Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công nghệ nano và khoa học vật liệu nano đóng vai trò trọng yếu trong sự phát triển khoa học - kỹ thuật thế kỷ 21. Trong các hệ vật liệu chức năng, oxide cấu trúc perovskite dạng $ABO_3$ (với $A$ là kim loại đất hiếm và $B$ là kim loại chuyển tiếp) thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu nhờ các tính chất điện, từ và quang học đặc thù, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực quang xúc tác xử lý môi trường, pin mặt trời và pin nhiên liệu oxide rắn (SOFC).

Trong phân nhóm ferrite đất hiếm ($R\text{FeO}_3$), các vật liệu như $\text{LaFeO}_3$ hay $\text{YbFeO}_3$ đã được tổng hợp và công bố rộng rãi về cấu trúc cũng như từ tính. Ngược lại, hệ vật liệu nano trên cơ sở $\text{Ce-Fe-O}$ (hướng tới cerium orthoferrite $\text{CeFeO}_3$) còn gặp nhiều hạn chế trong tổng hợp. Nguyên nhân chính là do cation $\text{Ce}^{3+}$ rất dễ bị oxy hóa thành $\text{Ce}^{4+}$ trong điều kiện tổng hợp thông thường, tạo thành pha $\text{CeO}_2$ có độ bền nhiệt động học cao, gây khó khăn cho việc tạo đơn pha perovskite.

Mặt khác, các phương pháp truyền thống như phản ứng pha rắn đòi hỏi nhiệt độ thiêu kết rất cao ($T > 1200^\circ\text{C}$), dễ làm tăng kích thước hạt và mất tính đồng nhất. Để khắc phục, phương pháp đồng kết tủa kết hợp giai đoạn thủy phân trong dung môi ethanol sôi được lựa chọn nhằm đơn giản hóa quy trình, giảm chi phí thiết bị và bảo vệ môi trường. Dung môi ethanol có hằng số điện môi và moment lưỡng cực thấp hơn nước, giúp các hạt kết tủa hình thành dễ tách rời, giảm thiểu sự kết tụ hạt nano.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể:

  1. Tổng hợp thành công hệ vật liệu nano trên cơ sở $\text{Ce-Fe-O}$ bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi ethanol với tác nhân kết tủa là dung dịch ammonia ($\text{NH}_3$).
  2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung ($750^\circ\text{C}$ và $850^\circ\text{C}$) đến sự hình thành pha tinh thể, thông số mạng, vi cấu trúc, hình thái học, tính chất từ và tính chất quang của sản phẩm.

Đối tượng nghiên cứu là bột vật liệu nano trên cơ sở $\text{Ce-Fe-O}$ thu được từ phản ứng đồng kết tủa. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát đặc trưng cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X, dao động liên kết bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, hình thái hạt bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, từ tính bằng từ kế mẫu rung và phổ hấp thụ quang học UV-Vis trong khoảng bước sóng từ vùng tử ngoại đến khả kiến.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết

  • Cấu trúc tinh thể Perovskite $ABO_3$: Cấu trúc lý tưởng thuộc hệ lập phương, trong đó cation $A$ (bán kính lớn) chiếm các vị trí đỉnh mạng lập phương phối trí 12 với ion $\text{O}^{2-}$, cation $B$ (kim loại chuyển tiếp) nằm ở tâm khối phối trí bát diện 6 với ion $\text{O}^{2-}$, và các ion $\text{O}^{2-}$ nằm tại tâm của 6 mặt. Trong tinh thể $\text{CeFeO}_3$, cấu trúc thường bị biến dạng thành trực thoi (rhombohedral/orthorhombic) do sự lệch pha của các bát diện $\text{FeO}_6$.
  • Đặc tính của oxide cerium và iron: $\text{CeO}_2$ kết tinh theo mạng lập phương tâm diện (fluorite-type) với khả năng lưu trữ và giải phóng oxy nhờ cân bằng chuyển hóa $\text{Ce}^{3+} \leftrightarrow \text{Ce}^{4+}$. $\text{Fe}_2\text{O}_3$ kết tinh dạng hematite ($\alpha\text{-Fe}_2\text{O}_3$), là chất bán dẫn có vùng cấm hẹp, có hoạt tính quang xúc tác và đặc tính từ.

