I. Tổng quan về graphen oxit và sắt oxit
Graphen oxit (GO) là một vật liệu nano hai chiều, được tạo ra từ quá trình oxy hóa graphit. Sắt oxit (Fe3O4) là một vật liệu từ tính có nhiều ứng dụng trong công nghệ nano. Sự kết hợp giữa GO và Fe3O4 tạo ra vật liệu composite có tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, phù hợp cho nhiều ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu này tập trung vào việc biến tính GO bằng Fe3O4 để tối ưu hóa tính chất vật liệu và mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực như hấp phụ ion kim loại nặng, cảm biến điện hóa và cảm biến khí.
1.1. Cấu trúc và tính chất của graphen oxit
Graphen oxit (GO) có cấu trúc lớp với các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt, tạo ra diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác hóa học cao. Tính chất vật lý và hóa học của GO phụ thuộc vào mức độ oxy hóa và phương pháp tổng hợp. GO có thể được khử thành graphen oxit dạng khử (rGO), giúp cải thiện độ dẫn điện và tính ổn định.
1.2. Tính chất của sắt oxit
Sắt oxit (Fe3O4) là vật liệu từ tính với cấu trúc spinel ngược, có khả năng từ hóa cao và dễ dàng tách khỏi dung dịch bằng từ trường ngoài. Fe3O4 cũng có tính chất điện hóa tốt, phù hợp cho ứng dụng trong cảm biến và lưu trữ năng lượng.
II. Biến tính graphen oxit bằng sắt oxit
Quá trình biến tính graphen oxit (GO) bằng sắt oxit (Fe3O4) nhằm tạo ra vật liệu composite có tính chất ưu việt hơn so với từng thành phần riêng lẻ. Fe3O4/rGO có diện tích bề mặt lớn, tính từ tính cao và khả năng dẫn điện tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong công nghệ vật liệu và khoa học vật liệu.
2.1. Phương pháp tổng hợp Fe3O4 rGO
Có hai phương pháp chính để tổng hợp Fe3O4/rGO: phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp. Phương pháp trực tiếp sử dụng hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III) để tạo Fe3O4 trên bề mặt rGO. Phương pháp gián tiếp liên quan đến việc tổng hợp Fe3O4 trước, sau đó kết hợp với rGO.
2.2. Tính chất của vật liệu Fe3O4 rGO
Vật liệu Fe3O4/rGO có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và tính từ tính mạnh. Các tính chất này giúp vật liệu có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng hiệu quả và ứng dụng trong cảm biến điện hóa.
III. Ứng dụng thực tiễn của Fe3O4 rGO
Vật liệu Fe3O4/rGO được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hấp phụ ion kim loại nặng, cảm biến điện hóa và cảm biến khí. Nhờ tính chất vật lý và hóa học ưu việt, vật liệu này mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý môi trường và phát triển công nghệ mới.
3.1. Ứng dụng trong hấp phụ ion kim loại nặng
Fe3O4/rGO có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng như As(V), Pb(II) và Ni(II) với dung lượng hấp phụ cao. Vật liệu này cũng dễ dàng tách khỏi dung dịch sau quá trình hấp phụ nhờ tính từ tính mạnh.
3.2. Ứng dụng trong cảm biến điện hóa
Vật liệu Fe3O4/rGO được sử dụng để biến tính điện cực than thủy tinh, cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc trong việc xác định các hợp chất hữu cơ như paracetamol.
3.3. Ứng dụng trong cảm biến khí
Cảm biến khí dựa trên Fe3O4/rGO có độ nhạy cao và độ ổn định tốt đối với các khí như ethanol, NO2 và SO2, phù hợp cho ứng dụng trong giám sát môi trường.
