BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC

PHẠM KHÁNH HIỀN

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO LaFeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG
DUNG MƠI ANCOL ETHYLIC
Chun ngành: Hố Vơ Cơ

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC
_o0o_

Tên đề tài:

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANO LaFeO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG
DUNG MÔI ANCOL ETHYLIC

Sinh viên thực hiện: Phạm Khánh Hiền
MSSV: 42.01.106.018

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................... 11
1.1.

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO ........................................................... 11

1.1.1.

Giới thiệu về hố học nano ..................................................................... 11

1.1.2.

Cơng nghệ nền cơ bản trong hoá học nano .......................................... 13

1.1.3.

Một số ứng dụng của vật liệu nano và công nghệ nano ....................... 15

1.2.

CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3 ................ 18

1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO
PEROVSKITE RFeO3 ................................................................................................ 18
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 23
2.1.

THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP VẬT LIỆU PEROVSKITE LaFeO3 ............. 23

2.2.


FWHM

: độ rộng bán phổ của pic nhiễu xạ tia X

Hc

: lực kháng từ

Mr

: độ từ dư

Ms

: độ từ bão hòa

TEM

: kính hiển vi điện tử truyền qua

V

: thể tích ơ mạng tinh thể

VSM

: từ kế mẫu rung

XRD



1.3

Ứng dụng nanorobot trong việc điều trị bệnh

15

4

1.4

Ứng dụng công nghệ sinh học hơi nano

16

Sản phẩm nước sạch B2M bằng công nghệ nano của

Trang Số

5

1.5

6

1.6

Ứng dụng công nghệ nano trong điện tử và may mặc

17


26

11

2.4

Đường cong từ trễ của 2 loại vật liệu sắt từ

30

12

3.1

13

3.2

Công ty Puralytics ở Oregon (Mỹ). (Ảnh: CNBC)

Giản đồ XRD của mẫu LaFeO3 sau khi nung ở 900 °C
trong 1 h đã ghép với phổ chuẩn
Giản đồ chồng phổ XRD của các mẫu LaFeO3 sau khi
nung ở 800, 900 và 1000 °C trong 1 h

5

17


1

2.1

2

3.1

3

3.2

4

3.3

Tên
Khối lượng hóa chất cần dùng để tổng hợp 0,007 mol
vật liệu nano LaFeO3
Các thông số cấu trúc của tinh thể nano LaFeO3 nung
ở 800, 900 và 1000 °C (t = 1 h)
Thông số của ô mạng tinh thể LaFeO3 sau khi nung ở
800, 900 và 1000 °C (t = 1 h)
Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano LaFeO3 sau 1 h
nung mẫu

7

Trang Số
24

Trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay, công nghệ nano đang được chú ý và thu hút
nhiều sự quan tâm, nghiên cứu cũng như là đang được phát triển và ứng dụng nhiều vào
thực tiễn cuộc sống, sản xuất công nghiệp, đặc biệt là thiết bị điện tử, cơng nghệ xử lý
hố dầu, … Cịn ở Việt Nam, công nghệ nano đã và đang được nghiên cứu nhiều hơn để
ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống nên không thể phủ nhận được sự tiến bộ của công nghệ
này.
Một trong những loại vật liệu ứng dụng nhiều trong công nghệ nano là vật liệu
perovskite orthoferrite RFeO3 (R là nguyên tố đất hiếm như La, Y, Ho, Pr, Gd…) trong
đó oxide phức hợp Lanthanum orthoferrite LaFeO3 là một loại vật liệu đang được nghiên
cứu vì có nhiều ứng dụng. Theo cơng trình số [9, 15] vật liệu LaFeO3 được ứng dụng
làm chất xúc tác trong các phản ứng, ứng dụng cảm biến nhạy khí trong các cơng trình
[10, 12, 13], hay ứng dụng hấp thụ ánh sáng [11, 16], … Nên việc tiếp tục nghiên cứu
tổng hợp và khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu nano LaFeO3 là cần thiết.
Có nhiều phương pháp để tổng hợp vật liệu perovskite LaFeO3 ở dạng nano như
phương pháp đồng kết tủa [1, 4, 5, 7], phương pháp sol-gel [3, 9, 16], phương pháp thuỷ
nhiệt [17], phản ứng pha rắn [22], …. Trong cơng trình [16], bột LaFeO3 được tổng hợp
bằng phương pháp sol-gel dùng ascorbic acid làm chất hỗ trợ cho sản phẩm nano có kích
thước khoảng 60 nm, cịn trong cơng trình [3] sản phẩm tạo ra có kích thước nhỏ hơn (~
30 nm) do thay đổi chất hỗ trợ thành lòng trắng trứng – một nguyên liệu thân thiện hơn
với môi trường. Dựa vào việc thay đổi chất hỗ trợ từ hai cơng trình trên em quyết định
chọn phương pháp đồng kết tủa và thay đổi môi trường nước thành môi trường ancol
ethylic để tổng hợp và khảo sát tính chất của vật liệu LaFeO3. Methanol và ethanol đều
là 2 loại cồn cơng nghiệp phổ biến, dễ tìm thấy. Ethanol thường được sản xuất từ đường,
tinh bột và các loại ngũ cốc trong khi methanol lại được sản xuất từ vật liệu có chứa
cenlulose, thường gây ngộ độc và nguy hiểm cho con người. Ngoài ra, ethanol là dung
9


mơi phân cực có moment lưỡng cực bằng 1,69 D [21], hơi thấp hơn moment lưỡng cực
của nước (1,85 D) [21], nên có thể giảm được sự kết tụ giữa các hạt nano LaFeO3 tổng


(d)

a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.

