(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tồng hợp và tính chất xúc tác quang của vật liệu composite TiO2 trên nền graphen và cacbon nitrua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lê Thị Thanh Liễu NGHIÊN CỨU TỒNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2 TRÊN NỀN GRAPHEN VÀ CACBON NITRUA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA VƠ CƠ Hà Nội – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - LÊ THỊ THANH LIỄU NGHIÊN CỨU TỒNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TiO2 TRÊN NỀN GRAPHEN VÀ CACBON NITRUA Chuyên ngành: Hố vơ Mã số: 44 01 13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HỐ VƠ CƠ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Võ Viễn GS.TS Lê Trường Giang Hà Nội – Năm 2022 , Lời cam đoan Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS.TS Võ Viễn GS.TS Lê Trường Giang Tất kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Lê Thị Thanh Liễu LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Võ Viễn GS.TS Lê Trường Giang tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, thực nghiệm nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban giám đốc Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam lãnh đạo Khoa Khoa học Tự Nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi để thực hồn thành kế hoạch nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo, quý anh chị em bạn đồng nghiệp công tác Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập làm thực nghiệm nghiên cứu Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến TS Bùi Văn Hào hỗ trợ đo đạc phân tích đặc trưng trường Đại học Công nghệ Deft, Hà Lan Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tất người thân gia đình động viên, hổ trợ, chia sẻ giúp đỡ mặt suốt thời gian học tập hoàn thành luận án Hà Nội, tháng năm 2022 Tác giả Lê Thị Thanh Liễu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2 vật liệu TiO2 biến tính .4 1.2 Vật liệu TiO2/graphene 1.2.1 Phương pháp tổng hợp composite TiO2/graphen 10 1.2.2 Cơ chế xúc tác quang vật liệu TiO2/graphen 10 1.3 Vật liệu TiO2/g-C3N4 12 1.3.1 Giới thiệu graphite carbon nitride g-C3N4 - 12 1.3.2 Vật liệu TiO2/g-C3N4 15 1.4 Vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen 20 1.4.1 Composite g-C3N4-graphen 20 1.4.2 Vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen 22 1.5 Tổng quan ô nhiễm nước số hợp chất hữu tình hình nghiên cứu vật liệu composite TiO2 graphen g-C3N4 ứng dụng làm chất xúc tác quang Việt Nam 23 1.5.1 Giới thiệu chung ô nhiễm nước chất hữu - 23 1.5.2 Tổng quan RhB, phenol kháng sinh rifampicin - 24 1.5.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu composite TiO2 graphen g-C3N4 ứng dụng làm chất xúc tác quang Việt Nam - 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị 28 2.1.1 Hoá chất - 28 2.2 Tổng hợp vật liệu .28 2.2.1 Tổng hợp TiO2/graphen - 28 2.2.2 Tổng hợp TiO2/g-C3N4 30 2.2.3 Tổng hợp vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen 32 2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 34 2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) - 34 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD) - 34 2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 35 2.3.4 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis DRS) 35 2.3.5 Phương pháp tán xạ tia X - 36 2.3.6 Phương pháp phổ Raman - 36 2.3.7 Phương pháp trắc quang xác định hàm lượng RhB, phenol kháng sinh Rifampicin mẫu nghiên cứu - 37 2.3.8 Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) - 37 2.3.9 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET) - 38 2.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 38 2.4.1 Thời gian cân hấp phụ 38 2.4.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác - 39 2.4.3 Đánh giá động học trình xúc tác - 41 2.4.4 Xác định điểm đẳng điện tích khơng vật liệu 42 2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng pH đến vật liệu 42 2.4.6 Xác đinh chế phản ứng quang phân huỷ RhB chất bắt (scavengers) 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/graphen 44 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ TiCl4 44 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian thủy nhiệt - 53 3.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 57 3.1.4 Cơ chế phản ứng xúc tác quang vật liệu TiO2/graphen - 60 3.2 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/g-C3N4 .63 3.2.1 Đặc trưng vật liệu TiO2/g-C3N4 63 3.2.2 Khảo sát khả phân huỷ RhB vật liệu - 71 3.2.3 Cơ chế phản ứng phân huỷ RhB - 73 3.3 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen 76 3.3.1 Đặc trưng vật liệu 76 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng graphen đến hoạt tính xúc tác vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen 88 3.3.