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

ĐẠI HỌC HUẾ: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYÊN THỊ NGỌC ÁNH NGHIÊN CUU TONG HOP, BIEN TINH NANO NiO VA KHAO SAT KHA NANG UNG DUNG CHUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYEN DUC CƯỜNG ‘Thira Thién Hué, năm 2018 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoạn đây lã công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số iệu và kết quả nghiên cứu ghỉ tong luận văn là rung thực, được các đồng tác giả cho phép, ử đụng và chưa từng được công bỗ rong bắt kỷ một công trình nào khác. Ho tén tieid Nguyễn Thị Ngọc Ánh LOI CAM ON Những lời đu tiên rong luận văn nề 18 được ly _Xin chân thành cảm ơn các thầy có khoa Hóa học, bộ món _ Hồa Võ cơ, trường Bai Hoe Sie Pham đã tạo điều kiện thuận lợi để tối _ hoàn thành tắt lện văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy có tong bộ món Hóalý “hgf, và lóa lý. Bổ món phản th, phòng tái nghiêm Hóa lọc Ủng “Ảng trưởng Dei Hạc Khoa Học đã sận thả gip Á2, sạo đâu lệ Xin chin think cảm ơn NCS. Pham Long Quang đã tận tình: chi béo va gitip đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm. "Chất dùng xin được gửi ở “cảm ơn gia đành và hạn Ì tái đãi _ động viên và gip đỡ cả vật chất lẫn tinh thin rong thi gian thực hiện. _ Huế, tháng l0 năm 2018 "Học viên MỤC LỤC + Trang phy bia + Loi cam doan - Lời cám on MỤC LỤC. - : DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIỆT TÁC. DANH MỤC CÁC BẢNG. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ THỊ MO DAU, 1. Ly do chon dé i. Mục dịch nghiên cứu 3. Đồi tượng và phạm vỉ nghiên cứa. 4, Phuong phip nghiên cứu. 5-`Ý nghĩa Khoa học và thực iễn cũa đề ải 6. Cầu trúc luận văn CHUONG 1, TONG QUAN, _ 1. Tổng quan về khoa học nano vã công nghệ nano 12. Tổng quan về Niken (1) Oxi. Tình hình nghiên cứu về tổng hợp và chất nhạy khí của NiO, " 'CHƯƠNG 2. NỘI DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nội dụng nghiên cứu, 16 3. Phương phấp nghiên cứu, "6 -32. Phương pháp chụp hiển vi điện tử quớt, 2. Phương pháp nhiễu xa Ronghen. Phương pháp hiến ví điện ử tryễn qua, Hiễn vỉ đin tử tuyễn qua 46 phn gid cao, và nhu xạ clectron khu vực được chọn. Phé hing ngoai 2. Phuong phip ding nhigt hép phuiai hắp phụ N; 2. Phuong php phan tich ni 2.7, Phi tim sic ng hang ta X. Hoa chit, dung cu va tht bi. Ting hop nano NiO 24. Bién tinh nano NiO bing hat nano Ag. Kho sit tinh chde ny Khi cia nano NiO vr Ag/Ni 'CHƯƠNG 3. KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả đặc trưng của Ni(OH) tiền chất và NiO cấu trúc nano quả cầu rồng. Tinh chit nhay khí của nano NiO. Bin tinh nano NiO bing hat nano Ag. 4i KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ dd Bài báo liên quan đến uỗn án 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO. „46 ĐANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIỆT TÁC Hấp phụ BET "Phương pháp đo đẳng nhiệt bắp phu§giải hấp phu N: (Brunauer ~ Emmett ~ Teller) DTA Phân ích nhiệt vi phn (Differential Thermal Analysis) EDX