ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Huyền

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU
MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TIO2: Fe3+

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Huyền

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU
MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TIO2: Fe3+

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 8440130.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trịnh Thị Loan

Hà Nội – 2018

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4
1.1 Vật liệu TiO2 ......................................................................................................4
1.1.1 Cấu trúc tinh thể của TiO2 ...........................................................................4
1.1.2 Một số tính chất hoá học đặc trưng của vật liệu TiO2 .................................8
1.1.3 Một số tính chất vật lý đặc trưng của vật liệu nano TiO2............................9
1.1.3.1 Tính chất nhiệt của vật liệu nano TiO2 ........................................................... 9
1.1.3.2 Tính chất điện của vật liệu nano TiO2 .......................................................... 10
1.1.3.3 Tính chất quang xúc tác của TiO2 ................................................................. 12

1.2 Tổng quan về vật liệu TiO2 pha tạp Fe3+ .........................................................14
1.2.1 Cấu tạo, tính chất của nguyên tố kim loại Fe ............................................14
1.2.2 Tổng quan một số tài liệu nghiên cứu về vật liệu TiO2 pha tạp Fe3+ ........16
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .............................................................................30
2.1 Phương pháp chế tạo mẫu ................................................................................30
2.1.1 Các tiền chất ..............................................................................................32
2.1.2 Quy trình tạo mẫu ......................................................................................32
2.2 Các phép đo thực nghiệm ................................................................................33
2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X ..............................................................................33
2.2.2 Phép đo phổ Raman...................................................................................35
2.2.3 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng (EDS) .............................................37
2.2.4 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .............................................................37
2.2.5 Phép đo phổ phản xạ khuếch tán ...............................................................38
2.2.6 Phép đo phổ huỳnh quang .........................................................................39
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................43
3.1 Ảnh hưởng của nồng độ tạp chất Fe3+ lên cấu trúc tinh thể TiO2....................43
3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ tạp chất Fe3+ lên giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2
............................................................................................................................43
3.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ tạp chất Fe3+ lên phổ Raman của TiO2 ..............48
3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ Fe3+ đến phổ EDS và hình thái học. ..................54

[22]. ...........................................................................................................................22
Hình 1.15. Phổ huỳnh quang của mẫu không pha tạp kích thích tại bước sóng
320nm (a); phổ huỳnh quang của mẫu TiO2 pha tạp chất Fe nồng độ 2 %mol ủ ở
450 oC trong không khí (b); trong chân không (c) và các phổ kích thích huỳnh
quang (d) [22]. ...........................................................................................................23
Hình 1.16. Giản đồ nhiễu xạ XRD của TiO2 tinh khiết và TiO2 pha tạp Fe3+ ở các
nồng độ 1%, 2%, 3%, 4% và 8% mol bằng phương pháp sol-gel [43]. ...................24
Hình 1.17. Giản đồ phổ tán xạ năng lượng (EDS) của mẫu TiO2 pha tạp Fe3+ ở nồng
độ 4 %mol bằng phương pháp sol-gel [43]. ..............................................................25
Hình 1.18. Phổ phản xạ khuếch tán của các mẫu TiO2:Fe3+ chế tạo bằng phương
pháp sol-gel [43]. ......................................................................................................25


Hình 1.19. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu TiO2 pha tạp Fe bằng phương pháp
thủy phân [5]. ............................................................................................................26
Hình 1.20. Phổ tán xạ Raman của các mẫu TiO2 pha tạp Fe chế tạo bằng phương
pháp gốm [5]. ............................................................................................................27
Hình 1.21. Phổ phản xạ khuếch tán (DRS) của các mẫu TiO2 pha tạp Fe3+[5]. .......28
Hình 2.1. Quy trình chế tạo mẫu ...............................................................................32
Hình 2.2. Nhiễu xạ của tia X trên tinh thể ................................................................34
Hình 2.3. Thu phổ nhiễu xạ tia X ..............................................................................35
Hình 2.4. Nhiễu xạ kế tia X SIEMENS D5005 ........................................................35
Hình 2.5. Hiện tượng tán xạ Raman..........................................................................36
Hình 2.6. Hệ đo phổ tán xạ Raman LabRam HR 800, Horiba .................................36
Hình 2.7. (a) Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua. (1) Súng điện tử,
(2) Kính tụ, (3) Mẫu, (4) Vật kính, (5) Ảnh thứ nhất, (6) Kính phóng, (7) Màn
huỳnh quang hoặc camera để nhận ảnh cuối cùng; (b) Kính hiển vi điện tử truyền
qua JEOL JEM 1010, Nhật .......................................................................................38
Hình 2.8. Quang phổ kế UV-Vis-NIR Cary-5000, VARIAN ...................................38
Hình 2.9. Sự phản xạ khuếch tán một mẫu bột .........................................................39