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu composite TiO2/g-C3N4-graphen ánh sáng mặt trời 93 3.3.4 Ảnh hưởng pH đến hoạt tính xúc tác vật liệu - 96 3.3.5 Cơ chế trình quang xúc tác 98 3.3.6 Đánh giá độ bền vật liệu - 102 3.3.7 So sánh hoạt tính xúc tác vật liệu composite qua trình phân huỷ RhB, phenol kháng sinh Rifampicin 103 KẾT LUẬN 110 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu từ viết tắt Chú thích Tiếng anh Chú thích Tiếng việt Các q trình oxy hoá nâng AOPs Advanced oxidation processes BQ Benzoquinone DMSO Dimethyl sulfoxide EDTA Acid ethylenediaminetetreacetic EDX Energy-dispersive X-ray Tán xạ lượng tia X Eg Band gap energy Năng lượng vùng cấm IR Infrared Hồng ngoại LP Lamp power Công suất đèn chuyển hoá PSTY Photochemical space-time yield RhB Rhodamine B SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét STY Space-time yield Hiệu suất khơng-thời gian Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền Microscopy qua TEM XPS X-ray photoelectron Spectroscopy cao Hiệu suất khơng-thời gian quang hố Phổ quang điện tử tia X XRD X – ray Diffraction Nhiễu xạ tia X UV-Vis Ultraviolet – Visible Tử ngoại - khả kiến Ultraviolet – Visible Diffuse Phổ phản xạ khuếch tán tử Reflectance Spectroscopy ngoại – khả kiến UV-Vis-DRS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Kích thước hạt hàm lượng TiO2 (%) composite thu nồng độ TiCl4 khác 47 Bảng 3.2 Giá trị số kapp phương trình động học bậc trình phân huỷ RhB vật liệu TiO2/graphen 53 Bảng 3.3 Kích thước hạt TiO2 composite thu nồng độ TiCl4 0,1 M, nhiệt độ thuỷ nhiệt 180 oC, thời gian thuỷ nhiệt khác nhau, nung 300 oC 54 Bảng 3.4 Giá trị số kapp bậc trình phân huỷ RhB vật liệu TiO2/graphen .56 Bảng 3.5 Độ tinh thể composite tính từ giản đồ XRD kích thước hạt trung bình từ ảnh TEM .58 Bảng 3.6 Giá trị số kapp bậc vật liệu TiO2/graphen nhiệt độ nung 200 o C, 300 oC, 400 oC 59 Bảng 3.7 Giá trị số kapp phương trình động học bậc trình phân huỷ RhB vật liệu TiO2/g-C3N4 72 Bảng 3.8 Diện tích bề mặt riêng BET kích thước mao quản trung bình vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen với lượng graphen tăng dần 88 Bảng 3.9 Dung lượng hấp phụ TiO2/g-C3N4-graphen RhB 89 Bảng 3.10 Hằng số ztốc độ phản ứng kapp bậc trình phân hủy RhB mẫu vật liệu 96 Bảng 3.11 Hiệu suất phân huỷ RhB mẫu vật liệu nồng độ chất bắt khác 100 Bảng 3.12 Bảng so sánh PSTY vật liệu phân huỷ RhB, phenol Rifampicin .106 Bảng 3.13 Kết so sánh khả phân huỷ RhB, phenol kháng sinh Rifampicin vật liệu TiO2/g-C3N4-graphen tối ưu với cơng trình khác giới .107 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hinh 1.1 Sự hình thành mức lượng vùng cấm TiO2 pha tạp nguyên tố phi kim làm dịch chuyển hấp thụ photon sang vùng ánh sáng nhìn thấy Hinh 1.2 Vị trí đỉnh vùng hóa trị đáy vùng dẫn số chất bán dẫn Hinh 1.3 Cơ chế dịch chuyển điện tích vùng tiếp xúc Fe2O3/TiO2: Do Fe2O3 có đáy vùng dẫn thấp hơn, electron TiO2 sau kích thích lên vùng dẫn có xu hướng dịch chuyển từ TiO2 sang Fe2O3, làm tăng thời gian sống lỗ trống TiO2 Hinh 1.4 Cơ chế dịch chuyển điện tích Cu2O TiO2 dẫn đến tăng cường hoạt tính xúc tác quang vật liệụ Hinh 1.5 Sự tái hợp electron lỗ trống theo chế Z: Các electron TiO2 tái hợp với lỗ trống Cu2O vùng tiếp xúc hai vật liệu, kết làm tăng thời gian sống lỗ trống TiO2 Hinh 1.6 Cơ chế dịch chuyển điện tích TiO2 hạt nano vàng bề mặt Q trình thứ I, điện tích dịch chuyển từ TiO2 sang Au bị kích thích ánh sáng tử ngoại q trình thứ II, điện tích dịch chuyển từ Au sang TiO2 bị kích thích ánh sáng khả kiến có tần số tương ứng với tần số cộng hưởng plasmon hạt nano Au Hinh 1.7 Một số tính chất ưu việt graphen Hinh 1.8 Các vai trị graphen composite TiO2/graphen 10 Hinh 1.9 Sự tăng cường khả phân hủy RhB bề mặt TiO2/graphen 11 Hinh 1.10 Lịch sử phát phát triển g-C3N4 12 Hinh 1.11 Cấu trúc tinh thể g-C3N4 (C: màu đen N: màu đỏ .14 Hinh 1.12 Chuỗi phản ứng tổng hợp g-C3N4 từ tiền chất urea 14 Hinh 1.13 Thế khử chất phản ứng tương ứng với bề lượng 15 Hinh 14 Quy trình tổng hợp g-C3N4/Ag/TiO2 dạng hình cầu 16 Hinh 1.15 Các chế khác hình thành g-C3N4 biến tính với TiO2 ………….17 Hinh 1.16 Sơ đồ mơ tả tách lỗ trống-electron quang sinh g-C3N4 TiO2 composite vùng ánh sáng khả kiến .18 ... tài ? ?Nghiên cứu tồng hợp tính chất xúc tác quang vật liệu composite TiO2 graphen cacbon nitrua? ?? để nghiên cứu luận án 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2. .. Giới thiệu chung tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2 vật liệu TiO2 biến tính .4 1.2 Vật liệu TiO2/ graphene 1.2.1 Phương pháp tổng hợp composite TiO2/ graphen ... lượng graphen đến hoạt tính xúc tác vật liệu composite TiO2/ g-C3N4 -graphen 88 3.3.3 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu composite TiO2/ g-C3N4 -graphen ánh