Phương pháp tổng hợp

Khóa luận sử dụng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường dung môi hữu cơ. Tiền chất gồm muối $\text{Fe(NO}_3)_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$ ($\ge 98%$) và $\text{Ce(NO}_3)_3\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ ($\ge 99%$) được hòa tan trong nước cất với tỷ lệ mol $1:1$ (tổng số mol $0{,}01\text{ mol}$). Dung dịch muối được nhỏ giọt vào $600\text{ mL}$ ethanol đun nóng ($t > 76^\circ\text{C}$), sau đó kết tủa bằng dung dịch $\text{NH}_3\ 25%$ đến $\text{pH } 8 - 9$. Sản phẩm kết tủa được lọc rửa nhiều lần bằng ethanol, sấy khô và nung ở $750^\circ\text{C}$ và $850^\circ\text{C}$ trong 1 giờ.

Các phương pháp phân tích đặc trưng

  • Nhiễu xạ tia X bột (PXRD): Sử dụng bức xạ $\text{Cu-K}\alpha$ ($\lambda = 0{,}15406\text{ nm}$) để xác định thành phần pha, độ kết tinh. Kích thước tinh thể biểu kiến ($D$) được tính theo công thức Debye-Scherrer: $$D = \frac{0{,}89\lambda}{\beta \cos\theta}$$ trong đó $\beta$ là độ rộng bán phổ cực đại (FWHM) và $\theta$ là góc nhiễu xạ Bragg.
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Ghi nhận các dao động mạng kim loại - oxy trong vùng số sóng $400 - 4000\text{ cm}^{-1}$.
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Quan sát hình thái học, độ phân tán và phân bố kích thước hạt thực tế.
  • Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM): Khảo sát đường cong từ trễ $M-H$ ở nhiệt độ phòng để xác định lực kháng từ ($H_c$), độ từ dư ($M_r$) và từ độ bão hòa ($M_s$).
  • Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Xác định bờ hấp thụ quang học và tính toán năng lượng vùng cấm ($E_g$) thông qua phương pháp ngoại suy đồ thị Tauc: $$(\alpha h\nu)^2 = A(h\nu - E_g)$$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ nano và vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O

Chương này tổng thuật lịch sử phát triển của công nghệ nano, phân loại vật liệu nano (0D, 1D, 2D, 3D) và đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể perovskite $ABO_3$. Tác giả so sánh chi tiết ba phương pháp tổng hợp vật liệu oxide phức hợp:

  • Phương pháp phản ứng pha rắn: Quy trình đơn giản nhưng cần nhiệt độ cao ($> 1200^\circ\text{C}$), kích thước hạt lớn và độ đồng nhất thấp.
  • Phương pháp sol-gel: Tạo độ đồng nhất ở cấp độ nguyên tử, kiểm soát được hình thái nhưng quy trình phức tạp, giá thành tiền chất alkoxide cao.
  • Phương pháp đồng kết tủa: Nhiệt độ xử lý nhiệt thấp, sản phẩm đồng nhất, dễ thực hiện và kiểm soát thông số công nghệ.

Chương 1 cũng phân tích tình hình nghiên cứu vật liệu trên cơ sở $\text{Ce-Fe-O}$, nhấn mạnh khó khăn trong việc tổng hợp đơn pha $\text{CeFeO}_3$ do xu hướng oxy hóa mạnh của $\text{Ce}^{3+}$ thành $\text{CeO}_2$, đồng thời tổng thuật tiềm năng ứng dụng của hệ vật liệu này trong xúc tác xử lý khí thải và quang phân hủy chất hữu cơ.

