Một số khái niệm Công nghệ nano [10]

1.1.1. Một số khái niệm

Công nghệ nano [10]

Trước đây, thuật ngữ này được sử dụng với ý nghĩa hẹp hơn, ám chỉ các kĩ thuật sản suất và đo đạc các thực thể với kích thước nhỏ hơn 100 nm.

Như vậy, theo định nghĩa thì công nghệ nano không phải là công nghệ bao hàm nghiên cứu cơ bản về cấu tử có độ lớn nằm giữa 1nm và 100 nm. Để hiểu rõ hơn định nghĩa, ta có thể nêu ra một số ví dụ của thế giới nano. Chẳng hạn những hạt muội than từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể thiếu cho vật liệu cao su làm lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu. Vậy từ lâu vật liệu nano đã đi vào cuộc sống thường nhật của chúng ta. Một số chất dùng trong tiêm chủng cũng thuộc “nano” bởi vì chúng chứa một hoặc một vài chủng protein, nghĩa là các phần tử vĩ mô ở cỡ nanomet. Nhưng ta không thể xếp chúng vào công nghệ nano được.

Vật liệu nano (nano materials)

Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano. Khó có thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX là thời điểm mà các nhà vật lý, hoá học và vật liệu học quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất và những sự chuyển hoá của các phần tử có kích thước nano. Đó là do các phần tử nano biểu hiện những tích chất điện, hoá, cơ, quang, từ ... khác rất nhiều so với vật liệu khối thông thường [11; 12]. Ví dụ fulleren C₆₀ gồm 12 mặt ngũ giác đều, 20 mặt lục giác đều, mỗi C có lai hoá sp², do đó có hệ electron  giải toả đều cả mặt trong và mặt ngoài của phân tử hình cầu, tương tự như hệ electron  giải toả trên lớp graphit. Người ta xem fulleren là dạng hình cầu của graphit. C₆₀ kết tinh dạng tinh thể lập phương tâm diện màu đỏ tía, tan tốt trong dung môi không phân cực, có khả năng thăng hoa. Tinh thể C₆₀ được biến tính bởi kim loại kiềm hay kiềm thổ (K₃C₆₀, CsRb₂C₆₀) có tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao (333K). Màng mỏng C₆₀ có thể bị hidro hoá, metyl hoá, halogel hoá, trong đó các nhóm thế nằm ở mặt ngoài. Nó tạo thành phức chất với kim loại chuyển tiếp như C₆₀O₂Os₂(4-t-butylpyridin)₂, C₆₀Ir(CO)Cl(PH₃)₂ ...

Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp các nguyên tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua ... có kích thước trong khoảng 1-100 nm; Đó cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kính mao quản dưới 100 nm (zeolit, photphat và cacboxylat kim loại). Như vậy, vật liệu nano có thể thuộc kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao.

Có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano, do kích thước hạt vô cùng nhỏ (chỉ lớn hơn kích thước phân tử 1 – 2 bậc) nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh. Trong khi ở vật liệu thông thường chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu trong thể tích của vật, bị các nguyên tử ở lớp ngoài che chắn. Do đó có thể chờ đợi ở các vật liệu nano những tính chất khác thường sau:

- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano, do đó khi làm thay đổi cấu hình của vật liệu ở thang nano ta có thể điều khiển được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không cần thay đổi thành phần hoá học của nó [12].

- Vật liệu có cấu trúc nano có tỷ lệ diện tích bề mặt rất lớn nên chúng là vật liệu lý tưởng để làm xúc tác cho các phản ứng hoá học, thiết bị lưu trữ thông tin. Các chất xúc tác có cấu trúc nano sẽ làm tăng hiệu suất của các phản ứng hoá học và các quá trình cháy, đồng thời sẽ làm giảm tới mức tối thiểu phế liệu và các chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Hơn nữa một nửa số dược phẩm mới đang dùng để chữa trị hiện nay đều ở dạng các hạt có kích thước micromet và không tan trong nước, nhưng nếu kích thước được giảm xuống thang nanomet thì chúng sẽ rất dễ dàng được hoà tan. Vì vậy, vật liệu nano sẽ tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ trong việc sản suất các loại thuốc mới với hiệu quả cao và dễ sử dụng hơn [11].

- Tốc độ tương tác, truyền tin giữa các cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so với cấu trúc micro và có thể sử dụng tính chất ưu việt này để chế tạo ra hệ thống thiết bị truyền tin nhanh với hiệu quả năng lượng cao [6].

- Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếu các bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì chúng dễ dàng tương thích sinh học [6].

