Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng nano Nio trong hóa học

Đề tài khảo sát tổng hợp nano Nio và ứng dụng trong hóa học với dữ liệu thực nghiệm, giải pháp cụ thể cho bài toán thực tế hóa học

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngọc Ánh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Cường
• Trường học: Đại học Trường học Sư phạm
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Nano NiO Và Ứng Dụng Trong Hóa Học
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nano NiO

Nghiên cứu tổng hợp nano NiO đã thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực hóa học và vật liệu. Nano NiO là một trong những oxit kim loại quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như cảm biến, chất xúc tác và pin. Việc tổng hợp nano NiO có thể được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp hóa học ướt, phương pháp sol-gel và phương pháp nhiệt phân. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến kích thước, hình dạng và tính chất của sản phẩm cuối cùng. Theo nghiên cứu, kích thước hạt nano NiO có thể được điều chỉnh thông qua các điều kiện tổng hợp, từ đó ảnh hưởng đến tính chất quang học và điện hóa của vật liệu. "Việc kiểm soát kích thước và hình dạng của nano NiO là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể."

1.1. Tính chất của nano NiO

Tính chất của nano NiO rất đa dạng và phụ thuộc vào kích thước cũng như cấu trúc của nó. Nano NiO có tính chất bán dẫn, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng điện tử. Hơn nữa, nano NiO còn có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng quang học. "Tính chất quang học của nano NiO có thể được cải thiện thông qua việc điều chỉnh kích thước và hình dạng của hạt." Nghiên cứu cho thấy rằng nano NiO có thể được sử dụng trong các cảm biến khí, nơi mà khả năng phát hiện các khí độc hại là rất quan trọng. Sự kết hợp giữa tính chất điện hóa và quang học của nano NiO mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng và môi trường.

II. Phương pháp tổng hợp nano NiO

Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano NiO, mỗi phương pháp đều có những đặc điểm riêng. Phương pháp hóa học ướt là một trong những phương pháp phổ biến nhất, cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của hạt. Phương pháp này thường sử dụng các tiền chất như Ni(NO3)2 và các tác nhân khử như NaBH4. "Phương pháp hóa học ướt cho phép tạo ra nano NiO với kích thước đồng nhất và tính chất ổn định." Ngoài ra, phương pháp sol-gel cũng được sử dụng rộng rãi, cho phép tổng hợp nano NiO với cấu trúc tinh thể tốt. Phương pháp nhiệt phân là một lựa chọn khác, thường được sử dụng để tạo ra nano NiO với kích thước lớn hơn và tính chất khác biệt. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến chất lượng và tính ứng dụng của nano NiO trong thực tế.

2.1. Đánh giá hiệu suất của các phương pháp

Mỗi phương pháp tổng hợp nano NiO đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp hóa học ướt thường cho ra sản phẩm với kích thước nhỏ và đồng nhất, nhưng có thể gặp khó khăn trong việc quy mô hóa. Ngược lại, phương pháp nhiệt phân có thể tạo ra nano NiO với kích thước lớn hơn, nhưng thường không đồng nhất. "Việc đánh giá hiệu suất của các phương pháp tổng hợp là rất quan trọng để xác định phương pháp tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể." Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp các phương pháp khác nhau có thể mang lại kết quả tốt hơn, tối ưu hóa tính chất của nano NiO cho các ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến và năng lượng.

III. Ứng dụng của nano NiO trong hóa học

Ứng dụng của nano NiO trong hóa học rất đa dạng, từ cảm biến đến chất xúc tác. Trong lĩnh vực cảm biến, nano NiO được sử dụng để phát hiện các khí độc hại như CO và NO2. "Khả năng phát hiện khí của nano NiO có thể được cải thiện thông qua việc điều chỉnh kích thước và hình dạng của hạt." Ngoài ra, nano NiO còn được sử dụng trong các ứng dụng chất xúc tác, nơi mà nó có thể thúc đẩy các phản ứng hóa học một cách hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng nano NiO có thể hoạt động như một chất xúc tác trong các phản ứng oxy hóa, giúp tăng cường hiệu suất của quá trình. Việc ứng dụng nano NiO trong các lĩnh vực này không chỉ mang lại lợi ích về mặt hiệu suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

