Luận án Tổng hợp, biến tính vật liệu nano của một số nguyên tố đất hiếm và đánh giá hoạt tính xúc tác quang hóa

Tên luận án:

TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VẬT LIỆU NANO CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG HÓA

Ngành:

Hóa Lý thuyết và Hóa lý

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung vào việc tổng hợp và biến tính các vật liệu nano của một số nguyên tố đất hiếm, đồng thời đánh giá hoạt tính xúc tác quang hóa của chúng. Trong bối cảnh vật liệu nano đất hiếm đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ các đặc tính lý hóa độc đáo như hiệu ứng lượng tử, kích thước và bề mặt, công trình này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc khám phá các ứng dụng mới trong xúc tác, cảm biến khí và kỹ thuật y sinh.

Nghiên cứu đã phát triển các phương pháp hóa học tiên tiến, bao gồm phương pháp hai pha và polyol, để tổng hợp thành công nhiều cấu trúc nano oxit đất hiếm. Cụ thể, vật liệu nano Nd2O3 được điều chế với cấu trúc đa cấp dạng quả cầu và mạng lưới xốp thông qua quá trình tự sắp xếp của các hạt cơ sở, với các điều kiện tổng hợp được tối ưu hóa ở 180 °C, 24 giờ phản ứng và nung 600 °C. Vật liệu nano Gd2O3 hình cầu được tổng hợp bằng phương pháp vi sóng polyol, trong đó trietylen glycol (TEG) đóng vai trò kép là dung môi và chất ổn định/hoạt động bề mặt, cho phép kiểm soát kích thước hạt hiệu quả.

Đồng thời, vật liệu nano Gd(OH)3 dạng thanh đồng nhất (kích thước trung bình 20x200 nm) cũng được tổng hợp thành công bằng phương pháp polyol trong dung dịch nước và thể hiện hoạt tính quang xúc tác tốt trong phân hủy màu đỏ Congo. Các hạt nano CeO2 phân cấp dạng hạt cầu (kích thước trung bình 50 nm, lắp ráp từ các hạt sơ cấp 5 nm) được điều chế và chứng minh hoạt tính xúc tác vượt trội trong phân hủy xanh metylen dưới tác dụng của tia UV.

Điểm nổi bật khác của luận án là việc biến tính thành công cấu trúc nano CeO2 dạng hạt cầu và Gd(OH)3 dạng thanh bằng ion Nd³+ (với hàm lượng khoảng 25% mol). Quá trình biến tính này không làm thay đổi đáng kể tính chất pha và hình thái ban đầu của vật liệu, đồng thời đảm bảo sự phân bố đồng đều của Nd³+ trong mạng tinh thể. Các vật liệu biến tính này hứa hẹn tăng cường tính chất hóa lý và mở rộng ứng dụng trong tương lai.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
  • 1.1. Vật liệu nano oxit đất hiếm
  • 1.2. Cấu trúc của oxit đất hiếm
  • 1.3 Tổng quan về nano gadolini oxit.
  • 1.4. Tổng quan về nano Nd2O3
  • 1.5 Tổng quan về nano CeO2
  • 1.6. Một số phương pháp hóa học điều chế vật liệu nano
    • 1.6.1 Phản ứng kết tủa trong dung môi nước
    • 1.6.2 Phản ứng kết tủa trong dung môi hữu cơ
  • 1.7. Quá trình oxy hóa – khử nâng cao và ứng dụng
    • 1.7.1. Quá trình oxy hóa – khử nâng cao
    • 1.7.2 Ứng dụng vật liệu nano oxit đất hiếm trong xúc tác quang.
• Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 2.1. Mục tiêu
    • Tổng hợp một số vật liệu nano đất hiếm bằng phương pháp hóa học; Nghiên cứu các thông số phản ứng để kiểm soát kích thước hạt và hình thái của vật liệu nano; đánh giá khả năng xúc tác quang và phản ứng oxy hóa-khử nâng cao của vật liệu nano tổng hợp.
  • 2.2. Nội dung nghiên cứu
    • Các phương pháp hóa học đơn giản đã được phát triển để tổng hợp cấu trúc nano CeO2 và sử dụng làm chất xúc tác cho quá trình quang phân hủy xanh metylen.
    • Các phương pháp polyol đã được phát triển để tổng hợp các cấu trúc nano Gd2O3 và sử dụng làm chất xúc tác cho các quá trình oxy hóa nâng cao.
    • Các phương pháp tiếp cận hai pha đã được phát triển để tổng hợp cấu trúc nano Nd2O3.
    • Vật liệu nano CeO2 và Gd(OH)3 pha tạp bởi ion Nd bằng phương pháp polyol.