Những tính chất khác thường trên đang là đối tượng khám phá của các nhà khoa học. Vấn đề này thuộc “Hiệu ứng kích thước” (size effect).

Những nghiên cứu về vât liệu nano hiện đang dừng ở mức khảo sát và thăm dò, nghĩa là tìm phương pháp điều chế rồi khảo sát cấu tạo và tính chất sản phẩm thu được, tích luỹ dữ kiện. Những nghiên cứu lí thuyết mô hình hoá các loại vật liệu nano mới và tính chất của chúng đã xuất hiện nhưng chưa nhiều, và kết quả chưa được kiểm chứng vì dữ kiện thực nghiệm còn nghèo.

Hiện nay các vật liệu nano được phân loại như sau:

- Vật liệu nano trên cơ sở cacbon như ống cacbon

- Các loại vật liệu không trên cơ sở cacbon: vật liệu kim loại, vật liệu oxit, vật liệu xốp ...

- Các phân tử tự tổ chức và tự nhận biết.

Hoá học nano là khoa học nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định tính chất của vật liệu nano [6].

Để tổng hợp các vật liệu nano người ta có thể dùng tất cả các phương pháp tổng hợp hoá học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa trong dung dịch, nhiệt phân, thuỷ phân, điện kết tủa, oxi hoá, phản ứng vận chuyển, sol – gel, [13; 14]... Tuy nhiên, điều quan trọng nhất để tổng hợp vật liệu nano là kiểm soát kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành, do đó các phản ứng thường được thực hiện trên khuôn (đóng vai trò như những bình phản ứng nano) vừa tạo ra không gian thích hợp, vừa có thể định hướng cho sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các các phân tử với nhau. Ngày nay người ta đã dùng các khuôn là các ion kim loại, các mixen được tạo thành bởi các chất hoạt động bề mặt, các màng photpholipit [15].

1.1.2. Ứng dụng của công nghệ nano

Công nghệ nano hứa hẹn sẽ “thay đổi cuộc sống của con người” bởi có những tính chất nổi trội và mới lạ. Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống kinh tế xã hội.

Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano có ảnh hưởng nhiều như điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông. Điều này được phản ánh rõ nhất ở số lượng các transitor kiến tạo nên vi mạch máy tính, số lượng các transitor trên một con chíp tăng lên làm tăng tốc độ xử lý của nó, giảm kích thước linh kiện, dẫn tới giảm giá thành, nâng cao hiệu quả kinh tế lên nhiều lần.

Ứng dụng đầu tiên của công nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêu mỏng mới. Ngoài ra công nghệ nano còn mở ra cho công nghệ thông tin một triển vọng mới: chế tạo linh kiện hoàn toàn mới, rẻ hơn và có tính năng cao hơn hẳn so với transitor, đó là các chấm lượng tử được chế tạo ở mức độ tinh vi, mỗi chiều chỉ có 1nm thì một linh kiện cỡ 1 cm³ sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷ bit, tức là toàn bộ thông tin của tất cả các thư viện trên thế giới này có thể lưu giữ trong đó.

Quang điện tử cũng là một yếu tố chủ chốt của cuộc cách mạng công nghệ thông tin. Lĩnh vực này cũng đang có xu thế giảm tối đa kích thước, ví dụ như một số linh kiện của thiết bị phát tia laze năng lượng lượng tử, các màn hình tinh thể lỏng đòi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vài nanomet.

Ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực sinh học để tạo ra các thiết bị cực nhỏ có thể đưa vào cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng trăm các dược liệu mới từ các vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp, tạo ra các protein cảm ứng có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống, tạo ra các động cơ sinh học mà phần di động chỉ có kích thước cỡ phân tử protein, tạo ra các chíp sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thông tin như bộ não.

Công nghệ nano sinh học còn có thể được ứng dụng trong y học để tạo ra một phương pháp tổng hợp, thử nghiệm để bào chế dược phẩm, nâng cao các kĩ thuật chuẩn đoán, liệu pháp và chiếu chụp ở cấp độ tế bào với độ phân giải cao hơn độ phân giải của chụp hình cộng hưởng từ.

Một số công cụ đã được phát triển trong những năm gần đây như: kính hiển vi đầu dò quét (SPM), kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) cho phép quan sát trực tiếp hoạt động của từng phân tử bên trong các hệ sinh vật và sự chuyển động của phân tử ở thời gian thực bên trong một động cơ cấp phân tử.

Hy vọng rằng việc ứng dụng các thành tựu của công nghệ nano vào lĩnh vực sinh học và y học sẽ tạo ra được những biện pháp hữu hiệu để nâng cao sức khoẻ, tăng tuổi thọ con người

Công nghệ nano với vấn đề môi trường [18; 19]

Hoá học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời gian gần đây. Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với các hợp chất hữu cơ chứa clo trong môi trường nước. Điều này dẫn tới việc sử dụng thành công loại màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nước ngầm. Các oxit kim loại nano với sự phân huỷ của chất hấp phụ, do đó các vật liệu mới này được gọi là các “chất hấp thụ phân huỷ”. Chúng được sử dụng trong việc xử lí khí, phá huỷ các chất độc hại

Nhu cầu về năng lượng là một thách thức nghiêm trọng đối với sự tồn tại và phát triển của thế giới. Trước một thực tế là các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày một cạn kiệt thì việc tìm ra các nguồn năng lượng khác thay thế là một nhiệm vụ cấp bách đặt ra. Năng lượng mặt trời có thể chuyển hoá trực tiếp thành điện năng nhờ pin quang điện. Nguồn nhiên liệu sạch là hidro có thể được tạo ra nhờ phản ứng quang hoá phân huỷ nước. Các quá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử dụng các vật liệu nano. Việc lưu trữ hidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu ống nano.

Vật liệu composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thành phần, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm khối lượng, tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác với ánh sáng và các bức xạ khác. Các vật liệu gốm composit được sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt khắc nhiệt. Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano có các tính chất khác thường như thay đổi màu khi có dòng điện đi qua. Các loại sơn tường chứa các hạt nano làm tăng khả năng chống bám bụi. Trên thị trường đã xuất hiện loại thuỷ tinh tự làm sạch do được mạ một lớp các hạt nano chống bám bụi.

Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ milimet. Từ sản phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình kết khối thành vật liệu cụ thể. Đây là phương pháp đã được phát triển lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi. Các công đoạn theo phương pháp này như sau:

Chuẩn bị phối liệu  nghiền, trộn  ép viên  nung  sản phẩm.

Ưu điểm của phương pháp truyền thống: Dùng ít hoá chất, hoá chất không đắt tiền, các thao tác dễ tự động hoá nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với lượng lớn.

Nhược điểm: Đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, tính đồng nhất của sản phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet) nên khi ép tạo thành sản phẩm thường có độ rỗng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra chậm.

1.2.2. Phương pháp đồng tạo phức [7; 8]

Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phức cùng nhau với phối tử trong dung dịch. Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phức chất có thành phần hợp thức mong muốn. Phương pháp này đạt được sự phân bố lý tưởng các cấu tử trong hệ phản ứng vì rằng trong mạng lưới tinh thể của phức rắn đã có sự phân bố hoàn toàn có trật tự của các ion.

Ưu điểm của phương pháp đồng tạo phức: Trong hỗn hợp ban đầu đưa vào nung (hỗn hợp các phức chất) đã bảo đảm tỷ lệ hợp thức của các cấu tử đúng như trong vật liệu mong muốn.

Nhược điểm: Tìm các phức chất đa nhân không dễ dàng và công việc tổng hợp phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền. Do đó với các vật liệu đòi hỏi phải bảo đảm chính xác tỷ lệ hợp thức. Ví dụ, để tổng hợp ferit niken chúng ta có thể bắt đầu từ phức chất có công thức Ni_3­Fe₆(CH₃COO)₁₇O₃OH.12C₅H₅N. Điều lý thú là phức này có thể tinh chế thành dạng nguyên chất bằng cách kết tinh lại trong pyridin.

Đây là một trong những phương pháp đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu. Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó có thể điều chế được vật liệu mong muốn ở điều kiện nhiệt độ nung thấp.

Một điều quan trọng là thành phần của vật liệu ảnh hưởng đến nhiều tính chất, do đó tiến hành phản ứng đồng kết tủa, trong điều kiện nghiêm ngặt để kết tủa có thành phần mong muốn. Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm sau:

- Cho sản phẩm tinh khiết.

- Tính đồng nhất của sản phẩm cao.

1.2.4. Phương pháp sol – gel [25; 26]

Mặc dù đã được nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trước. Nhưng gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu cấp hạt nano.

Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và đông tụ tiền chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxít siêu nhỏ trong chất lỏng. Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim loại như các alkoxide của silic, nhôm, titan…Giai đoạn này có thể điều khiển bằng sự thay đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, xúc tác, nồng độ tác nhân, tỷ lệ nước…Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành mạng polime liên tục hay gel chứa các bẫy dung môi. Phương pháp làm khô sẽ xác định các tính chất của sản phẩm cuối cùng: gel có thể được nung nóng để loại trừ các phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ mạng gel, hoặc làm khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi mà không sụp đổ mạng gel. Sản phẩm cuối cùng thu được từ phương pháp làm khô siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel. Bên cạnh gel còn có thể thu được nhiều loại sản phẩm khác.

