Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu zno và zno pha tạp

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH CÁC BẢNG .ix DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xi LỜI MỞ ĐẦU xiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO 1.1 Giới thiệu vật liệu ZnO 1.2 Cấu trúc vùng lượng tinh thể ZnO 1.3 Tính chất vật liệu ZnO 1.3.1 Tính chất oxit kim loại 1.3.1.1 Tính chất vật lý 1.3.1.2 Tính chất hóa học 1.3.2 Tính chất quang 10 1.3.2.1 Các chế hấp thụ ánh sáng 10 1.3.2.2 Các trình tái hợp xạ 11 1.4 Cơ chế quang xúc tác ZnO 15 1.5 Các phương pháp tổng hợp vật liệu 17 1.5.1 Các phương pháp hóa học 17 1.5.1.1 Phương pháp sol gel 17 1.5.1.2 Phương pháp đồng kết tủa 18 1.5.1.3 Phương pháp thủy nhiệt 19 1.5.2 Các phương pháp vật lý 19 iii 1.5.3 Các phương pháp sinh học 20 1.6 Ứng dụng vật liệu ZnO 21 1.7 Vật liệu ZnO pha tạp 24 1.8 Tình hình nghiên cứu vật liệu ZnO pha tạp 32 1.8.1 Tình hình nghiên cứu nước 32 1.8.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 32 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 34 2.1 Phương pháp phổ hấp thụ khả kiến (UV-Vis) 35 2.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier 35 2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X 36 2.4 Phương pháp quang phổ huỳnh quang 37 2.5 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét 39 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 41 3.1 Hóa chât, thiết bị dụng cụ sử dụng thực nghiệm 41 3.1.1 Thiết bị dụng cụ sử dụng thực nghiệm 41 3.1.2 Hóa chất 42 3.2 Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu 42 3.2.1 Tổng hợp vật liệu nano ZnO 42 3.2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nano ZnO có sử dụng PVA làm chất bao 44 3.2.3 Quy trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn 45 3.2.4 Quy trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn có sử dụng PVA làm chất bao 47 3.3 Kết 48 3.3.1 Tổng hợp vật liệu ZnO từ muối ZnCl2 NaOH 48 3.3.1.1 Phổ nhiễu xạ XRD 48 3.3.1.2 Khảo sát ảnh hiển vi điện tử quét 50 iv 3.3.1.3 Phổ hấp thụ UV-Vis 50 3.3.1.4 Phổ FTIR 51 3.3.1.5 Phổ phát quang PL 53 3.3.2 Tổng hợp vật liệu ZnO có sử dụng PVA làm chất bao 53 3.3.2.1 Phổ nhiễu xạ XRD 53 3.3.2.2 Khảo sát ảnh hiển vi điện tử SEM 54 3.3.2.3 Phổ hấp thụ UV-Vis 54 3.3.2.4 Phổ FTIR 55 3.3.2.5 Phổ phát quang PL 57 3.3.3 Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn 58 3.3.3.1 Phổ nhiễu xạ XRD 58 3.3.3.2 Phổ hấp thụ UV-Vis 58 3.3.3.3 Phổ phát quang PL 59 3.3.4 Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA 60 3.3.4.1 Phổ nhiễu xạ XRD 60 3.3.4.2 Phổ hấp thụ UV-Vis 61 3.3.4.3 Phổ FTIR 62 3.3.4.4 Phổ phát quang PL 63 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ PHUONG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65 4.1 Kết luận 65 4.2 Hướng phát triển đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Al2O3 Aluminum oxide Nhôm oxit C Carbon Cacbon CO Carbon monoxide Cacbon monoxit CO2 Carbon dioxide Carbon oxit Cr Chromium Crom