Phé tán sắc năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscop) FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transfer ~ Infrared Spectroscopy) ht Lỗ trắng HR-TEM Hiển vi điện từ truyền qua độ phân giải cao (High-resolution ‘Transmission Electron Microscopy) Điện trở của các cảm biển đo được trong không khí Điện trở của các cảm biển đo được trong khi phân tích SAED Nhiễu xạ elecưon khu vực được chon (Selected area electron difiaction) SEM Phương pháp chụp hiển vi điện từ quét (Scanning Electron Microscopy) TEM Phuong phip hién vi dign ti truyén qua (Transmission Electron Microscopy) "hân ích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetsic Analysis) Thời gian phục hồi Thời gian đấp ứng XRD Phương pháp nhiều xạ Rơnghen (X-ray difiaeion) DANH MUC CAC BANG L. Ci thông số lý hóa của niken (I) oxi. Một số bóa chất sử dụng trung luận văn 25 Bing 3. So sin d6 dip img khi H,S 6 nhigtd6 ti uu cia im biển NIO và các cảm biến đã được công bổ 3 DANH MYC CAC HINH VE, ĐÔ THỊ Tỉnh thể Nike () oxit 10 S0 đồ a tới và úa phản xa trên b mặt tỉnh thể "7 Sơ đồ nguyên ý hoại động kính hiển vi điện tử truyền qua 19 Hinh 2. Đồ thị biểu diễn sự biến thign eda P/[(P, ~ P)] theo P/Ps. 2 24, So 43 quy trình tổng hợp nano NiO tong ure. 26 Hin 2, Sod quy tinh bién tinh nano NiO bing hat nano Ag. (3) Thiết kế một cảm biển khi bằng phương pháp nhỏ - phủ tiền chất lên điện cực răng lượ, b) hình ảnh buồng đo khí và(€) sơ đổ hệ thing do 28 “Hình 3. Ảnh SEM (a, b, c), ảnh TEM (d, e), ảnh HR-TEM (0), SAED (g) và hình. cảnh dạng bột (h) của Ni(OH)› 29 “Hình 3. Ảnh SEM (a, b, c), anh TEM (d.e), HR-TEM (f), SAED (g) và hình ảnh. cđạng bột của NiO sau qua trinh nung trong không khi. Giản đồ XRD eita Ni(OH)>(2) va NiO (b) 32 “Hình 3.4 Phi FT-IR cia Ni(OH),(a) va NiO (b) 33 “Hình 3.5 Giản đồ TG-DTG của Ni(OH); (2) và NiO (b) M “Hình 36 Sự thay dỗi điện trở của cảm biến NiO theo ning d& H:S 6 ede nhigt db khác nhau 36 “Hình 3. (a) So sánh độ đáp ứng của cảm biến với các khí khác nhau và (b) thời gian đáp ứng và phục hồi 40 Hinh 3. Anh SEM (a,b), ảnh TEM (c) và phổ tán xạ năng lượng tia X (đ) của. Ag/Ni(OH), 2 Hình 3. Độ hồi đáp khí H› tủa cảm biển Ag/NiO 6 200°C 4 MO DAU. Lý do chon dé tài Oxit kim logi bn dẫn cấu trúc nano đang được nhiễu nhà khoa học quan tâm nghiên cứu cho nhiề lĩnh vục ứng đụng quan trọng như xúc tc, hắp phụ, cảm biến, pin mặt ri, y được, sinh họ, bởi vì những tính chất hóa lý độc đáo của nó đều liên ‘quan đến hiệu ng kích thước, hiệu ứng bình hộc và thành phần [27, 52]. Cho tới nay, hầu như các oxit kim loại đều bản dẫn loại n như Fe,O,, SnO,, ZnO, TÍO,, 12,0. va bin din Topi p gồm Co,O,, CuO, NỈO với nhiều đạng cấu trúc nano khác nhau đã và đang được nghiên cứu đ khai phá những tính chất ưu việt của nô so với dạng cấu trúc khối truyền thẳng [38]. Tuy nhiên, các oxit kim loại bản dẫn loại p vẫn côn nhận được tsự hủ ý hơn so với các oxitkảm loại bán đẫn loại n [32] Trong số các oxit kim loại bin din lai p, NiO là một trong những oxit kim có năng lượng