Hình 3.13. Ảnh TEM của mẫu TiO2 pha tạp chất Fe3+ với nồng độ 16 %mol. ........57
Hình 3.14. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hệ số phản xạ R vào năng lượng photon
của mẫu TiO2 pha tạp Fe3+với các nồng độ khác nhau. ............................................58
Hình 3.15. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của F(R) vào năng lượng photon của mẫu
TiO2 pha tạp Fe3+với các nồng độ khác nhau............................................................58
Hình 3.16. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm [F(R).hν]2 vào năng lượng photon
của mẫu TiO2 pha tạp Fe3+ với các nồng độ khác nhau. ...........................................59
Hình 3.17. Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của hàm [F(R).hν]1/2 vào năng lượng photon
của mẫu TiO2 pha tạp Fe3+ với các nồng độ khác nhau. ...........................................60
Hình 3.18. Phổ huỳnh quang của mẫu TiO2 không pha tạp chất Fe3+ kích thích ở các
bước sóng khác nhau. ................................................................................................62
Hình 3.19. Giản đồ các mức năng lượng tối giản của TiO2 dựa trên các tính toán của
Daude và các cộng sự [24], trong đó đưa ra một số chuyển mức thẳng và chuyển
mức nghiêng được phép [63]. ...................................................................................63
Hình 3.20. Phổ huỳnh quang của mẫu TiO2 pha tạp chất Fe3+ với các nồng độ khác
nhau, kích thích ở bước sóng 300 nm: a- 0 %mol, b- 1 %mol, c- 4 %mol, d- 8
%mol, e- 10 %mol, f- 16 %mol, g- 25 %mol. ..........................................................64
Hình 3.21. Phổ huỳnh quang của mẫu TiO2 pha tạp chất Fe3+ với các nồng độ khác
nhau, kích thích ở bước sóng 310 nm: a- 0 %mol, b- 1 %mol, c- 4 %mol, d- 8
%mol, e- 10 %mol, f- 16 %mol, g- 25 %mol. ..........................................................65
Hình 3.22. Phổ huỳnh quang của mẫu TiO2 pha tạp chất Fe3+ với các nồng độ khác
nhau, kích thích ở bước sóng 320 nm: a- 0 %mol, b- 1 %mol, c- 4 %mol, d- 8
%mol, e- 10 %mol, f- 16 %mol, g- 25 %mol. ..........................................................66


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số thông số vật lý cơ bản của TiO2 pha anatase, rutile và brookite [13]. 8
Bảng 1.2. Các thông số diện tích bề mặt BET, kích thước tinh thể và các thông số
hằng số mạng của các mẫu TiO2:Fe3+ với các nồng độ khác nhau [28]. ..................18
Bảng 1.3. So sánh kích thước tinh thể và các thông số mạng cho hạt nano TiO2 sạch

nano là khả năng làm sạch môi trường thông qua phản ứng quang xúc tác. Chỉ bằng
việc chiếu sáng, các nhà nghiên cứu nhận thấy các chất hữu cơ, các chất bẩn bị phân
huỷ, đặc biệt trong môi trường nước, dưới tác dụng của ánh sáng và sự có mặt của
TiO2, các hợp chất ô nhiễm dễ dàng bị phân hủy. Điều quan trọng hơn nữa là khả
năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng ở quy mô dân dụng. Trong
lĩnh vực công nghệ nano, khó để tìm thấy một loại vật liệu nào có nhiều ứng dụng
quý giá, thậm chí không thể thay thế như vật liệu nano TiO2. Tuy nhiên, TiO2 vẫn
có những nhược điểm nhất định như: khi có kích thước hạt nhỏ thì TiO2 khá trơ về
mặt hóa học và trong môi trường nước chúng phân tán tạo thành một hệ nhũ tương
nên rất khó lọc để thu hồi lại. Do đó việc ứng dụng TiO2 vào quá trình xử lý nước