3.1. Tương lai của nano NiO trong nghiên cứu

Tương lai của nano NiO trong nghiên cứu hóa học rất hứa hẹn. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, khả năng ứng dụng của nano NiO sẽ ngày càng mở rộng. "Nghiên cứu về nano NiO sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải thiện tính chất và hiệu suất của vật liệu này trong các ứng dụng thực tiễn." Các nghiên cứu mới có thể khám phá ra những ứng dụng chưa được biết đến của nano NiO, từ năng lượng tái tạo đến các công nghệ mới trong lĩnh vực y tế. Sự phát triển của nano NiO không chỉ mang lại lợi ích cho ngành hóa học mà còn cho toàn bộ xã hội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan vỀ khoa học nano và công nghệ nano Khoa học và công nghệ nano dang là trào lưu nghiên cứu, lim ôi ong những năm đầu thế kỹ 21. Không nghĩ ngờ gì nữa, nh vục này mỡ ra rang mới về hướng Khoa học đầy tểm ning va sing to, mit ah vực mà ở đó con người cố th tao rà những vật sáng ch nhỏ nhất ở cấp độ nguyên tử của th giới 8] Khoa hoe nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp ào vật iệu ở các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Quy mô này tương ứng với kích thước vào cỡ vài nanomet cho đến vài trăm nanomet (nm, 1 nm = 102m).

Tại các quy mồ đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Quy mô này cũng mang ạ tên gọi cho môn khoa học nà [76] Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc chế to, thiết kế, phân tích và ứng dụng các cấu trúc, tiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển hình đảng, kích thước trên cắp độ nanomet. Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học. nano đối khi không rõ ràng, tuy nhiền chúng đều cỏ chung đổi tượng là vật liệu nano [76].

Ngudi ta ding khái niệm công nghệ nano 1a dé chi tinh vực khoa học và công nghệ mà đổi tượng nghiên cứu cũng như thao tác của nó có kích thước và ‘dung sai trong đãi từ 0,1 nm tới 100 nm. Với công nghệ này, cho phép chế tạo các thiết bị mới dua rên các tính chất vật lý quen thuộc của nguyên từ và phân tử. "Những thiết bị chế ạo bằng công nghệ nano có các đặc tính siều việt như nhỏ hơn, nhanh hơn, in hơn hoặc thêm nhiễu đặc tính hoàn toän mới so với các thiết bị .được chế ạo rên nền tảng công nghệ cũ. Công nghệ nano là sự kết tỉnh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiễ lĩnh vực khác nhau và là công nghệ cỏ tính khả tỉ.

Nhiều nhà nghiên cứu dự bảo rằng, công nghệ nano sẽ đem lại một cuộc cách mạng mới, mà m năng ứng dụng của nỗ mới chỉ đang được thảo luận ở mức độ sơ khai (98), 12, Tổng quan v8 Niken (11) Oxit Niken (1) oxit 1a chit rin mau Tye, Bing 1. mô tả các thông số lý hóa cơ bản của niken () oxit và hình 1.1 8 tinh thé niken (1) oxit Băng L. Các thông số ý hồ của nike (D) oxit Cling te pin ar Ni Bề ngoài Tỉnh thẻ xanh kết nh Khối lượng riéag | 6.67 g/cm? Điểm nóng chảy | 1995 °C (2228 K: 3551 °F) Độ hòa tan Không tan trong nước, tan đề đàng trong dụng địch axit Enanpi hình thành. |-240kJ/mol Niken (H) oxit có dạng tình thê lập phương kiêu NaC| (lập phương tâm điện).

và có thành phẳn không hợp thức [10] Minh 1.1, Tinh thé Niken (1) oxit 'Niken(I) oxit là một hợp chất tiêu biểu của niken, được phân loại như một kim loại oxit cơ bản, NÍO có thể được điều chế bởi nhiều phương pháp. Khi nung ở trên 400 °C, bột niken phản ứng với oxy dé cho NiO. Trong một số quy trình. thường mại, niken IT oxit xanh duge lam bằng cách nung một hỗn hợp bột niken và nước ở 1000 °C, tỷ lệ phân ứng này có thể tăng lên bằng cách thêm NiO.

