65
TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 50, 2009
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO OXIT SẮT
B
ẰNG PHƯƠNG PHÁP THUỶ NHIỆT
Đinh Quang Khiếu, Phạm Thị Kim Oanh,Trần Quốc Việt, Trần Thái Hoà
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
Nguyễn Đức Cường, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế
Phan Tứ Quí, Đại học Tây Nguyên
TÓM TẮT
Bột nano oxit sắt với hình thái khác nhau đã được nghiên cứu tổng hợp dung chất chất
hoạt động bề mặt trong điều kiện thuỷ nhiệt ở trong khoảng từ 70 - 150
o
C. Cấu trúc của oxit sắt
được nghiên cứu bằng các phương pháp hoá lý bao gồm: hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ
tia X (XRD), phân tích nhiệt (TG-DSC) và khử hydro theo chương trình theo nhiệt độ và kết quả
cho thấy bột oxit sắt thu được có kích thước nano và chủ yếu tồn tại ở dạng Fe
2
O
3
. Hình thái
của oxit sắt thay đổi từ dạng ống thành dạng cầu khi nhiệt độ kết tinh thuỷ nhiệt tăng từ 70 đến
150
o
C.
I. Mở đầu
V

ho
ạt động bề mặt cethyl tetramethyl amonium bromide (CTAB) bằng phương pháp thuỷ
nhi
ệt và nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh thuỷ nhiệt đến hình thái vật liệu. 66
II. Thực nghiệm
Các lo
ại hoá chất bao gồm CTAB (Aldrich), Fe(NO
3
)
3
.9H
2
O và Ure (Quangzu,
Trung Qu
ốc) được sử dụng trong nghiên cứu này. Quy trình tổng hợp nano oxit sắt theo
tài li
ệu [6]. Quá trình điều chế như sau: Hỗn hợp các chất theo tỉ lệ CTAB:
Fe(NO
3
)
3
.9H
2
O : (NH
2
)
2

C; 150
0
C trong 24 giờ. Ký hiệu
các m
ẫu lần lượt là Fe
2
O
3
70; Fe
2
O
3
90; Fe
2
O
3
120; Fe
2
O
3
150.
Hình thái c
ủa sản phNm điều chế được quan sát bằng SEM (JSM-5300LV). Kích
th
ước hạt được tính bằng SEM (trên 200 hạt) và phương trình Sherrer [7]. Cấu trúc pha
c
ủa oxit được nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X trên máy D8 Advance, Brucker với tia
b
ức xạ CuKα. Trạng thái oxy hoá của oxit sắt được nghiên cứu bằng phương pháp khử
hydro theo ch

-
OH
đều đặn là nguyên
nhân
để sự kết tinh Fe
3+
thành Fe(OH)
n
hoặc FeOOH đều đặn, chúng phát triển xung
quanh nh
ững ống mixen được hình thành do sự tương tác của chất hoạt động bề mặt
CTAB v
ới H
2
O trong môi trường
-
OH
. Do sự giới hạn về không gian của các phân tử
ch
ất hoạt động bề mặt, sự hình thành, phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các
h
ạt nano rất đồng nhất. Nhiệt độ kết tinh thuỷ nhiệt thích hợp sẽ thu được hình thái của
v
ật liệu xác định. Quá trình nung mẫu ở 500
0
C không những làm loại bỏ chất hoạt động
b
ề mặt mà còn phân huỷ Fe(OH)n hoặc FeOOH thành oxit sắt.

Hình 2: Giản đồ XRD của oxit sắt

(110)
(113)
(104)
(012)
2
θ
(độ)

68

Hình 3: Giản đồ TPR-H
2
của nano oxit sắt
Kết quả phân tích TPR-H
2
cho hai peak, peak thứ nhất sẽ tương ứng với quá
trình kh
ử Fe
2
O
3
về Fe
3
O
4
ở 400
0
C và peak thứ hai tương ứng với quá trình khử Fe
3
O

(a) Fe
2
O
3
70, (b) Fe
2
O
3
90, (c) Fe
2
O
3
120, (d) Fe
2
O
3
150;
a
aa
a

d
dd
d

69
Từ kết quả SEM cho thấy ở những nhiệt độ kết tinh thuỷ nhiệt khác nhau cho
hình thái v
ật liệu khác nhau. Ở nhiệt độ thấp tạo thành dạng sợi nano, khi tăng dần nhiệt
độ thuỷ nhiệt các sợi này dần dần biến mất xuất hiện các hạt nano hình cầu. Tại nhiệt độ
k
ết tinh thuỷ nhiệt ở 150
0
C, thu được những hạt nano đồng đều kích thước ~ 50nm.

Chúng tôi chưa tìm thấy tài liệu nào giải thích về quá trình biến đổi hình thái của
c
ủa oxit sắt theo nhiệt độ kết tinh thuỷ nhiệt. Trên cơ sở sự tạo thành mixen ống của
CTAB trong dung d
ịch nước đã được nghiên cứu [9]. Quá trình thay đổi hình thái oxit
s
ắt chuyển từ dạng sợi nano sang dạng nano cầu có thể giải thích như sau: Khi urea
phân hu
ỷ cung cấp đều đặn ion
-
OH
, trong dung dịch chất hoạt động bề mặt CTAB sẽ
hình thành các
ống mixen [9], đồng thời ion Fe
3+
cũng tác dụng với ion
-
OH
tạo thành
các hạt keo hydroxit sắt. Các hạt keo này liên kết với các ống mixen. Các ống mixen

o
C
đến 150
o
C.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. L. Vulicevic, N. Ivanovic, A. Maricic. Hydrothermal Treatment of Electrochemically
Synthesised Nanocrystalline Magnetic Iron Oxide Powder, Science of sintering, 39
(2007), 85-91.
Chất HĐBM
Mixen
Tinh thể nano
Sợi nano
Hạt nano
Nhiệt độ
Hình 5:
Sơ đồ minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái nano Fe
2
O
370
2. Truong Van Chuong, Le Quang Tien Dung, Dinh Quang Khieu. Synthesis of Nano
Titanium Dioxide and Its Application in Photocatalysis, Journal of the Korean Physical
Society, Vol. 52, No. 5 (2008), 1526-1529.
3. Jeff Morris, Jim Willis. U.S. Environmental Protection Agency Nanotechnology White
Paper, Science Policy Council U.S. Environmental Protection Agency Washington,
2007.
4. Zhong-Yong Yuan, Tie-Zhen Ren, Bao-Lian Su. Surfactant mediated nanoparticle

Nano iron oxide powders with different morphologies were prepared using the
surfactant of cethyl trymethyl ammonium bromide under hydrothermal conditions at the
temperature range of 70-150
0
C. The structure of iron oxide was observed by scanning electronic
microscope (SEM), X-ray diffractometry, TPR-H
2
and the results show that the obtained iron
oxide is in nano scale and mostly exists in the Fe
2
O
3
form. The morphology of iron oxide
progress from nano tube to nano-spherical form as hydrothermal temperature increases from 70
to 150
o
C.