1


thải còn gặp nhiều khó khăn. Mặt khác, do độ rộng vùng cấm của TiO2 khá lớn
(3,25 eV đối với anatase và 3,05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng vùng tử ngoại
với bước sóng < 380 nm mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn
và gây ra hiện tượng quang xúc tác. Nhưng phần bức xạ tử ngoại trong quang phổ
mặt trời chiếu đến bề mặt Trái Đất chỉ chiếm

, trong khi vùng ánh sáng khả

kiến là loại bức xạ chiếm gần 45% năng lượng mặt trời. Điều này hạn chế khả năng
quang xúc tác của TiO2, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu này. Để giảm độ
rộng vùng cấm của vật liệu nano TiO2 người ta tiến hành pha tạp vật liệu này với
các phi kim như C, N [14, 69]; kim loại chuyển tiếp như Fe, Cu, Ag, Ni, Cr
[20,52,61]; hoặc đồng pha tạp như Fe - C, Fe - Cr [32]. Trong đó kim loại Fe được
coi là một chất thích hợp để pha tạp vào TiO2 vì bán kính của Fe3+ (0,64 Å) chênh
lệch không đáng kể so với bán kính của Ti4+ (0,61 Å). Do đó, các ion Fe3+ có thể dễ
dàng thay thế các ion Ti4+ trong mạng tinh thể của TiO2.


Chƣơng 1 - Tổng quan: Trình bày tổng quan về tính chất hóa học, vật lý
cũng như cấu trúc tinh thể TiO2; tổng quan các tài liệu nghiên cứu về vật liệu TiO2
pha tạp chất Fe3+ trong và ngoài nước.
Chƣơng 2 - Thực nghiệm: Chương này trình bày về phương pháp thực
nghiệm chế tạo mẫu và các phép đo khảo sát các tính chất của mẫu đã chế tạo.
Chƣơng 3 - Kết quả và thảo luận: Trình bày các kết quả thu được từ
các phép đo thực nghiệm, thảo luận và đánh giá các kết quả thu được.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Vật liệu TiO2
Titan (Ti) là kim loại chuyển tiếp 3d có màu trắng bạc, ở nhiệt độ thường
tinh thể có cấu trúc lục giác (dạng α) là kim loại kiềm bền và ở nhiệt độ cao có cấu
trúc lập phương tâm khối (dạng β) tác dụng với ôxy tạo thành ôxít TiO2. Ti nóng
chảy ở nhiệt độ 1668 oC; sôi ở nhiệt độ 3260 oC. Ti có 5 đồng vị, bền nhất là 48Ti.
Số thứ tự của nguyên tử Ti là 22, cấu hình electron của nguyên tử là [Ar]3d24s2.
Năng lượng ion hóa nguyên tử từ I1 đến I4 lần lượt là 6,83; 13,57; 24,47; 43,24 eV.
Bán kính nguyên tử là 1,46 Å, bán kính ion của Ti4+ 0,61 Å. Năng lượng ion hóa
thứ tư của Ti rất lớn nên cấu trúc tinh thể TiO2 có độ bền cao.
Trong các ôxít, trạng thái ôxy hóa đặc trưng và bền nhất là +4 (TiO2 - Titan
điôxít) do các ion Ti4+ có cấu hình bền của khí hiếm (18 electron). Ngoài ra Ti có
thể có các trạng thái ôxy hóa thấp hơn là +2 (TiO) và +3 (Ti2O3), nhưng ở các ôxít
ứng với các số ôxy hóa thấp của Ti đều dễ chuyển sang trạng thái +4 đặc trưng [10].
Hầu hết Ti tồn tại trong tự nhiên dưới dạng các hợp chất Titan điôxít, khoáng vật
inmenit (FeTiO3), .....
TiO2 là ôxít điển hình của kim loại titan (Ti). TiO2 là chất bán dẫn màu trắng,
khi đun nóng có màu vàng đôi khi hơi xanh, khi làm lạnh thì lại chuyển thành màu

