tổng hợp vật liệu bột nano LaFeO3 có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp sol-gel, đồng kết tủa, và phương pháp gốm. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp sol-gel được ưa chuộng vì tính đồng nhất và khả năng kiểm soát kích thước hạt. Trong khi đó, phương pháp đồng kết tủa sử dụng axit oleic làm chất hoạt động bề mặt giúp cải thiện tính chất bề mặt của vật liệu nano. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến tính chất cuối cùng của vật liệu bột nano LaFeO3. "Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ oxit hiện nay được coi là chiếm ưu thế do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột ferrite tạo thành."

3.1. Phương pháp sol gel

Phương pháp sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano. Phương pháp này cho phép tạo ra các hạt nano với kích thước đồng nhất và tính chất hóa học ổn định. Quá trình này bao gồm việc hòa tan các tiền chất trong dung môi, sau đó tạo ra gel và cuối cùng là nung để thu được vật liệu bột nano LaFeO3. Phương pháp này không yêu cầu nhiệt độ cao và có thể thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm. "Phương pháp sol-gel được coi là phương pháp chiến lược, kinh tế và không gây ô nhiễm môi trường."