Tổng hợp và đặc điểm tính chất của hạt nano và sợi nano NiFe2O4

1. LOGO TRƯ NG Đ I H C BÁCH KHOA TPHCM
KHOA K THU T HÓA H C
B MÔN HÓA VÔ CƠ
TỔNG HỢP VÀ ĐẶC ĐIỂM
CỦA HẠT NANO VÀ SỢICỦA HẠT NANO VÀ SỢI
NANO NiFe2O4
15/1/2014 TP.H Chí Minh

2. GI I THI U1
TH C NGHI M2
N I DUNG
TH C NGHI M
K T QU - BÀN LU N3
K T LU N4

3. GIỚI THIỆUGIỚI THIỆU
GI I THI U NiFe2O4
NH NG NGHIÊN C U V
NiFe2O4 –
M C TIÊU BÀI BÁO

4. GI I THI U – NiFe2O4
Spinel s t là v t li u c u trúc nano đư c quan tâm
hi n nay đ c bi t là NiFe2O4.
Nh ng ưu đi m c a NiFe2O4:
• Tinh th t tính không đ ng hư ng cao
• T hóa bão hòa cao
• Tính ch t siêu thu n t ph thu c vào hình dáng
và kích thư c
Nh ng ng d ng c a spinel s t:Nh ng ng d ng c a spinel s t:
• Đi n l nh t tính
• nh c ng hư ng t và lưu tr d li u cao
• Lưu ch t t tính
ng d ng c a ch p nh c ng hư ng t Ch t l ng t tính
C u trúc spinel s t

5. NH NG NGHIÊN C U V NiFe2O4 – M C TIÊU BÀI BÁO
Nh ng nghiên c u v vi c t ng h p v t li u c u trúc nano NiFe2O4:
Berthelin và c ng s đã t ng h p đư c nano NiFe2O4 v i kích thư c
cơ b n là 4-5nm b ng lò vi s ng đèn flash, và nghiên c u ng d ng c a
nó đ làm cathode cho pin lithium.
Kavas và c ng s t ng h p NiFe2O4 b ng ch t ho t đ ng b m t v i
s h tr quá trình th y nhi t và nghiên c u chi ti t v t tính và c u
trúc c a v t li u.
Wang và c ng s t ng h p MFe2O4 (M=Co, Ni) v i c u trúc d i nanoWang và c ng s t ng h p MFe2O4 (M=Co, Ni) v i c u trúc d i nano
x p b ng phương pháp electrospining k t h p v i k thu t sol-gel.
Liu và c ng s t ng h p s i và h t nano NiFe2O4 b ng phương pháp
th y nhi t đơn gi n dung d ch Ni(DS)2, FeCl3 và NaOH.
Nhóm nghiên c u c a Shi và Zhang t ng h p s i nano b ng PEG v i
s h tr c a đ nh v và nghiên c u c u trúc, tính ch t t c a v t li u.
D a trên các nghiên c u trư c, bài báo này đã t ng h p
thành công s i nano composite polymer/NiFe2O4 l n đ u tiên
b ng phương pháp đ ng k t tinh và nghiên c u c u trúc,
hình thái, t tính c a v t li u.

