I. Tổng quan về CeO2 và các phương pháp tổng hợp
Luận văn bắt đầu bằng việc giới thiệu về CeO2, một chất bột màu vàng nhạt có cấu trúc mạng tinh thể kiểu fluorit. CeO2 có tính chất chịu nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 2100°C) và khả năng oxi hóa khử thuận nghịch. Ở kích thước nano, CeO2 thể hiện các tính chất quang, điện, từ đặc biệt. Luận văn sau đó trình bày một số phương pháp tổng hợp CeO2 kích thước nanomet, bao gồm phương pháp gốm truyền thống, đồng tạo phức, đồng kết tủa, sol-gel, vi nhũ, tổng hợp đốt cháy gel polyme và nghiền bi. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp gốm truyền thống đơn giản, dễ tự động hóa nhưng kích thước hạt lớn. Phương pháp đồng tạo phức cho phân bố cấu tử lý tưởng nhưng phức tạp và tốn kém. Phương pháp đồng kết tủa cho sản phẩm tinh khiết, đồng nhất nhưng cần kiểm soát chặt chẽ điều kiện phản ứng. Phương pháp sol-gel hiệu quả trong việc tổng hợp vật liệu nano nhưng cần kiểm soát quá trình làm khô. Phương pháp vi nhũ cho phép kiểm soát kích thước hạt nano nhưng cơ chế chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polyme tiết kiệm năng lượng, cho sản phẩm tinh thể ở nhiệt độ thấp. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng và đặc điểm cấu trúc của vật liệu.
II. Tổng hợp CeO2 nano bằng phương pháp đốt cháy gel polyme và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
Luận văn tập trung vào phương pháp tổng hợp đốt cháy gel polyme để điều chế CeO2 nano. Phương pháp này sử dụng muối (NH4)2Ce(NO3)6 làm nguồn cung cấp ion xeri và chất oxi hóa, alanin làm nhiên liệu. Ưu điểm của phương pháp này là kỹ thuật đơn giản, sản xuất lượng lớn, tạo ra bột CeO2 nano siêu nhỏ, đồng thể và hoạt tính cao. Luận văn tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ nung, pH, nhiệt độ tạo gel, thời gian nung, tỷ lệ mol Ce4+/alanin và Ce4+/NH4NO3 đến sự hình thành pha tinh thể và kích thước hạt CeO2. Việc khảo sát này giúp tìm ra điều kiện tối ưu để tổng hợp CeO2 nano với kích thước và tính chất mong muốn. Ví dụ, luận văn đề cập đến việc phân tích giản đồ XRD để xác định pha tinh thể và tính toán kích thước hạt dựa trên công thức Scherrer.
III. Đặc trưng và ứng dụng xúc tác quang hóa của CeO2 nano
Sau khi tổng hợp, CeO2 nano được đặc trưng bằng các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và đo diện tích bề mặt riêng (BET). Các phương pháp này giúp xác định cấu trúc tinh thể, hình thái học, kích thước hạt và diện tích bề mặt của vật liệu. Luận văn cũng đánh giá khả năng ứng dụng của CeO2 nano làm xúc tác trong phản ứng quang hóa khử màu metylen xanh (MB). Đầu tiên, đường chuẩn của metylen xanh được xây dựng để xác định nồng độ. Sau đó, hiệu suất phân hủy metylen xanh được đánh giá dưới tác dụng của ánh sáng và xúc tác CeO2 nano. Kết quả cho thấy CeO2 nano có khả năng xúc tác quang hóa tốt, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải.
IV. Đánh giá và ứng dụng của nghiên cứu
Luận văn đã thành công trong việc tổng hợp CeO2 nano bằng phương pháp đốt cháy gel polyme và khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến kích thước và tính chất của vật liệu. Việc tìm ra điều kiện tổng hợp tối ưu cho phép điều chế CeO2 nano với kích thước nhỏ và hoạt tính xúc tác cao. Ứng dụng của CeO2 nano trong phản ứng quang hóa khử màu metylen xanh cho thấy tiềm năng của vật liệu này trong lĩnh vực xử lý môi trường. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển các vật liệu nano ứng dụng trong xúc tác và xử lý ô nhiễm. Tuy nhiên, luận văn chưa đề cập đến cơ chế xúc tác quang hóa của CeO2 nano và cần nghiên cứu thêm để hiểu rõ hơn về quá trình này. Ngoài ra, việc mở rộng nghiên cứu sang các ứng dụng khác của CeO2 nano cũng là một hướng phát triển tiềm năng.
