CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ TỔNG HỢP CÁC SIÊU CẤU TRÚC ZnO TINH THỂ CAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL: QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TỪ CẤU TRÚC VI CẦU RỖNG ĐẾN HÌNH THÁI HỌC DẠNG HOA

Tóm tắt

Các siêu cầu ZnO rỗng và xốp (HP) với cấu trúc nguyên vẹn có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, việc tổng hợp vật liệu như vậy gặp rất nhiều khó khăn. Nghiên cứu này góp phần vào việc tối ưu hóa quy trình điều chế siêu cầu HP ZnO với độ kết tinh cao bằng phương pháp sol-gel, đề xuất cơ chế hình thành và khả năng sử dụng các siêu cầu HP ZnO để tạo ra ZnO dạng cấu trúc hình hoa với cấu trúc 3D phức tạp hơn. Trong điều kiện phản ứng nhiệt dung môi ở 200°C, bằng cách sử dụng zinc acetate (0,065 M) trong diethylene glycol với các tỉ lệ mol H2O/Zn khác nhau, đã tổng hợp được một loạt vật liệu ZnO ở dạng hạt kích thước nanomet và dạng siêu cầu. Trong phạm vi tỉ lệ mol 2 - 4, các hạt nano ban đầu tự tập hợp thành các siêu cầu rắn và xốp (SP), phát triển chủ yếu về phía hoặc dọc theo trục c, tạo ra các siêu cầu HP với cấu trúc rỗng nguyên vẹn. Ngược lại, tỉ lệ mol 6 - 20 chỉ tạo ra tinh thể nano riêng biệt thay vì siêu cầu. Vai trò quan trọng của tỉ lệ mol H2O/Zn trong việc hình thành cấu trúc 3D HP với các lỗ rỗng nguyên vẹn đã được chỉ rõ. Tỉ lệ này góp phần kiểm soát tốc độ của quá trình chín Ostwald và tốc độ khuếch tán ra bên ngoài. Tỉ lệ mol H2O/Zn = 2 được xác định là điều kiện tiên quyết để có được các siêu cầu HP nguyên vẹn. Các siêu cầu này phát xạ mạnh và sắc nét ở 389 nm, cho thấy các ứng dụng quang điện tiềm năng. Ngoài ra, nghiên cứu cũng xem xét việc sử dụng các siêu cầu ZnO HP nguyên vẹn để tổng hợp ZnO cấu trúc 3D dạng hoa có khả năng phân tán ổn định. Quá trình phát triển tinh thể được kiểm soát để xảy ra chủ yếu dọc theo trục c hướng ra ngoài.