6. NGUYÊN LI U VÀ THI T B
QUI TRÌNH T NG H P NiFe2O4
6

7. NGUYÊN LI U VÀ THI T B
Nguyên li u:
T t c các tác ch t đ u là lo i s d ng trong phân tích, đ tinh khi t cao đ n
99,99% không c n tinh ch thêm đư c mua t Sigma-Aldrich.
Fe(NO3)3.9H2O, Ni(NO3)2.6H2O, PEO, NH2NH2.H2O.
Nư c c t hai l n.
Thi t b phân tích và đi u ki n đo:
PANalytical X’Pert pro đo XRD. (tia Kα c a Cu(λ = 1,5406 Å), góc tán x
10o – 80o)10o – 80o)
2000 FTIR c a hãng Perkin-Elmer đ đo ph h ng ngo i c a m u. (400-
4000 cm-1)
STA 6000 c a hãng Perkin-Elmer đ đo đư ng cong TGA và DSC. (T c đ
nhi t đư c gi 10oC/phút và kh i lư ng c a m u là 40 mg, môi trư ng N2)
Kính hi n vi đi n t (JEOL) JEM-3010 đ đo TEM và SAED. (đi n th 200
kV)
HRSEM FEI Quanta FEG200 đ đo HRSEM và EDX. (đi n th 15 kV)
Kính hi n vi Raman HR 800 (Jobin-Yvon) đ đo quang ph microRaman.
(Tia laser He-Ne λ = 633 nm đư c s d ng là ngu n kích thích)
T k (VSM, JDM-13) đ đo đư ng cong kín t tr

8. PANalytical X’Pert pro STA 6000 (JEOL) JEM-3010PANalytical X’Pert pro STA 6000 (JEOL) JEM-3010
FEI Quanta FEG200 Kính hi n vi Raman HR 800

9. QUI TRÌNH T NG H P NiFe2O4
• 20 ml Fe(NO3)3.9H2O 0,2M
• 20 ml Ni(NO3)3.6H2O 0,2M
Qui trình t ng h p v t li u c u trúc nano NiFe2O4
• 5 ml NH2NH2.H2O
• Quá trình t ng h p NiFe2O4
c u trúc nano d ng s i và
h t là gi ng nhau, ch khác
n ng đ PEO s d ng:
0,2 g PEO (h t nano)
0,4 g PEO (s i nano)

10. 1
2
3
4
5

11. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
Ph XRD c a NiFe2O4 (a) h t nano và (b) s i nano
Không có mũi nhi u x c a t p ch t như α-Fe2O3 hay NiO trên ph
Ph rõ v i nh ng mũi đ i x ng nh n, h p ch ng t đư c đ tinh khi t cao c a
s n ph m
T t c nh ng mũi bragg đ u ch rõ NiFe2O4, m ng l p phương tâm m t và nhóm
không gian Fd3m
Nh ng mũi nhi u x 30,32o, 35,81o, 37,27o, 43,45o, 53,89o, 57,41o và 62,96o đ c
trưng cho các m t (220), (311), (222), (400), (422), (511) và (440) c a NiFe2O4
Thông s m ng đư c tính là 0,83379 và 0,83352 tương ng v i m u A (h t
nano) và m u B (s i nano).

12. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
Ph microRaman c a NiFe2O4 (a) h t nano và (b) s i nano

13. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
(a) HRSEM ; (b) TEM và (c) HRTEM c a h t nano NiFe2O4
(a) HRSEM ; (b) TEM và (c) HRTEM c a s i nano NiFe2O4

14. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
Hình 4a,b cho th y h t nano NiFe2O4 có kích thư c phân b t p trung
v i kích thư c h t trung bình kho ng 24 nm.
HRSEM cho th y s n ph m g m nh ng s i gi ng c u trúc nano v i
đư ng kính là 60-65 nm và chi u dài là 142-147 nm.
Đư ng kính không gian g n m t tinh th (hình f) đư c xác đ nh là 0,294
nm phù h p v i giá tr c a m t ph ng <220> c a NiFe2O4 và kh p v i
giá tr d220 đư c tính t k t qu XRD (0,2939 nm).giá tr d220 đư c tính t k t qu XRD (0,2939 nm).

15. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
Ph SAED c a NiFe2O4 (b) h t nano ; (d) s i nano
Ph SAED xác đ nh đúng các ch s (220), (311), (222),(400), (422),
(511), và (440)c a c u trúc spinel l p phương tâm m t hoàn toàn
phù h p v i k t qu c a XRD.