Hình 1.1. Phối trí bát diện của TiO2
Cấu trúc tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ các đa
diện phối trí bát diện (tám mặt) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh ôxy
chung. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2- (Hình 1.1).

5


Các dạng tinh thể rutile, anatase đều thuộc hệ tinh thể tứ giác (tetragonal).
Tuy nhiên trong tinh thể anatase, các đa diện phối trí tám mặt bị biến dạng mạnh
hơn so với rutile, khoảng cách Ti – Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng
khoảng cách Ti – O trong anatase ngắn hơn so với rutile. Điều này ảnh hưởng đến
cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác nhau về các tính chất vật lý
và hóa học [2,8]. Brookite có dạng trực thoi (orthorhombie), đây là tinh thể hiếm
gặp và có tính quang hóa yếu hơn so với anatase và rutile. Cấu trúc tinh thể của ba
pha: anatase, rutile và brookite được minh họa trên (Hình 1.2).

Hình 1.2. Các cấu trúc tinh thể của TiO2 pha anatase(a), rutile(b) và brookite (c)
Từ cấu trúc tinh thể (Hình 1.2) ta thấy pha rutile có độ xếp chặt cao nhất so
với hai pha còn lại, các khối bát diện xếp tiếp xúc nhau ở các đỉnh, hai khối bát diện
đứng cạnh nhau chia sẻ hai cạnh chung và tạo thành chuỗi, pha rutile có khối lượng
riêng 4,2 g/cm3, có độ rộng vùng cấm là 3,05 eV. Với pha anatase, các khối bát diện
tiếp xúc cạnh với nhau, trục c của tinh thể kéo dài ra và có khối lượng riêng là 3,9
g/cm3, có độ rộng vùng cấm là 3,25 eV. Pha brookite có cấu trúc phức tạp, độ dài
của liên kết Ti-O cũng khác nhiều so với các pha anatase và rutile, pha brookite có

6


khối lượng riêng là 4,1 g/cm3, có độ rộng vùng cấm là 3,4 eV [48]. Pha brookite rất

Orthorhombic

4

2

8

a = 3,784
c = 9,515

a = 4,593
c = 2,959

a = 9,184
b = 5,447
c = 5,145

0,1363

0,0624

0,2575

3895

4274

4120


77.0o~105o

Tính tan trong nước

Không tan

Không tan

Tan

Không tan

Cấu trúc tinh thể
Số nguyên tử trên ô cơ sở
Hằng số mạng (Å)
Thể tích ô cơ sở (nm3)
Khối lượng riêng (kg/m3)
Chiết suất

Tính tan trong HF

1.1.2 Một số tính chất hoá học đặc trƣng của vật liệu TiO2
Khi TiO2 được nung nóng trong hơi của Cl2 thì sẽ tạo ra TiCl3 và khí ôxy. Ái
lực (khả năng kết hợp) của TiO2 đối với axít là rất yếu.
Khi có mặt của ôxy TiO2 bị đốt cháy trong kiềm clorua và phân hủy không
đáng kể. Khi không có mặt của ôxy thì TiO2 không tác dụng với iotua-kali (KI).
Khi TiO2 được nung trong sul-phua diclorua (SCl2) sẽ tạo ra TiCl4.
Nói chung TiO2 có tính chất lưỡng tính, là hợp chất bền về mặt hoá học (nhất
là ở dạng đã nung), không tác dụng với nước, dung dịch axít vô cơ loãng, kiềm (trừ
HF), amoniac, các axít hữu cơ [7]. Tuy vậy, TiO2 tác dụng chậm với dung dịch