Phương pháp đơn giãn nhất và thành công nhất lã thông qua sự phân huỹ của các hợp chất niken (T) như hyđmoxt, niưat và cacbonal, tạo ra bột mẫu xanh lá cây énh sing “Trong bãi luận văn này, chúng tôi ting hop NiO thông qua sự phân hủy Ni(OID); (99), [NiO 1a vit ligu trong đổi ính khiết và cô nhiều ứng dụng, chủ yếu được sử đụng cho sân xuất hợp kim. Nó được sử dụng trong ngành công nghiệp gồm để pha chế t, fedi, sử. Các oxi thiêu kết được sử dụng để sản xuất hợp kim niken. Năm 1920 Charles Edouard Guillaume giảnh giải Nobel vật Lý cho nghiền cửu của mình trên hợp kảm thép nken mã ông gọi là mvar và invar [9] NỈO cũng là một thành phần trong niken-pin sit, cin duge goi li pin Edison và là một thành phần trong pin nhiên liệu.

Đây là nguyên liệu của mudi niken để sử cdụng như chất hóa học đặc biệt và chất xúc tie. Gin diy, NiO đã được sử dụng để sản xuắt pin NiCd o6 thể sạc lại được tìm thấy ong nhi thết bi di tử cho đến Khi sự phát iển của pin NIMH ưu việt về mặt mỗi trường. NÌO là vật liệu điện cực võ cực, đã được nghiên cứu ông rã như à các điện cực chẳng ai với vonfam oxi, vat liu dign ewe cathodic, bỗ sung cho thiết bị điện chromie [9] Khoảng 4000 tấn hóa họ lớp NiO được sin xuất bằng nm. NiO den li nguyên iệu của muỗi niken, phát sinh từ việc xử lý các mi khoáng.

NO là chất xúc tic hydrogenation inh os Niken (II) oxit nông chdy véi hydro, carbon, hoge carbon monoxide wo: thành niken kim loi. Nó kết hợp với các oxit mai và ki ở nhiệt độ cao C 700 *C) để to hành nikenattương ứng [10] Niken (I) oxit phn ting vi crom (II) oxi trong một môi trường âm để tạo thành nike eromat 2€%,0;+4NiO+ 30, -» 4NICIO, 1. Tình hình nghiên cứu v tổng hợp và chất nhạy khi ciia nano NiO Tình hình nghiên cứu trên thế giới CCho đến nay, những nỗ lục to lớn của các nhà nghiên cứu đã và đang tập trung chế tạo nhiễu loại cấu trúc nano oxit im loại khác nhau để khẩm phá các đặc tính câm biến khi nỗi bật cña chủng nhưtính chọn lọc và độ bi đáp cao, thời gian ồi đáp và phục hồi nhanh, độ bền và độ lạp lạ tố [75, #4. Trên cơ sở nguyên tắc lâm việc của cảm biến oxit bán dẫn, bắt nguồn từ phân ứng giữa khi phân tích và ion oxi trên bề mặt cảm biển (38, liên quan chặt chẽ đến hình thái, độ xốp và cấu trúc vật liệu [35, 46].

Các nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu có độ xếp cao với hệ thống mao quản nhiều có tính chất nhạy khí độc đáo. Lì và cộng sự đã chứng mình ring hệ thống mao quân trung bình liên tục của vật liệu WO, cho khả năng pht hiện cao 5Š với độ hồi đáp và phục hồi nhanh [90 Kim và công sự chỉ ra rằng việc phát hiện fomandchit vượt tội của mang ba chiều Co,O, võ rỗng liên quan đến hệ thống phân cấp cầu trúc đó chính là hiệu ứng đồng vân của cấu trúc quả cầu rỗng (hollow spheres) và chính võ của quả cầu cũng có nhiễu lỗ rỗng hình thành mạng lưới không gian 3 chiều [48]. Alenezi và cộng sự báo cáo rằng các cấu trúc nano .ZnO phân cấp cho độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh với axeton so với các. cfu te nano Zn0 mit ci "Những nghiên tren ef raring cfu tc nano bản dẫn ovi kim loại cấu trúc ba chiều có những ưu điểm riêng biệt của cả khối xây dưng và thành phần ban đầu [21] với một độ thấp, độ xếp cao và không gian tiếp cân lớn [S3] được coi à một trong những ứng cử viên cảm biến khí đầy hứa hơn nhất [87] Trong số các oxit kim loại, si! niken (NiO), là chất bán dẫn loại p quan trong bởi năng lực vùng cắm rồng ~ 3.8 eV, ấn định hóa học và bn nhiệt ca [66].