vũng cắm rộng (Eg = 3,6-4,0 V), độ bền cao, lượng oxi ắp thụ trên bề mặt thường rắt cao nên được nghiền cứu cho nhiều lnh vực như xúc tác, điện ‘ove, vt ligu từ, cảm biển khí. NiO được sử dụng làm chắt xú tá thúc đấy cho các phản ứng oxi hóa chọn lọc các chất hữu cơ dễ bay hơi, cũng như vật liệu cảm biển khí iềm năng với nhiệt độ làm việc thấp [89]. Cho tới nay, NIO cfu trúc nano được tổng hợp từ nhiều phương pháp khác nhau như sol-gel, phân hủy nhềt, thủy nhiệ, nhiệt dung mỗi. Trong số đó, phương pháp thủy nhiệt được xem là phương pháp đơn giản, rẻ tên và hân thiện môi trường, dễ mở rộng để kiểm soát tổng hợp nhiều dạng cấu trúc nano NIO khác nhau bằng cách thay đổi các điều kiện tổng hợp. Bên cạnh đó, phương pháp thủy nhiệt cũng dễ dàng áp dụng để biển tính bề mặt cấu trúc nano NÍO với các thành phần khác như kim loại quý, oxi kim loi.(6] Mae đù đã có nhiễu kết quả về tổng hợp và khám phá các tính chất hóa lý độc đáo trên cơ ở NO cÍu trúc nano, Tuy hiền, phát ển các phương phíp đơn giản, giá thình thấp, thân thiện mỗi trường để kiểm soát tổng hợp cấu trúc nano 'NÍO vẫn được sự chủ ý từ nhiễu nhà nghiền cứu. Sự hình thành các cấu trúc cô nhiều góc, cạnh, khuyết tật bŠ mặt, mang tới nhiều tính chất ý thủ của vật liệu nano, Han na, bién tinh nano NiO bing Ág và khảo sắt ứng dụng của nỗ trong cảm biến khí vẫn chưa được nghiên cứu nhiều XXuất phát từ những vẫn đỀ trên, chúng tôi chọn đề tải của luận văn là “Nghiên cứu tang hợp và biễn tink NiO clu tric nano và khảo sắt khả năng ứng. Để tải này sẽ nghiên cứu tổng hợp NiO cfu tric nano bằng phương pháp thủy nhiệt đơn gián, không sử dụng chất hoạt động b mặt, sau dé bién tính nano NiO bằng Ag, ding thoi khảo sắt khả năng ứng dụng của vật liệu trong cảm biến khí 2. Myc dic! hin cia ~ Tổng hợp nano NiO bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản - Biển tính nano NiO bing hat nano Ag. + Kho sit khi năng ứng dụng trên cơ sở nano NiO va Ag/NiO trong cảm biến khí 3, Đắi tượng và phạm vỉ nghiên cứu ~ Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano oxit kim logi, cu thé à vật lều nano niken (I) oxt (NiO). ~ Phạm vi nghiên cứu: + Phuong phap hóa ướt, điều kiện tổng hợp tương đối đơn giản Sử dụng các hóa chất đơn giản như muối NiỆNO,)›, AgNOs, uré vi chất khử NaBHL, không sử dụng các dung môi hữu cơ độc hãi 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng một số phương pháp đặc trưng hóa lý đ xác định hình thái, kích thước và cầu trúc vậtliệu ~ Phương pháp xử lý số iệu sử dụng phần mềm Excel 2001, OriginPro 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học; cụng cấp thô in vé cde miu nano NiO tổng hợp và biển tính. ~ Ý nghĩa thực tiễn: ĐỀ ti này mỡ ra một hướng mới cho việ sử dụng nano NiO và Ag/NÍO trong cảm biển khí 6. Chu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm các phần ~Mỡ đầu ~ Chương I. Tổng quan ~ Chương2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ~ Chương 3. Kết quả và thảo luận ~ Kết luận và kiến nghị '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).