TiO2 + 4NaHSO4 = Ti(SO4)2 + 2Na2SO4 + 2H2

(1.5)

TiO2 + 4KHSO4 = Ti(SO4)2 + 2K2SO4 + 2H2O

(1.6)

Ở nhiệt độ cao TiO2 có thể phản ứng với cacbonat và ôxít kim loại để tạo
thành các muối titanat.
TiO2 +MCO3 →

(MTi)O3 + CO2

(1.7)

(M là Ca, Mg, Ba, Sr)
TiO2 + MO →

(MTi)O3

(1.8)

(M là Pb, Mn, Fe, Co)
1.1.3 Một số tính chất vật lý đặc trƣng của vật liệu nano TiO2
1.1.3.1 Tính chất nhiệt của vật liệu nano TiO2
Khi được nung nóng, sự chuyển pha giữa các cấu trúc sau đây đã được ghi
nhận: anatase chuyển thành brookite sau đó thành rutile [17,31,49]; brookite chuyển
thành anatase sau đó thành rutile [70]; anatase thành rutile và brookite thành rutile
[35]. Tuy nhiên, nhiệt độ chuyển pha của TiO2 không được xác định rõ ràng. Nhiệt

không chứa một điện tử nào gọi là vùng dẫn. Giữa vùng hóa trị và vùng dẫn không
có một mức năng lượng nào mà điện tử có thể tồn tại được gọi là vùng cấm [11].
Tại nhiệt độ T ≠ 0 (K), một số điện tử trong vùng hóa trị do chuyển động
nhiệt và nhận được năng lượng kích thích thích hợp (năng lượng nhận được lớn hơn
năng lượng vùng cấm) nên chuyển lên vùng dẫn trở thành điện tử tự do. Do độ rộng
vùng cấm của chất bán dẫn thường rất nhỏ so với độ rộng vùng cấm của chất điện
môi nên độ dẫn điện của bán dẫn lớn hơn nhiều lần độ dẫn điện của chất điện môi
[11].

10


Trong tinh thể TiO2 tồn tại một lượng lớn khuyết ôxy và điền kẽ Ti được cho
là đã tạo ra các mức donor nông. Các mức donor nông này ảnh hưởng đến tính chất
dẫn điện của tinh thể TiO2. Vì vậy, TiO2 thường có độ dẫn điện loại n và độ dẫn
điện tăng lên với mức độ khuyết ôxy trong mạng tinh thể.

Hình 1.4. Cấu trúc vùng TiO2
Do trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 anatase có 4 ion Ti4+ và 8 ion O2-.
Mỗi bát diện tiếp giáp với 8 bát diện lân cận (4 bát diện chung cạnh và 4 bát diện
chung góc) (Hình 1.2a). Còn trong một ô cơ sở của tinh thể TiO2 rutile có 2 ion Ti4+
và 4 ion O2-. Các bát diện ôxít titan sắp xếp thành các chuỗi đối xứng bậc 4 với các
cạnh chung nhau, mỗi bát diện tiếp giáp với 10 bát diện lân cận (4 bát diện chung
cạnh và 6 bát diện chung góc) (Hình 1.2b). Qua đó ta có thể thấy tinh thể TiO2
anatase khuyết ôxy nhiều hơn tinh thể TiO2 rutile. Điều này ảnh hưởng tới một số
tính chất vật lý của vật liệu TiO2 ở các dạng thù hình khác nhau.
Bên cạnh đó, Độ dẫn điện và năng lượng ion hoá của tinh thể rutile chịu ảnh
hưởng bởi các sai hỏng điểm như các vị trí khuyết ôxy điện tích kép (O2-) và các ion
điền kẽ Ti3+ hoặc Ti4+ [18]. Đối với anatase, các sai hỏng chiếm ưu thế chưa được
hiểu một cách đầy đủ. Một số nghiên cứu [16] cho rằng có sự tồn tại của cả hai loại