(g)

h.
i.
j.

(h)

(i)

Chuỗi hạt nano
Băng nano
Cây nano
Chấm nano
Tiếp xúc nano
Ống nano
Chấm lõm
nano
Bậc thang


b) Ống nano

c) Màng mỏng

➢ Ngoài ra người ta còn phân loại dựa trên ứng dụng của vật liệu nano:
• Vật liệu nano kim loại
• Vật liệu nano bán dẫn
• Vật liệu nano từ tính
• Vật liệu nano sinh học
12


1.1.2. Cơng nghệ nền cơ bản trong hố học nano
Trong cơng nghệ hố học nano có hai phương thức để thu được các hạt vật liệu có
kích thước nano:
➢ Phương pháp từ trên xuống (Top – down) là phương pháp tạo hạt có kích thước nano
từ các hạt có kích thước lớn hơn.
➢ Phương pháp từ dưới lên (Bottom – up) là phương pháp tạo hạt có kích thước nano từ
các nguyên tử, phân tử.
Từ hai nguyên lý trên, ta có nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau để tạo vật liệu
cấu trúc nano. Dưới đây là các phương pháp và ưu nhược điểm của từng loại.
Tên phương

Ưu điểm

Nguyên tắc

pháp



13

bền chặt với
các phân tử
nước.


- Bao gồm các phương pháp tán, - Phương pháp - Các hạt dễ bị
nghiền làm cho các hạt vật liệu ở đơn giản, dụng kết tụ với nhau
dạng bột dần có kích thước nhỏ cụ

tạo và kích thước

chế

khơng đắt tiền, không

hơn.
Phương pháp

chế tạo được nhất,

đồng
dễ

bị

lượng lớn vật nhiễm bẩn.


carbon đốt

(electro-explosion), đốt laser (laser (fullerene)
ablation), bốc bay nhiệt độ cao, hoặc

bị

giới hạn trong
ống phịng

carbon.

plasma [5, 7]

laser

thí

nghiệm (hiệu

Phương pháp suất thấp).
(Gas-phase)

có tính thương
mại cao.

- Phương pháp
plasma khơng
thích hợp để


Hay mới gần đây, khi dịch Corona bùng phát thì công nghệ nano cũng được ứng dụng
để giảm tốc độ lây lan của loại virus này. Một bệnh viện ở New Jersey đã dùng công nghệ
sinh học hơi nano (gọi tắt là MSS) để khử trùng các bề mặt và vật dụng trong bệnh viện.
Giải pháp này không những khử trùng mà còn tạo ra một lớp áo phân huỷ sinh học đặt
biệt và bảo vệ các bề mặt trong thời gian dài. Trong thí nghiệm này, người ta đã đo được
lượng vi sinh vật giảm đến 99,8% sau 70 ngày phun nnao và hiệu quả còn kéo dài đến
tận ngày thứ 90 [14].

Hình 1.4: Ứng dụng cơng nghệ sinh học hơi nano
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã khai thác và đưa công nghệ nano vào việc giải quyết
vấn đề ô nhiễm môi trường – một vấn đề mang tính tồn cầu như thực trạng hiện nay.
Việc xử lý nước thải là một trong những vấn đề được quan tâm trong việc bảo vệ môi
trường. Các hạt nano với đặc tính tan nhanh, hấp thụ mạnh, dễ tiếp xúc và tương tác với
các tác nhân gây ô nhiễm nên hiện nay cơng nghệ nano đã được tích hợp vào các thiết bị
xử lý nước ở nhiều quốc gia như Trung Quốc, Nepal, Thái Lan để nâng cao hiệu quả sử
dụng nguồn nước cũng như bảo vệ môi trường nước cho mọi sinh vật trên Trái Đất [19].

16


Hình 1.5: Sản phẩm nước sạch B2M bằng cơng nghệ nano của Cơng ty Puralytics ở
Oregon (Mỹ). (Ảnh: CNBC)
Ngồi y học thì cơng nghệ nano cũng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác
như điện tử, may mặc, xây dựng, nông nghiệp, … Các ống pin nano được thiết kế có kích
thước hẹp, diện tích bề mặt lớn hơn giúp pin lưu trữ lượng điện năng lớn hơn, tối ưu hoá
được hiệu suất sử dụng trong các thiết bị điện tử. Trong may mặc, việc sử dụng công
nghệ nano để tiêu diệt những vi khuẩn gây mùi khó chịu được coi là rất khả quan.