16. C U TRÚC VÀ HÌNH THÁI
Ph EDX c a NiFe2O4 (b) h t nano ; (d) s i nano
Ph EDX giúp nghiên c u thành ph n nguyên t c a NiFe2O4.
K t qu cho th y ch 3 nguyên t Ni, Fe, O xu t hi n trong m u
NiFe2O4.
M u không ch a t p ch t.

17. PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CH C
Mũi t i 3411 cm-1 và 1642
cm-1 là mũi tr i dài và ch
cong liên k t H-O-H là mũi
dao đ ng c a phân t nư c
t do hay b h p ph .
Mũi t i 590 cm-1 là nh ng
dao đ ng kéo dài bên trong
c a kim lo i t i vùng t di n
Ph FTIR c a (a) PEO tinh khi t và (b) composite PEO/NiFe2O4
c a kim lo i t i vùng t di n
(Fe ↔O), trong khi đó mũi
462 cm-1 là c a kim lo i
vùng bát di n (Ni ↔ O).
S khác nhau trong v trí h p
ph c a ph c t di n và bát
di n c a tinh th NiFe2O4 là
do kho ng cách khác nhau
gi a Fe3+ - O2- trong vùng bát
di n và t di n.

18. PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CH C
Mũi xung quanh 1383 cm-1 là b i nh ng dao đ ng kéo dài c a nhóm NO3- không
đ i x ng.
Nhóm C-H b t đ i x ng và đ i x ng cho mũi 2922 cm-1 và 2859 cm-1 đ i v i s i
nano PEO/NiFe2O4. Nó xác đ nh s h p ph c a polymer trên b m t c a chúng.
Dao đ ng c a liên k t C=O c a nhóm carboxylic đư c quan sát mũi 1105 cm-1
và 1747 cm-1 tương ng v i v t ion nitrate.
S h p thu t i 1433 cm-1 ng v i nhóm –CH2.
Nhóm ng v i mũi t i 819 cm-1 là dao đ ng bi n d ng c a nhóm Fe-OH. Mũi t i
1177 là dao đ ng kéo dài c a nhóm C-O-C.
Ph FTIR c a (a) PEO tinh khi t và (b) composite PEO/NiFe2O4

19. TÍNH CH T NHI T
Đư ng cong TG/DSC c a nanocomposite PEO/NiFe2O4 (d ng s i)
M t mũi t a nhi t 356oC và 4 mũi thu nhi t 125oC, 240oC, 390oC và 542oC
đư c nh n th y trên đư ng cong DSC.
Kh i lư ng gi m giai đo n đ u tiên x y ra t 35oC đ n 170oC.
1 mũi t a nhi t 125oC trong DSC là do m t nh ng phân t nư c t do và
biên t composite ban đ u và quá trình tách nư c c a nhóm OH trong khi hình
thành spinel.

20. TÍNH CH T NHI T
Trong giai đo n th hai c a
s phân h y, kh i lư ng gi m
kéo dài t 170oC đ n 560oC.
M t mũi t a nhi t và 3 mũi thu
nhi t đư c quan sát trong
vùng này t i 356oC và 240oC,
390oC, 542oC.
Đó là s phân h y c a nhóm
nitrate và PEO t v t li u ban
Đư ng cong TG/DSC c a nanocomposite PEO/NiFe2O4 (d ng s i)
nitrate và PEO t v t li u ban
đ u. mà có hai cơ ch phân
h y liên quan đ n ph n ng
dây chuy n n i và ngo i phân
t .
S chuy n th y tinh c a PEO góp ph n làm gi m kh i lư ng b i vì s phân h y
c a PEO x y ra cùng v i s lo i b c a nhóm OH b m t v x y ra đ ng th i v i
s phát tri n c a oxy m ng.
Quá trình oxi hóa composite và hình thành nh ng h p ch t cơ kim trung gian x y ra
trong vùng này.