Chương 2: Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano trên cơ sở Ce-Fe-O

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất, thiết bị và quy trình thực nghiệm gồm 7 bước:

  1. Cân chính xác lượng muối $\text{Fe(NO}_3)_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$ và $\text{Ce(NO}_3)_3\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ để điều chế $0{,}01\text{ mol}$ mẫu, hòa tan trong $50\text{ mL}$ nước cất.
  2. Khuấy từ trong 15 phút đến khi tan hoàn toàn ($\text{pH} \approx 1$), chuyển vào burette $25\text{ mL}$.
  3. Gia nhiệt $600\text{ mL}$ ethanol đến nhiệt độ sôi ($> 76^\circ\text{C}$), nhỏ từ từ $50\text{ mL}$ dung dịch muối vào cốc ethanol, liên tục bổ sung ethanol nóng để duy trì thể tích $550 - 600\text{ mL}$.
  4. Duy trì khuấy và gia nhiệt trong $30 - 35\text{ phút}$, sau đó để nguội về nhiệt độ phòng.
  5. Nhỏ từ từ dung dịch $\text{NH}_3\ 25%$ vào hệ dưới lực khuấy từ đến khi đạt $\text{pH } 8 - 9$.
  6. Tiếp tục khuấy hỗn hợp trong 60 phút, để lắng kết tủa trong 15 phút.
  7. Lọc hút chân không qua phễu Büchner, rửa sạch nhiều lần bằng ethanol, phơi khô tự nhiên, nghiền mịn và nung ở $750^\circ\text{C}$ và $850^\circ\text{C}$ trong 1 giờ.

Phần sau của chương mô tả nguyên lý vận hành, thông số kỹ thuật và công thức toán học áp dụng cho 5 phương pháp phân tích: PXRD, FTIR, TEM, VSM và UV-Vis.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

1. Cấu trúc pha tinh thể (PXRD)

Giản đồ PXRD của mẫu nung ở $750^\circ\text{C}$ và $850^\circ\text{C}$ cho các đỉnh nhiễu xạ sắc nét, khẳng định vật liệu có độ kết tinh cao. Đối chiếu với ngân hàng phổ chuẩn cho thấy mẫu không tạo đơn pha perovskite $\text{CeFeO}_3$ mà tồn tại đồng thời hai pha tinh thể riêng biệt: pha $\text{CeO}_2$ (cấu trúc lập phương, thẻ chuẩn JCPDS 01-089-0597) và pha $\text{Fe}_2\text{O}_3$ (cấu trúc rhombohedral, thẻ chuẩn JCPDS 00-034-0394).

Pha tinh thể Nhiệt độ nung ($^\circ\text{C}$) Kích thước tinh thể $D$ (nm) Thể tích ô mạng $V$ ($\text{Å}^3$)
$\text{CeO}_2$ 750 26,71 315,12
$\text{CeO}_2$ 850 45,78 315,86
$\text{Fe}_2\text{O}_3$ 750 40,50 184,21
$\text{Fe}_2\text{O}_3$ 850 46,28 184,75

Khi tăng nhiệt độ nung từ $750^\circ\text{C}$ lên $850^\circ\text{C}$, kích thước tinh thể của cả hai pha đều tăng lên do quá trình phát triển mầm tinh thể và thiêu kết nhiệt. Thể tích ô mạng trung bình của $\text{CeO}_2$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$ lần lượt đạt khoảng $315\text{ \AA}^3$ và $184\text{ \AA}^3$.

2. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

Phổ FTIR ghi nhận các tín hiệu dao động đặc trưng của liên kết kim loại - oxy ở vùng số sóng thấp dưới $500\text{ cm}^{-1}$, bao gồm các dao động co giãn và biến dạng của $\text{Fe-O}$, $\text{Fe-O-Fe}$ và $\text{Ce-O}$. Ngoài ra, phổ còn xuất hiện các dải hấp thụ ở vùng $3400\text{ cm}^{-1}$ và $1630\text{ cm}^{-1}$ tương ứng với dao động của phân tử nước ($\text{H}_2\text{O}$) liên kết phối trí bề mặt, cùng dải dao động của nhóm carbonate ($\text{CO}_3^{2-}$) ở vùng $1380 - 1500\text{ cm}^{-1}$ do oxide đất hiếm hấp phụ $\text{CO}_2$ từ không khí.

3. Hình thái học và vi cấu trúc (TEM)

Ảnh chụp TEM của mẫu nung ở $750^\circ\text{C}$ cho thấy các hạt nano có dạng hình cầu, bề mặt tương đối đồng đều, kích thước phân bố trong khoảng $7 - 12\text{ nm}$ và có hiện tượng kết tụ từng cụm. Kích thước quan sát trên TEM nhỏ hơn đáng kể so với giá trị tính từ công thức Debye-Scherrer trên giản đồ XRD ($26 - 46\text{ nm}$). Sự sai lệch này được tác giả giải thích là do phép đo XRD tính toán kích thước trung bình của các miền tán xạ kết tinh nhất quán trong hệ đa pha, trong khi TEM đo đạc trực tiếp từng hạt vật lý riêng lẻ.

4. Tính chất từ (VSM)

Khảo sát đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của mẫu nung ở $850^\circ\text{C}$ cho thấy đường cong từ hóa có dạng hẹp. Các giá trị thông số từ tính ghi nhận được:

  • Lực kháng từ: $H_c = 250{,}025\text{ Oe}$
  • Độ từ dư: $M_r = 0{,}00947\text{ emu/g}$
  • Độ từ hóa bão hòa: $M_s \approx 0{,}19\text{ emu/g}$

Với lực kháng từ $H_c > 100\text{ Oe}$, vật liệu thể hiện đặc trưng của vật liệu từ cứng. Giá trị $H_c$ này cao hơn đáng kể so với các hệ vật liệu $\text{Ce-Fe-O}$ tổng hợp bằng phương pháp hỗ trợ vi sóng ($H_c = 57{,}83 - 61{,}91\text{ Oe}$), cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các bộ phận dẫn từ hoặc vật liệu ghi từ.

5. Tính chất quang học (UV-Vis)

Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy mẫu vật liệu nano $\text{Ce-Fe-O}$ nung ở cả hai nhiệt độ đều có độ hấp thụ quang mạnh trên cả vùng tử ngoại ($200 - 400\text{ nm}$) và vùng ánh sáng khả kiến ($400 - 800\text{ nm}$). Giá trị năng lượng vùng cấm ($E_g$) xác định từ phép ngoại suy Tauc có xu hướng thu hẹp khi nhiệt độ nung tăng:

  • Mẫu nung ở $750^\circ\text{C}$: $E_g = 1{,}962\text{ eV}$
  • Mẫu nung ở $850^\circ\text{C}$: $E_g = 1{,}893\text{ eV}$

Giá trị vùng cấm nhỏ ($E_g < 2\text{ eV}$) tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển mức điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn dưới kích thích của ánh sáng mặt trời, chứng minh tiềm năng ứng dụng làm chất quang xúc tác trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết quả đạt được về quy trình tổng hợp, thông số cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, thông số từ tính và độ rộng vùng cấm; đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính của khóa luận

Thông số đặc trưng Phương pháp phân tích Mẫu $750^\circ\text{C}$ Mẫu $850^\circ\text{C}$
Thành phần pha PXRD Hai pha $\text{CeO}_2 + \text{Fe}_2\text{O}_3$ Hai pha $\text{CeO}_2 + \text{Fe}_2\text{O}_3$
Kích thước tinh thể $\text{CeO}_2$ Debye-Scherrer (XRD) $26{,}71\text{ nm}$ $45{,}78\text{ nm}$
Kích thước tinh thể $\text{Fe}_2\text{O}_3$ Debye-Scherrer (XRD) $40{,}50\text{ nm}$ $46{,}28\text{ nm}$
Kích thước hạt thực tế Kính hiển vi TEM $7 - 12\text{ nm}$ Không khảo sát
Lực kháng từ ($H_c$) VSM Không khảo sát $250{,}025\text{ Oe}$
Độ từ dư ($M_r$) VSM Không khảo sát $0{,}00947\text{ emu/g}$
Năng lượng vùng cấm ($E_g$) Ngoại suy Tauc (UV-Vis) $1{,}962\text{ eV}$ $1{,}893\text{ eV}$