Co Cobalt Coban Cd Cadmium Cadmi CB Conduction band Vùng dẫn CVD Chemical vapor deposition Lắng đọng hóa học Mật độ hàm trạng thái DOS E Light intensity Cường độ ánh sáng Eg Bandgap energy Năng lượng vùng cấm Ef Fermi energy Mức Fecmi FET Field-effect transistor Transistor hiệu ứng trường Fe Iron Sắt FT-IR Fourier Transformation InfraRed Quang phổ hồng ngoại biến đổi fourier vi HCl Hydrochlric acid Axit clohidric H2 O Hydrogen oxide Nước H2 S Hydrogen sulfide Hydro sunfua H2 O2 Hydrogen peroxide Oxy già Mn Mangan Mangan MnCl2.4H2O Manganese (II) chloride Mangan (II) clorua tetrahydrat tetrahydrate MgO Magnesium oxide Magiê oxit N Nitrogen Nitơ NaOH Sodium hydroxide Natri hydoxit Na2[Zn(OH)4] Sodium zinc hydroxide Natri tetrahydroxozincat Ni Nickel Niken NaCl Sodium chloride Natri clorua NLO Nonlinear optics Quang học phi tuyến NPs Nanoparticles Hạt nano O Oxygen Oxi OH Hydroxyl Hiđrôxyl PVA Polyvinyl alcohol Polyvinyl ancol PL Photoluminescence Quang phát quang PVD Physical vapor deposition Lắng đọng vật lý S Sulphur Lưu huỳnh vii Se Selenium Selen SnO2 Tin (IV) oxide Thiếc oxide SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét ROS Reactive oxygen species Gốc tự oxi TiO2 Titanium oxide Titan oxit Te Tellurium Telua UV Ultraviolet Tia tử ngoại UV-Vis Ultra violet - Visible Tử ngoại - khả kiến UV-LED Đèn tia cực tím VO Lỗ trống oxi VZn Lỗ trống kẽm V Vanadium Vanadi VB Valence band Vùng hóa trị Zn2TiO3 Zinc titanate Kẽm titanat Zn Zinc Kẽm ZnCl2 Zinc chloride Kẽm (II) clorua Kẽm photphat tetrahydrat Zn3(PO4)2.4H2 O Zinc Phosphate Tetrahydrate ZnS Zinc sulfide Kẽm sulfua Zn(OH)2 Zinc hydroxide Kẽm oxit viii Zni Lỗ hổng khuyết tật kẽm λmax Lambda max Bước sóng cực đại XRD X-ray difraction Nhiễu xạ tia X ʋ as Dao động kéo dãn không đối xứng ʋs Dao động kéo dãn đối xứng e- Ion electron Ion điện tử h+ Ion hole Ion lỗ trống ix DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số thông số vật lý tinh thể ZnO 300 K Bảng 3.1 Các thiết bị dụng cụ sử dụng thực nghiệm 41 Bảng 3.2 Các hóa chất sử dụng thực nghiệm 42 Bảng 3.3 Bảng số liệu hóa chất sử dụng để tổng hợp nano ZnO 43 Bảng 3.4 Bảng số liệu hóa chất sử dụng để tổng hợp ZnO có PVA làm chất bao 45 Bảng 3.5 Bảng số liệu hóa chất sử dụng để tổng hợp ZnO pha tạp Mn 46 Bảng 3.6 Bảng số liệu hóa chất sử dụng để tổng hợp ZnO pha tạp Mn có PVA làm chất bao 48 Bảng 3.7 Năng lượng vùng cấm ZnO tương ứng với giá trị nồng độ NaOH tương ứng với bước sóng hấp thụ 51 x DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO a) Rocksalt, b) Zincblende, c) Wurtzite cầu màu vàng Zn, cầu màu trắng Oxi Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể ZnO ô sở Hình 1.3 Phổ XRD vật liệu nano ZnO tinh khiết Hình 1.4 Mô tả vùng Brillouin mạng tinh thể ZnO (bên trái) và sơ đồ cấu trúc vùng lượng ZnO (bên phải) Hình 1.5 Quang phổ hấp thụ vật liệu nano ZnO 14 Hình 1.6 Phổ quang phát quang (PL) ZnO (λexc = 320 nm) 14 Hình 1.7 Cơ chế phân hủy chất thải chất quang xúc tác bán dