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
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Anh Tiến

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.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO LaFeO3.............26

:

chỉ số Miller

:

hằng số mạng tinh thể

:

khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

:

độ rộng bán phổ của pic nhiễu xạ tia X

:

lực kháng từ

:

độ từ dư

:

độ từ bão hịa

:



1.2

3

1.3

4

1.4

5

1.5

6

1.6

7

1.7

8

2.1

9

2.2


Stt

Bảng

1

2.1

2

3.1

3

3.2

4

3.3

7


LỜI CÁM ƠN
Trong q trình thực hiện khố luận tốt nghiệp, em đã học hỏi và rút được nhiều
kinh nghiệm cho bản thân, được tự thực hiện và hoàn thành đề tài của mình. Để hồn
thành khố luận tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn:
Cảm ơn tất cả các Q thầy cơ trong Bộ mơn Hố vơ cơ đã cung cấp các kiến
thức nền, góp ý và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập cũng như trong khoảng thời

nghiên cứu vì có nhiều ứng dụng. Theo cơng trình số [9, 15] vật liệu LaFeO 3 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 LaFeO 3 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 LaFeO 3 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 LaFeO 3. Methanol và ethanol đều là 2 loại cồn
công 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 LaFeO 3 tổng
hợp được.
Với những lý do kể trên, chúng tôi chọn nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cấu trúc
và tính chất của vật liệu nano LaFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi
ancol ethylic làm đề tài khoả luận tốt nghiệp của mình.

10




Về cấu trúc vật liệu người ta phân thành 4 loại chính: chủ yếu dựa vào kích

thước và

chiều tự do cho điện tử.


11


• Vật liệu nano không chiều (0D) là loại vật liệu mà cả ba chiều đều có kích
thước nano, khơng có chiều tự do nào cho điện tử. Ví dụ: đám nano, hạt nano.

• Vật liệu nano một chiều (1D) là loại vật liệu mà trong đó hai chiều có kích
thước nano và một chiều tự do cho điện tử. Ví dụ: dây nano, ống nano.
• Vật liệu nano hai chiều (2D) là loại vật liệu mà trong đó một chiều có kích
thước nano và điện tử được tự do trên hai chiều. Ví dụ: màng mỏng.
• Vật liệu cấu trúc nano hay nanocomposite là loại vật liệu trong đó chỉ có
một phần vật liệu có kích nước nano hoặc cấu trúc của nó có nano khơng
chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

(a)

(b)

(c)
Hình 1.2: Ví dụ các loại vật liệu: a) Hạt nano

➢


Phương pháp
hoá ướt
(Wet
chemical)

13


Phương pháp
cơ học
(Mechanical)

Phương pháp
bốc bay

Phương pháp
hình thành từ
pha khí
(Gas-phase)
tạo vật liệu
hữu cơ vì nhiệt
độ khá cao)
1.1.3. Một số ứng dụng của vật liệu nano và công nghệ nano
Từ khi cơng nghệ nano được tìm thấy thì chúng đã được nghiên cứu và ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống.
Y tế là một trong những lĩnh vực ứng dụng nhiều công nghệ nano, tiêu biểu như ứng

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
của cơng nghệ nano mang lại cho đời sống con người.
17


1.2. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO3
Vật liệu perovskite ABO3 thuần được phát hiện sớm từ đầu thế kỷ XIX, perovskite
thuần được biết đến như là một chất điện mơi, có hằng số điện mơi lớn và một trong số
đó có tính sắt điện, áp điện [6]. Công thức phân tử chung của chúng là ABO 3. Trong đó
A và B là các cation có bán kính khác nhau và thơng thường thì bán kính của ion A lớn
hơn bán kính của ion B, vị trí của Oxy có thể thay bằng những nguyên tố khác nhưng

“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
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 q 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


• Khả năng thiêu kết ở nhiệt độ thấp
• Có thể điều khiển được cấu trúc của vật liệu
• Tạo được hợp chất với độ pha tạp lớn
• Độ khuếch tán đồng đều
• Làm việc ở nhiệt độ thấp cho hiệu quả kinh tế cao, đơn giản để sản xuất
những màng có chất lượng cao.
Nhược điểm của phương pháp:
• Sự liên kết trong màng yếu
• Có độ thẩm thấu cao
• Rất khó để điều khiển độ xốp
• Dễ bị rạn nứt trong q trình nung sấy
• Chi phí cao đối với những vật liệu thơ
• Hao hụt nhiều trong q trình tạo màng
Ví dụ như ở cơng trình [3], vật liệu nano LaFeO3 được điều chế bằng phương pháp
sol – gel với chất hỗ trợ là lịng trắng trứng có kích thước khoảng 30 nm và các đặc

Nếu cấu trúc sản phẩm khác xa cấu trúc tác chất ban đầu thì phản

ứng rất khó xảy ra.
Trong cơng trình [22], vật liệu perovskite LaAlO 3 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 sốt chặt
chẽ trong q 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 phịng, 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