vùng cấm là 3,25 eV, tương đương với một lượng tử ánh sáng có bước sóng 388
nm. TiO2 rutile có năng lượng vùng cấm là 3,05 eV tương đương với một lượng tử
ánh sáng có bước sóng 413 nm. Trong điều kiện thích hợp cặp electron và lỗ trống
(e--h+) bị khuếch tán ra bề mặt màng và tạo ra các gốc có khả năng ôxy hóa khử
chất hữu cơ.
Về nguyên tắc, điện tử muốn khử một chất thì mức năng lượng của cực tiểu
vùng dẫn phải âm hơn thế khử của chất đó và lỗ trống muốn ôxy hóa một chất thì
mức năng lượng của cực đại vùng hóa trị phải dương hơn thế ôxy hóa của chất đó
để thực hiện quá trình ôxy hoá ion OH- hoặc H2O và tạo ra các gốc *OH (tác nhân
ôxy hoá trong sự khử chất hữu cơ) thông qua chuỗi phản ứng sau [37]:
TiO2 + h TiO2(
TiO2(

+

(1.9)

)

) + H2Oads TiO2 + *OHads + H+

(1.10)

Trong đó, H2Oads , *OHads là phần H2O và *OH được hấp thụ trên chất xúc tác
[9].
)  TiO2 +*OHads

TiO2 (



*
O2(ads)
 H   HO2*

(1.15)

*

O2(ads)
 HO2*  HO2*  O(ads)

(1.16)

2HO2*  H 2O2(ads)  O2

(1.17)

H 2O2(ads)  O2*  OH  * OH  O2

(1.18)

13


H 2O2(ads)  e  OH  * OH

(1.19)

H 2O2(ads)  h  2* OH

Cấu tạo:
+ Cấu hình electron nguyên tử: [Ar]3d64s2
+ Fe có thể nhường 2e ở phân lớp 4s và nhường thêm 1e ở phân lớp 3d để
tạo ra ion Fe2+, Fe3+ (Hình 1.8). Do đó Fe là chất khử trung bình.

Hình 1.8. Sơ đồ nhường e của Sắt
+ Mạng tinh thể: Tùy thuộc vào nhiệt độ, Fe có thể tồn tại ở các mạng tinh
thể lập phương tâm khối hoặc lập phương tâm diện.
+ Trong hợp chất, sắt có số ôxy hoá là +2, +3. Vd: FeO, Fe2O3
Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, dẻo, dai, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi,
nhiệt độ nóng chảy khá cao (1540 oC). Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt nhưng kém hơn đồng
và nhôm, có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800 oC) sắt mất từ tính. Tonc =
1540 oC.
Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng, không tác dụng với nước
ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước. Thụ động với
H2SO4 và HNO3 đặc nguội, nhưng lại tác dụng với H2SO4 và HNO3 ở thể loãng
hoặc đậm đặc và nóng. Sắt đẩy được những kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối
sắt (II) + kim loại.
Sắt được điều chế theo phương pháp nhiệt luyện:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

(1.21)

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng
kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính

15


tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành vật liệu không thể thay thế


Hình 1.9. Cấu trúc TiO2 loại p (a) và mức acceptor tương ứng[1, 3, 4, 10, 23] (b)
TiO2 pha tạp Fe3+ đã được chế tạo bằng các phương pháp khác nhau như:
phương pháp sol-gel không thủy phân (nonhydrolytic sol-gel method) [56], phương
pháp sol-gel và thủy nhiệt [51], phương pháp thủy nhiệt [59], phương pháp bốc bay
chùm điện tử [55], phương pháp spin – coating [25], phương pháp sol-gel và nhúng
phủ [15], phương pháp sol-gel [65], phương pháp đồng kết tủa [28]…. Các kết quả
nghiên cứu cho thấy: cấu trúc và tính chất của mẫu chế tạo được phụ thuộc đáng kể
vào phương pháp tạo mẫu.

Hình 1.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu TiO2:Fe3+ chế tạo bằng kỹ thuật
đồng kết tủa thông thường sử dụng ammonium hydroxide làm chất thủy phân với
nồng độ từ 0 đến 10% khối lượng Fe3+ [28].

17