cấu trie nano phân cắp của chúng cho thấy nhiều tiễm năng ứng dụng rong nhiều lũnh vực như siêu tụ điện 67], chất xúc te [92], pin điện [19] và cảm biển sinh hoe (64). Cho đến nay, một số ấu trúc nano NiO đã được tổng hợp như tắm nano [31], dây [#1], ống (55], quả cầu rỗng [34]. Một số nỗ ực nghiên cứu cũng ấp trung vào việc chế tạo các cấu rúc nano NIO phân cấp ba chiều độc đáo để tìm ra các ính chất sâm biển khí mới. Ví đụ như, Miao và công sự báo cáo rằng các cầu trú vỉ mô dang bông hoa của NỈO sắp sếp từ cc tắm nao siêu móng tạ thành một cầu trúc nhiề lớp, cho thấy sự phá hiện tất và chọn lọc vi ethanol [65].

Yu va cng su bo cáo rằng hiệu suất cảm biển khí tăng cường của cấu trúc mạng lưới nano NO được lắp ấp bởi các dây nano lã do kiến trúc ba chiều độc đáo tạo ra các kênh khuếch ăn mỡ [93]. San vã công sự cho thấy rằng các cfu tric ba chiéu NiO phân cấp với diện ích bề mặt lớn có tính chất cảm biển khí cao hơn so với các tắm nano (83), Tuy 48 ceö một số nghiên cứu thành công trong việc kiểm soát chế tạo cấu trúc nano NiO xép ba chigu cho cm bién khi, Tuy nhién d8 phéttrién mot phuong phip ting hop đơn giản để thiết kế các kiến trie NiO phan cip mai co 49 xép cao để khám phá đặc tính cảm biến khí độc đáo của nó à vô cùng quan trọng Mac di đã có những tiến bộ đáng kể tong việc ứng dung NiO nano tỉnh khiết trong xúc tác và cảm biển khí, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm, chẳng hạn như độ chọn lọc chưa cao và nhiệt độ làm việc cao [73]. Để cải thiện hiệu suất, phương pháp bổ sung các phụ gia đặc biệt tạo ra dang composite sẽ cãi thiện ding kỂ tính chất vật lý và hóa học của nó. Việc biển tính bề mặt của NiO bằng các chất xúc tác kim loại hoặc oxiteó th tạo ra ba lợi Ích: () tạo ra nhiều khuyết tật cẫu trúc hơn tong cảm biển kim loại oxi; (ï) đẩy nhanh phản ứng trên bÈ mặt oxit bằng hoạt tính xúc te; (ii) thay dBi cấu trúc năng lượng vùng cắm của exit NiO bing cách thiết kế các hệ thống dị hợp [37] Kim và công sự báo cáo rằng khả năng phát hiện siêu chọn lọc và nhay cảm tới ylene và toluene đạt được bằng cách sử dụng các cấu trúc nano da ef NiO pha tap C [49].

Wang và cộng sự đã chứng mình rằng pha tạp NiO cấu trúc hình cây thông bằng ZnO có khả năng phát hi ổn định và chọn lọc tuyệt vời đối với khí NH; so với các loại khí hữu cơ khác [42] Cảm. biến khí dua trên cấu trúc mizo, nano dạng lõi vỏ, hình cầu NỈO biển tí bằng Cr cổ độ chọn lọc tuyệt vời đối với khí xylene, có độ hồi đáp cao hơn cảm biến NiO nguyên chất [79]. LẤy cảm hứng từ các kết quả nảy, chúng tôi nhận ra rằng biển tính các cấu trúc nano NiO bằng kim loại quý là một cách tiếp cận diy hứa hẹn để thiết kế các vật liệu xú tác và cảm biển khí hiệu năng cao Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam. Tại Việt Nam, giáo su N.