Đóng góp thực tiễn và học thuật

  • Thiết lập quy trình thực nghiệm đồng kết tủa sử dụng dung môi ethanol nóng với tác nhân kết tủa $\text{NH}_3$, cung cấp một phương án tổng hợp không yêu cầu thiết bị phức tạp và hạn chế ô nhiễm môi trường.
  • Xác định rõ tính chất tạo pha trong hệ $\text{Ce-Fe-O}$: trong điều kiện đồng kết tủa thông thường, hệ có xu hướng phân tách thành hai pha oxide riêng lẻ ($\text{CeO}_2$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$) thay vì tạo pha perovskite $\text{CeFeO}_3$, làm rõ cơ sở thực nghiệm cho các nghiên cứu chuyển tiếp hóa trị của cerium.
  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về tính chất từ cứng ($H_c = 250{,}025\text{ Oe}$) và tính chất quang bán dẫn có vùng cấm hẹp ($E_g < 2\text{ eV}$) của hệ nanocomposite $\text{CeO}_2\text{-Fe}_2\text{O}_3$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

Hạn chế của đề tài

  • Chưa tổng hợp được đơn pha perovskite $\text{CeFeO}_3$ tinh khiết do muối tiền chất $\text{Ce(NO}_3)_3$ dễ bị ẩm và tính chất oxy hóa tự nhiên của cation $\text{Ce}^{3+}$ tạo pha $\text{CeO}_2$ bền nhiệt động.
  • Phép đo từ tính VSM và kính hiển vi TEM mới chỉ được khảo sát cục bộ ở một mức nhiệt độ nung ($850^\circ\text{C}$ cho VSM và $750^\circ\text{C}$ cho TEM), chưa có sự so sánh đầy đủ giữa các điều kiện xử lý nhiệt khác nhau.
  • Chưa tiến hành thử nghiệm quang xúc tác thực tế để đánh giá hiệu suất phân hủy phẩm màu hoặc chất ô nhiễm hữu cơ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Khảo sát các điều kiện đồng kết tủa khác: thay đổi tác nhân kết tủa bằng các base vô cơ/hữu cơ khác, thay đổi hệ dung môi (dung môi phân cực khác hoặc nước) để tối ưu hóa khả năng tạo pha.
  • Nghiên cứu pha tạp các cation kim loại chuyển tiếp khác (như $\text{Co}^{2+}$, $\text{Ni}^{2+}$) vào mạng lưới $\text{Ce-Fe-O}$ nhằm cải thiện tính chất từ và hoạt tính quang học.
  • Đánh giá khả năng quang xúc tác thực tế của vật liệu thông qua các phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ dưới ánh sáng khả kiến.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các ngành:

  • Hóa học vô cơ và Hóa lý: Tham khảo quy trình điều chế vật liệu oxide kim loại bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi hữu cơ phân cực thấp.
  • Khoa học vật liệu và Công nghệ nano: Tham khảo phương pháp luận kết hợp 5 kỹ thuật phân tích hiện đại (PXRD, FTIR, TEM, VSM, UV-Vis) để giải đoán cấu trúc pha, hình thái hạt và tính chất quang - từ của vật liệu kích thước nanomet.
  • Kỹ thuật môi trường: Tham khảo dữ liệu về năng lượng vùng cấm hẹp ($E_g < 2\text{ eV}$) để định hướng phát triển vật liệu xúc tác quang hoạt động dưới bức xạ ánh sáng mặt trời.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả sử dụng dung môi ethanol thay thế cho nước trong phản ứng đồng kết tủa?

Dung môi ethanol có moment lưỡng cực và hằng số điện môi thấp hơn nước. Khi thực hiện phản ứng kết tủa trong môi trường ethanol sôi ($> 76^\circ\text{C}$), lực tương tác giữa các hạt kết tủa giảm, giúp các mầm tinh thể hình thành dễ tách rời khỏi nhau và tách khỏi pha lỏng, từ đó hạn chế hiện tượng kết tụ hạt nano và nâng cao độ phân tán của sản phẩm.