1.2.5. Tổng hợp đốt cháy gel polyme [22; 23; 24]

Tổng hợp đốt cháy (CS – Combustion synthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức năng), composit, vật liệu nano và vật liệu.

Trong số các phương pháp hoá học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể dạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng .

Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hoá khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành một phương pháp hấp dẫn cho sản suất các vật liệu mới với chi phí thấp so với các phương pháp truyền thống. Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là:

- Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản.

- Sản phẩm có độ tinh khiết cao.

Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha cũng như sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phương pháp hoá học ướt thường sử dụng các tác nhân tạo gel. Một số polime hữu cơ được sử dụng ngoài vai trò tác nhân tạo gel còn là nguồn nhiên liệu như polivinyl alcol, polietylen glycol, polyacrylic axit. Trong phương pháp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được chộn với polyme hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt. Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở khoảng 300 – 900^oC thu được là các oxit phức hợp mịn.

1.3. Vật liệu NiO và NiFe₂O₄ kích thước nanomet

1.3.1. Tổng hợp vật liệu

1.3.1.1. Vật liệu NiO

- E.A Souza và các cộng sự [29] đã tổng hợp vật liệu NiO và NiFeO kích thước nanomet bằng phương pháp sol - gel sử dụng tiền chất C₁₂H₂₂O₁₁ (đường mía) để tạo phức gel hình thành khi làm bay hơi nước ở 60^oC cuối cùng nung ở nhiệt độ 300, 600 hoặc 700^oC trong thời gian 2 h có thể thu được niken oxit và niken ferit kích thước hạt trung bình có thể xác định bằng cả phương trình Scherre và ảnh hiển vi điện tử quét nằm trong khoảng 11 – 36 nm.

- Ying Wu và các cộng sự [28] đã công bố điều chế thành công vật liệu NiO kích thước nano bằng vài phương pháp khác nhau thì thu được tinh thể NiO kết tinh ở các hình dạng khác nhau có kích thước và phân bố khác nhau, kết quả công bố cũng chỉ ra việc điều chế bằng phương pháp sol – gel, hỗn hợp nitrat niken và axit nitric được khuấy trộn liên tục ở 70^oC trong 18 h, gel thu được làm được làm khô ở 110^oC trong 24 h cuối cùng nung ở 400^oC trong 4 h bột oxit NiO thu được hình cầu đồng đều có kích thước trong khoảng 10 – 15 nm.

- Yọngie và các cộng sự [27] đã điều chế NiO kích thước nano dạng nan tre bằng việc sử dụng tiền chất ban đầu dạng nhũ tương nuôi cấy trong dung dịch NaCl sau khi kết tinh, rửa sạch bằng axeton làm khô và nung ở 810^oC trong 1 h loại bỏ NaCl với nước, kết quả đã chỉ ra đường kính của nan tre cỡ 40 – 100nm.

- Lili Wu và các cộng sự [30] đã điều chế vật liệu NiO dạng dây bằng phương pháp kết tủa khi cho dung dịch nitrat niken cùng với ure theo tỷ lệ tương thích và điều chỉnh pH của dung dịch bằng dung dịch axit sunfuric hoặc amoni trong khi khuấy trộn đều trên máy khuấy từ gia nhiệt ở 95^oC duy trì trong 6 h, kết thúc phản ứng bởi nước lạnh sau đó lọc rửa kết tủa bằng axeton để loại bỏ hết ion tự do, tiếp tục được sấy khô ở 75^oC trong 12 h rồi nung ở 600^oC trong 2 h thi thu được bột chứa NiO có màu đen tuyệt tối, kết quả phân tích ghi nhận sản phẩm là NiO đa tinh thể dạng dây có đường kính 5 – 15 nm.

1.3.1.2. Vật liệu NiFe₂O₄

- Mathew George cùng các cộng sự [31] đã tổng hợp thành công niken ferit (NiFe₂O₄) bằng quy trình sol – gel bằng việc hoà tan Fe (III) nitrat và Ni (II) nitrat theo tỷ lệ ban đầu 2:1 trong etylen glycol ở nhiệt độ 40^oC sau đó gia nhiệt sol chứa các kim loại này ở 60^oC để làm khô gel, tiếp tục làm khô và quá trình tự bốc cháy sảy ra ở 100^oC, cuối cùng nung sản phẩm này ở các nhiệt độ 300, 600 và 900^oC trong 12 h. Qua phân tích và tính toán cho thấy khi nhiệt độ nung tăng thì kích thước hạt cũng tăng trong khoảng 9 – 15 nm.