21. TÍNH CH T NHI T
Đư ng cong TG/DSC c a nanocomposite PEO/NiFe2O4 (d ng s i)
Sau 542oC quá trình k t tinh hoàn t t đư c th y hình DSC.
Trên vùng nhi t đ 560oC – 950oC, đư ng cong TGA h u như là th ng , không có
s t n th t kh i lư ng c a m u x y ra. Không có mũi t a nhi t hay thu nhi t đư c
quan sát DSC sau 560oC.
Đi u này nói lên m u đã b phân h y hoàn toàn t i nhi t đ 560oC. Nó cho th y
NiFe2O4 tinh khi t.

22. T TÍNH
Giá tr Ms c a s n ph m đư c t ng
h p thì nh hơn NiFe2O4 thô (55 emu
g-1) nhưng cao hơn nh ng h t nano
khác.
Đ t hóa bão hòa c a c u trúc nao
NiFe2O4 thì nh hơn so v i NiFe2O4
thô. Đó là b i vì s tăng hi u ng b
m t (hi u ng xoay nghiêng) và gi m
kích thư c h t.
Đư ng cong kín tr t c a NiFe2O4 (A) h t nano ; (B) s i nano
B ng giá tr đ t hóa bão hòa (Ms), đ t hóa dư (Mr), đ t
kháng (Hc) c a NiFe2O4 (A) h t nano ; (B) s i nano
kích thư c h t.
Hi u ng b m t nh hư ng đ n t
tính c a h t b i vì s bi n đ i trong
cân b ng tương tác trao đ i và s
hi n di n c a t tính khuy t t t b
m t c a h t nano.
S khác nhau v đ t kháng c a
m u là do s khác nhau v hình thái
c a h t và cũng do hình d ng có tính
không đ ng hư ng có th làm tăng
đáng k t tính, m t t s hư ng cao
có th làm tăng đ t kháng.

23. TÁC NHÂN NH HƯ NG Đ N S PHÁT TRI N C A
TINH TH
C u trúc d ng h t và d ng s i đư c
quy t đ nh b i lư ng PEO cho vào.
Tính ch t đ c đáo c a c u trúc PEO
có th d dàng đư c h p ph t i b
m t c a oxit kim lo i do đó giúp gi m
năng lư ng b m t chung c a toàn h .
S đ nh hư ng k t t c a nh ng h t
nano d ng c u đ u tiên ch y u do s
Quá trình hình thành c u trúc nano NiFe2O4 d ng h t và
d ng s i v i lư ng PEO khác nhau
nano d ng c u đ u tiên ch y u do s
t liên k t v i các phân t g n bên t i
m t ph ng phân cách gi a các h t
nano.
Trong nghiên c u hi n t i, s i NiFe2O4
đư c hình thành do s h p ph m nh
c a PEO t i m t chính di n tinh th
thúc đ y s k t t đ nh hư ng c a các
h t nano.
S i nano NiFe2O4 ti p t c phát tri n
t o nên nh ng tinh th x p ch ng khít
lên các phân t bên c nh.

25. K T LU N
C u trúc nano NiFe2O4 đư c t ng h p b ng phương pháp đ ng k t t a
s d ng tác nhân k t dính PEO n ng đ khác nhau.
N ng đ c a composite PEO/NiFe2O4 là m t y u t quan tr ng đ đi u
khi n c u trúc nano.
S i nano đư c hình thành n ng đ PEO cao hơn.S i nano đư c hình thành n ng đ PEO cao hơn.
K t qu nghiên c u cho th y s i nano có c u trúc l p phương tâm m t
v i đư ng kính là 60-65 nm và chi u dài là 142-147 nm.
S i nano đơn tinh th đư c hình thành thông qua s k t t đ nh hư ng
c a m i h t nano đơn tinh th .
C u trúc nano 0D và 1D đư c t ng h p cho th y tính ch t c a s t t
nhi t đ phòng 300K.

26. 26