Hình 1.6: Ứng dụng cơng nghệ nano trong điện tử và may mặc
Qua các ứng dụng thực tiễn trên chúng ta không thể phủ nhận tính đa dụng và lợi ích

“Sol” là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1  100 nm
phân tán trong chất lỏng, các hạt lơ lửng nhờ chuyển động Brown. Sol khơng có hình
dạng riêng mà có hình thù của bình chứa nó và có thời gian giới hạn để các hạt không
đông tụ thành hạt keo. Đặc điểm các hạt sol:
- Kích thước hạt nhỏ nên lực hút không đáng kể
- Lực tương tác giữa các hạt là lực Val der Waals
- Các hạt va chạm lẫn nhau và lơ lửng trong dung dịch
“Gel” là một dạng chất rắn – nửa rắn (solid – semi rigide) mà trong đó dung mơi trong
hệ chất rắn được giữ dưới dạng chất keo hoặc polyme. Sol tồn tại đến thời điểm mà các
hạt keo tụ lại với nhau và cấu trúc của thành phần rắn lỏng trong dung dịch liên kết chặt
chẽ lại với nhau gọi là gel.
Phân tán hoặc
thuỷ phân

Làm nóng
hoặc già hoá

Sol

Gel

Ưu điểm của phương pháp:
• Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để dính chặt giữa vật liệu kim loại và
màng
• Có thể tạo ra màng dày cung cấp cho quá trình chống ăn mịn
• Có thể dễ dàng tạo ra các vật liệu có hình dạng khác nhau
• Có thể sản xuất được những sản phẩm có độ tinh khiết cao
19



khó xảy ra.
Trong cơng trình [22], vật liệu perovskite LaAlO3 tổng theo bằng phản ứng pha rắn
cho thấy hoạt tính xúc tác của LaAlO3 được cải thiện và tính chọn lọc khá tốt. Tuy nhiên
thời gian nung, nhiệt độ nung và nồng đồ khí oxy ảnh hưởng khá nhiều đến độ tinh khiết,
độ đồng nhất và hoạt tính xúc tác của sản phẩm nên phải được kiểm soát chặt chẽ trong
quá trình làm thực nghiệm.
➢ Phương pháp đồng kết tủa:
Người ta thực hiện trộn các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử theo tỷ lệ các
ion kim loại theo đúng tỉ lệ hợp thức như trong hợp chất cần tổng hợp. Sau đó, thực hiện
phản ứng đồng kết tủa với tác nhân kết tủa phù hợp (có thể kết tủa dưới dạng hydroxide,
carbonate, oxalate, …). Cuối cùng tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đã kết tủa trước đó.
Ưu điểm của phương pháp:
• Sản phẩm thu được là khá lớn.
• Có thể thực hiện thí nghiệm ở nhiệt độ phòng, tiết kệm năng lượng và giảm
thiểu mất mát do bay hơi.
• Chế tạo được vật liệu có kích thước nanomet.
Nhược điểm của phương pháp:
• Điều kiện để muối của các ion kim loại cùng kết tủa là rất khó.

21


• Tính đồng nhất hố học của oxide tuỳ thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ
dung dịch.
• Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tích số tan, tác nhân kết tủa,
lực ion, pH của dung dịch, …
Theo cơng trình [4] tác giả tổng hợp vật liệu nano LaFeO3 bằng phương pháp đồng
kết tủa trong nước và nung kết tủa ở 850 oC thu được sản phẩm có kích thước 50 – 70 nm
và có tính siêu thuận từ. Kết quả vật liệu nano LaFeO3 thu được khi điều chế bằng phương
pháp đồng kết tủa trong nước ở cơng trình [5] cũng tương tự như [4].


Ammoniac: NH3 (25 %, d = 0,91 g/mL)

- Ancol ethylic: C2H5OH (99,5%, d = 0,79 g/mL)
THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP LANTHANUM ORTHOFERRITE
THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TRONG ANCOL ETHYLIC

23


Trên cơ sở tính toán lượng sản phẩm cần
cho các phương pháp phân tích chúng tơi
tiến hành tính toán để tổng hợp 0,007 mol
vật liệu nano LaFeO 3 . Sơ đồ mơ tả thí
nghiệm như hình 2.1 và kết quả tính tốn hóa
chất cần lấy được thể hiện qua bảng 2.1.
Các

hóa

chất

La(NO 3 ) 3 .6H 2 O

và

Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O được hòa tan trong 50 mL
ancol ethylic trước khi tiến hành kết tủa. Để
đồng kết tủa các ion La 3+ và Fe 3+ chúng tôi
sử dụng tác nhân kết tủa là dung dịch

17,03

V, mL hoặc m, g
(lý thuyết)

3,0304

2,8280

3,144

V, mL hoặc m, g
(thực tế)

3,0283

2,8663

6,288

24