2. Kết quả phân tích PXRD cho thấy sản phẩm thu được gồm những pha tinh thể nào?

Mẫu vật liệu sau khi nung ở $750^\circ\text{C}$ và $850^\circ\text{C}$ không tạo thành đơn pha perovskite $\text{CeFeO}_3$ mà tồn tại đồng thời hai pha oxide riêng biệt: pha $\text{CeO}_2$ cấu trúc lập phương (thẻ JCPDS 01-089-0597) và pha $\text{Fe}_2\text{O}_3$ cấu trúc rhombohedral (thẻ JCPDS 00-034-0394). Nguyên nhân là do $\text{Ce}^{3+}$ dễ bị oxy hóa thành $\text{Ce}^{4+}$ tạo thành $\text{CeO}_2$ rất bền, cùng với lượng muối tiền chất có thể bị ẩm dẫn đến dư thừa pha $\text{Fe}_2\text{O}_3$.

3. Kích thước hạt xác định bằng kính hiển vi TEM khác biệt như thế nào so với kích thước tính từ giản đồ XRD?

Ảnh TEM của mẫu nung ở $750^\circ\text{C}$ cho thấy các hạt có dạng hình cầu với kích thước phân bố trong khoảng $7 - 12\text{ nm}$. Trong khi đó, kích thước tinh thể tính theo công thức Debye-Scherrer từ giản đồ XRD dao động từ $26{,}71\text{ nm}$ đến $45{,}78\text{ nm}$ ($\text{CeO}_2$) và $40{,}50\text{ nm}$ đến $46{,}28\text{ nm}$ ($\text{Fe}_2\text{O}_3$). Sự chênh lệch này là do XRD tính kích thước trung bình của các miền kết tinh nhất quán trong hệ hỗn hợp hai pha, trong khi TEM phản ánh kích thước hình thái thực tế của từng hạt riêng biệt.

4. Vật liệu nano Ce-Fe-O nung ở 850°C thể hiện tính chất từ gì?

Dựa trên phép đo từ kế mẫu rung (VSM) ở nhiệt độ phòng, vật liệu có lực kháng từ $H_c = 250{,}025\text{ Oe}$, độ từ dư $M_r = 0{,}00947\text{ emu/g}$ và độ từ hóa bão hòa $M_s \approx 0{,}19\text{ emu/g}$. Với giá trị $H_c > 100\text{ Oe}$, vật liệu được phân loại là vật liệu từ cứng, có tiềm năng ứng dụng trong chế tạo lõi dẫn từ hoặc nam châm vĩnh cửu.

5. Giá trị năng lượng vùng cấm ($E_g$) của vật liệu có ý nghĩa gì đối với ứng dụng quang xúc tác?

Năng lượng vùng cấm của vật liệu đạt $1{,}962\text{ eV}$ (ở $750^\circ\text{C}$) và $1{,}893\text{ eV}$ (ở $850^\circ\text{C}$). Do giá trị này nhỏ hơn $2\text{ eV}$, electron có thể dễ dàng chuyển mức từ vùng hóa trị lên vùng dẫn dưới kích thích của bức xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy ($400 - 800\text{ nm}$), mở ra khả năng ứng dụng hiệu quả làm vật liệu quang xúc tác xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Minh Thư đã tổng hợp thành công hệ vật liệu nano trên cơ sở $\text{Ce-Fe-O}$ bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi ethanol với tác nhân ammonia. Kết quả phân tích cấu trúc xác định sản phẩm tồn tại ở dạng hỗn hợp hai pha tinh thể $\text{CeO}_2$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$ với kích thước hạt hình cầu nano từ $7 - 12\text{ nm}$. Đồng thời, nghiên cứu đã làm sáng tỏ tính chất từ cứng ($H_c = 250{,}025\text{ Oe}$) và năng lượng vùng cấm hẹp ($E_g = 1{,}893 - 1{,}962\text{ eV}$), khẳng định tiềm năng ứng dụng của hệ vật liệu trong lĩnh vực từ tính và quang xúc tác ánh sáng khả kiến.