Tổng hợp vật liệu bán dẫn nano α- Fe2O3 từ Fe3O4/GO, ứng dụng làm vật liệu cảm biến phát hiện khí

Đã tổng hợp thành công graphite oxide (GO) từ graphite bằng phương pháp Hummers cải tiến đơn giản, rẻ tiền, dễ thực hiện và không gây ra các khí độc như ClO2 và NO2/N2O4. Trong đề tài sử dụng graphene oxit (GO) thay vì graphene oxit dạng khử (rGO) vì GO có các nhóm chức phổ biến hydroxyl, carboxyl, epoxi,… càng dễ tích điện và hấp thụ để tạo các mạch dẫn để phân bố α-Fe2O3., không mất chi phí tốn kém cho quá trình khử. Đã chế tạo thành công vật liệu nano Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa, GO bằng phương pháp Marcano (phương pháp Hummers cải tiến). Nanocomposite Fe3O4/GO bằng phương pháp hóa ướt. Sử dụng Fe3O4/GO làm tiền chất tổng hợp thành công nano α-Fe2O3 bằng quá trình nung đơn giản trong môi trường không khí. Đây là đề tài đầu tiên đo tính nhạy khí của vật liệu bán dẫn nano α-Fe2O3 với SO2, NO2 là hai khí oxi hóa và đạt độ nhạy khí cao và ổn định.

Ô nhiễm không khí đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu, ảnh hưởng đến sức khỏe và chất lượng cuộc sống của con người. NO2, SO2 là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mưa acid. Vật liệu bán dẫn nano α-Fe2O3 được sử dụng làm biến tính điện cực, ứng dụng trong cảm biến khí, có khả năng phát hiện rất tốt hai khí độc SO2 và NO2 ở nồng độ rất thấp, độ nhạy cao. Các phương pháp tổng hợp được sử dụng trong đề tài này là phương pháp đơn giản, chi phí thấp, dễ thực hiện, thời gian phản ứng nhanh và không gây ra các khí độc như ClO2 và NO2/N2O4. Chính vì vậy, có thể ứng dụng rộng rãi vật liệu bán dẫn nano α-Fe2O3 trong cảm biến khí với quy mô công nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trên thị trường có nhiều sản phẩm cảm biến khí được sản xuất phức tạp, đòi hỏi kĩ thuật và chi phí cao. Nhưng hiện nay vẫn chưa có thiết bị nào sử dụng vật liệu bán dẫn nano α-Fe2O3 ứng dụng cảm biến phát hiện hai khí NO2, SO2. Việc tổng hợp α-Fe2O3 từ Fe3O4/GO có thể được thực hiện ngay lập tức, dựa trên trình độ kỹ thuật và điều kiện thị trường vật tư trong nước hiện tại. Điều này cho thấy rằng đề tài phù hợp với khả năng kỹ thuật hiện tại và có thể được thực hiện với các nguồn tài nguyên và vật tư có sẵn trên thị trường nội địa.

Đề tài tập trung nghiên cứu phát triển cảm biến khí SO2 và NO2 trên cơ sở sợi nano α- Fe2O3 được điều chế từ Fe3O4/GO bằng phương pháp nung đơn giản với độ ổn định cao, thân thiện với môi trường và giá thành thấp. Trong đề tài sử dụng graphene oxit (GO) thay vì graphene oxit dạng khử (rGO) như các đề tài trước đây. Tuy nhiên rGO vẫn còn tồn tại khuyết điểm đó là các màng graphene oxit dạng khử phân tán trong dung dịch dễ bị vỡ vụn, trong quá trình khử cũng gây ra một số sai hỏng cho lớp màng. Quá trình khử gây mất thời gian, chi phí tốn kém. Vì vậy, đề tài quyết định nghiên cứu GO làm chất biến tính. Các kết quả của đề tài đóng góp những hiểu biết quan trọng về công nghệ chế tạo của các loại sợi nano nhằm phát triển cảm biến sợi nano ứng dụng trong quan trắc môi trường, kiểm tra giám sát môi trường tại các giàn khoan, hầm mỏ hay kiểm tra sức khỏe nên có ý nghĩa thực tiễn cao.