- L. Satyanarayana cùng các cộng sự [32] đã điều chế thành công NiFe₂O₄ bằng phương pháp thuỷ nhiệt bằng cách hoà tan Fe (III) nitrat và Ni (II) nitrat theo tỷ lệ tương thích rồi điều chỉnh pH trong khoảng 8 – 10 bằng dung dịch amoni trong khi khuấy trộn đều trong 2 h, sau đó chuyển dung dịch hỗn hợp này qua một nồi hấp bằng nhựa Teflon rồi gia nhiệt lên 225^oC kết quả áp suất hơi tự sinh đạt 20 kg/cm² trong 0,5 h, nồi hấp được làm lạnh tới nhiệt độ phòng thu được kết tủa màu đen được làm sạch vài lần với nước để khử ion dư thừa, qua phân tích và tính toán cỡ hạt của các tinh thể NiFe₂O₄ trung bình là 11 nm ứng với diện tích bề mặt 94 m²/g.

- J. Azadmanjiri cùng các cộng sự [33] đã điều chế thành công NiFe₂O₄ kích thước nano bằng quá trình tự bắt cháy sol – gel citrate bằng cách hoà tan các muối nitrat kim loại cùng với axit citric theo tỷ lệ phân tử nitrat và citric là 1:1, điều chỉnh pH = 7 bằng một lượng nhỏ amoni, khuấy trộn và gia nhiệt tới khi chuyên thành xerogel khi tới nhiệt độ tự bắt cháy thì sự lan truyền nhiệt độ trong khi cháy tới khi cháy hoàn toàn. Khối bột này được nung ở các nhiệt độ khác nhau từ 700 – 1100^oC kích thước hạt trong khoảng 45 – 75 nm, tuy nhiên nhiệt độ trong khoảng 800 – 1000^oC pha tinh thể thu được có lẫn -Fe₂O₃ chỉ ở nhiệt độ 1000^oC mới quan sát được đơn pha NiFe₂O₄, đồng đều kích thước 70 – 80 nm.

- As. Aluquerque và các cộng sự [34] tổng hợp niken ferit NiFe₂O₄ bằng phản ứng đồng kết tủa. Tiếp theo họ xác định cấu trúc và kích thước sản phẩm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, xác định từ tính của hạt bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Bột niken ferit được tổng hợp bằng cách hoà tan sắt và niken nitrat trong nước cất với thành phần mol đúng hợp thức. Sau 1 giờ khuấy, thêm NaOH (2,5 M) vào dung dịch, sản phẩm kết tủa sau đó được rửa bằng nước cất và etanol. Bột mịn nhận được sau quá trình làm khô ở 70⁰C trong 20 giờ. Các mẫu với kích cỡ phần tử trung bình khác nhau được tạo ra bằng cách nung từ 300⁰C tới 600⁰C trong 2 giờ ở không khí thường. Phân tích nhiễu xạ tia X các mẫu bột có đường kính trung bình là 4, 5, 6, 8 và 15 nm với các mẫu nung ở 300, 400, 500 và 600⁰C.

1.3.2. Ứng dụng của NiO, NiFe₂O₄ kích thước nanomet

Các oxit NiO, NiFe₂O₄ tổng hợp được với kích thước nano có diện tích bề mặt lớn hiện nay đang được nghiên cứu áp dụng trong một số lĩnh vực khác nhau:

- Xúc tác xử lí khí CO, SO₂, H₂S, VOCs [42],...

- Xúc tác trong các phản ứng chuyển hoá hữu cơ [28; 37; 40]

- Xúc tác trong quá trình sản suất khí tổng hợp [41]

- Làm sensơ đo khí [32; 35]

- Vật liệu có từ tính, anot, pin nhiên liệu, pin mặt trời,... [34; 38; 39].

Trong các ứng dụng trên, việc sử dụng vật liệu NiO, NiFe₂O₄ trong xúc tác sử lí khí đang được các nhà khoa học quan tâm bởi hoạt tính oxi hoá khử cao, khả năng chống nhiễm độc tố tốt mà giá thành thấp để thay thế các hệ xúc tác kim loại quí trên chất mang. Các vật liệu xúc tác này đóng vai trò như chất cung cấp và vận chuyển oxi cho phản ứng [42].

Nguồn phát thải ra khi CO rất nhiều như các nhà máy luyện kim đen, sản suất nhôm bằng điện phân nóng cháy hay được tạo ra trong các quá trình cháy của nhiên liệu. Oxi hoá CO thành CO₂ trên xúc tác là biện pháp để xử lí khí này [36]: