ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ NGỌC ÁNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH NANO NiO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ S : 60440113 Demo Version -MSelect.Pdf SDK LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG Thừa Thiên Huế, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu kết nghiên cứu ghi luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố công trình khác Họ tên tác giả Nguyễn Thị Ngọc Ánh Demo Version - Select.Pdf SDK LỜI CÁM ƠN Những lời luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Đức Cường tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy khoa Hóa học, mơn Hóa Vơ cơ, trường Đại Học Sư Phạm tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy mơn Hóa lý thuyết hóa lý, mơn phân tích, phòng thí nghiệm Hóa học Ứng dụng trường Đại Học Khoa Học tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Demo Version - Select.Pdf SDK Xin chân thành cảm ơn NCS Phạm Long Quang tận tình bảo giúp đỡ tơi trình làm thực nghiệm Cuối xin gửi lời cảm ơn gia đình bạn bè tơi động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần thời gian thực luận văn Huế, tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Ngọc Ánh MỤC LỤC - Trang phụ bìa - Lời cam đoan - Lời cám ơn MỤC LỤC NH MỤC CÁC H NH MỤC CÁC N NH MỤC CÁC H NH MỞ Ầ , CÁC CH , T T T TH Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu ối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Demo Version - Select.Pdf SDK Cấu trúc luận văn CHƯƠN TỔN Q N 1.1 Tổng quan khoa học nano công nghệ nano 1.2 Tổng quan Niken ( ) Oxit 10 1.3 Tình hình nghiên cứu tổng hợp chất nhạy khí NiO 11 CHƯƠN NỘ N À PHƯƠN PHÁP N H ÊN CỨ 16 2.1 Nội dung nghiên cứu 16 2.2 Phương pháp nghiên cứu 16 2.2.1 Phương pháp chụp hiển vi điện tử quét 16 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 17 2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua, Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao, nhiễu xạ electron khu vực chọn 18 2.2.4 Phổ hồng ngoại 20 2.2.5 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ/giải hấp phụ N2 21 2.2.6 Phương pháp phân tích nhiệt 22 2.2.7 Phổ tán sắc lượng tia X 23 2.3 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 25 2.3.1 Hóa chất 25 2.3.2 Dụng cụ 25 2.3.3 Thiết bị 25 2.4 Thực nghiệm 26 2.4.1 Tổng hợp nano NiO 26 2.4.2 Biến tính nano NiO hạt nano Ag 26 2.4.3 Khảo sát tính chất nhạy khí nano NiO Ag/NiO 27 CHƯƠN 3.1 TQ À TH O L ẬN 29 ết đặc trưng Ni(OH)2 tiền chất NiO cấu trúc nano cầu rỗng 29 3.2 Tính chất nhạy khí nano NiO 35 3.3 iến tính nano NiO hạt nano gSDK 41 Demo Version - Select.Pdf T L ẬN À N N H 44 ài báo liên quan đến luận án 45 TÀ L TH M H O 46 DANH MỤC CÁC KÍ HI U, CÁC CH VIẾT T T ads Hấp phụ BET Phương pháp đo đ ng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 (Brunauer – Emmett – Teller) DTA Phân tích nhiệt vi phân ( ifferential Thermal nalysis) EDX Phổ tán sắc lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscop) FT-IR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transfer - Infrared Spectroscopy) Lỗ trống HR-TEM Hi n vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (High-resolution Transmission Electron Microscopy) Rair iện trở cảm biến đo khơng khí Rgas iện trở cảm biến đo khí phân tích SAED Nhiễu xạ electron khu vực chọn (Selected area electron diffraction) SEM Phương pháp chụp hi n vi điện tử quét (Scanning Electron Demo Version - Select.Pdf SDK Microscopy) TEM Phương pháp hi n vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) TG Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetric nalysis) τrecor Thời gian phục hồi τres Thời gian đáp ứng XRD Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffraction) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số lý hóa niken ( ) oxit 10 Bảng 2.1 Một số hóa chất sử dụng luận văn 25 Bảng 3.1 So sánh độ đáp ứng khí H2S nhiệt độ tối ưu cảm biến NiO cảm biến công bố .38 Demo Version - Select.Pdf SDK DANH MỤC CÁC H NH V , Đ THỊ H nh 1.1 Tinh th Niken ( ) oxit 10 H nh 2.1 Sơ đồ tia tới tia phản xạ bề mặt tinh th .17 H nh 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kính hi n vi điện tử truyền qua 19 H nh 2.3 thị bi u diễn biến thiên P / V  Po – P  theo P/Po 22 H nh 2.4 Sơ đồ quy trình tổng hợp nano NiO urê 26 H nh 2.5 Sơ đồ quy trình biến tính nano NiO hạt nano g 27 H nh 2.6 (a) Thiết kế cảm biến khí phương pháp nhỏ - phủ tiền chất lên điện cực lược, (b) hình ảnh buồng đo khí (c) sơ đồ hệ thống đo 28 Hình 3.1 nh SEM (a, b, c), ảnh TEM (d, e), ảnh HR-TEM (f), SAED (g) hình ảnh dạng bột (h) Ni(OH)2 29 Hình 3.2 nh SEM (a, b, c), ảnh TEM (d,e), HR-TEM (f), S E (g) hình ảnh dạng bột NiO sau q trình nung khơng khí 31 Hình 3.3 iản đồ XR Ni(OH)2 (a) NiO (b) .32 Hình 3.4 Phổ FT- R Ni(OH)2 (a) NiO (b) 33 Hình 3.5 iản đồ T - T Ni(OH)2 (a) NiO (b) 34 Demo Version - Select.Pdf SDK Hình 3.6 Sự thay đổi điện trở cảm biến NiO theo nồng độ H2S nhiệt độ khác 36 Hình 3.7 (a) ộ đáp ứng cảm biến khí với nồng độ NH3 khác nhiệt độ đo từ 150-250 oC, (b) với CO (c) H2 nhiệt độ đo 100 oC .39 Hình 3.8 (a) So sánh độ đáp ứng cảm biến với khí khác (b) thời gian đáp ứng phục hồi… 40 Hình 3.9 nh SEM (a,b), ảnh TEM (c) phổ tán xạ lượng tia X (d) Ag/Ni(OH)2 .42 Hình 3.10 ộ hồi đáp khí H2 cảm biến g NiO 200 oC 43 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Oxit kim loại bán dẫn cấu trúc nano nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu cho nhiều lĩnh vực ứng dụng quan trọng xúc tác, hấp phụ, cảm biến, pin mặt trời, y dược, sinh học, tính chất hóa lý độc đáo liên quan đến hiệu ứng kích thước, hiệu ứng hình học thành phần [27, 52 ] Cho tới nay, oxit kim loại bán dẫn loại n Fe2O3, SnO2, ZnO, TiO2, In2O3… bán dẫn loại p gồm Co3O4, CuO, NiO với nhiều dạng cấu trúc nano khác nghiên cứu đ khai phá tính chất ưu việt so với dạng cấu trúc khối truyền thống [38] Tuy nhiên, oxit kim loại bán dẫn loại p nhận ý so với oxit kim loại bán dẫn loại n [32] Trong số oxit kim loại bán dẫn loại p, NiO oxit kim có lượng vùng cấm rộng (Eg = 3,6-4,0 e ), độ bền cao, lượng oxi hấp thụ bề mặt thường cao nên nghiên cứu cho nhiều lĩnh vực xúc tác, điện cực, vật liệu từ, cảm biến khí … [20] NiO sử dụng làm chất xúc tác thúc đẩy cho phảnDemo ứng oxi hóa chọn- lọc chất hữu dễ bay hơi, vật liệu Version Select.Pdf SDK cảm biến khí tiềm với nhiệt độ làm việc thấp [89] Cho tới nay, NiO cấu trúc nano tổng hợp từ nhiều phương pháp khác sol-gel, phân hủy nhiệt, thủy nhiệt, nhiệt dung mơi…[71] Trong số đó, phương pháp thủy nhiệt xem phương pháp đơn giản, rẻ tiền thân thiện môi trường, dễ mở rộng đ ki m soát tổng hợp nhiều dạng cấu trúc nano NiO khác cách thay đổi điều kiện tổng hợp ên cạnh đó, phương pháp thủy nhiệt dễ dàng áp dụng đ biến tính bề mặt cấu trúc nano NiO với thành phần khác kim loại quý, oxit kim loại…[65] Mặc dù có nhiều kết tổng hợp khám phá tính chất hóa lý độc đáo sở NiO cấu trúc nano Tuy nhiên, phát tri n phương pháp đơn giản, giá thành thấp, thân thiện môi trường đ ki m soát tổng hợp cấu trúc nano NiO ý từ nhiều nhà nghiên cứu Sự hình thành cấu trúc có nhiều góc, cạnh, khuyết tật bề mặt, mang tới nhiều tính chất lý thú vật liệu nano Hơn nữa, biến tính nano NiO g khảo sát ứng dụng cảm biến khí chưa nghiên cứu nhiều Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu tổng hợp, biến tính nano NiO khảo sát khả ứng dụng” ề tài nghiên cứu tổng hợp NiO cấu trúc nano phương pháp thủy nhiệt đơn giản, không sử dụng chất hoạt động bề mặt, sau biến tính nano NiO g, đồng thời khảo sát khả ứng dụng vật liệu cảm biến khí Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp nano NiO phương pháp thủy nhiệt đơn giản - iến tính nano NiO hạt nano g - hảo sát khả ứng dụng sở nano NiO g NiO cảm biến khí Đối tượng phạm vi nghiên cứu - ối tượng nghiên cứu: ật liệu nano oxit kim loại, cụ th vật liệu nano Demo niken (II) oxit (NiO).Version - Select.Pdf SDK - Phạm vi nghiên cứu: + Phương pháp hóa ướt, điều kiện tổng hợp tương đối đơn giản + Sử dụng hóa chất đơn giản muối Ni(NO3)2, AgNO3, urê chất khử NaBH4, không sử dụng dung môi hữu độc hại Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng số phương pháp đặc trưng hóa lý đ xác định hình thái, kích thước cấu trúc vật liệu - Phương pháp xử lý số liệu sử dụng phần mềm Excel 2007, OriginPro 8.0 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: cung cấp thông tin mẫu nano NiO tổng hợp biến tính - Ý nghĩa thực tiễn: ề tài mở hướng cho việc sử dụng nano NiO g NiO cảm biến khí Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm phần: - Mở đầu - Chương Tổng quan - Chương Nội dung phương pháp nghiên cứu - Chương ết thảo luận - ết luận kiến nghị Demo Version - Select.Pdf SDK ... khí chưa nghiên cứu nhiều Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài luận văn là: Nghiên cứu tổng hợp, biến tính nano NiO khảo sát khả ứng dụng ề tài nghiên cứu tổng hợp NiO cấu trúc nano phương pháp... sử dụng chất hoạt động bề mặt, sau biến tính nano NiO g, đồng thời khảo sát khả ứng dụng vật liệu cảm biến khí Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp nano NiO phương pháp thủy nhiệt đơn giản - iến tính. .. - iến tính nano NiO hạt nano g - hảo sát khả ứng dụng sở nano NiO g NiO cảm biến khí Đối tượng phạm vi nghiên cứu - ối tượng nghiên cứu: ật liệu nano oxit kim loại, cụ th vật liệu nano Demo niken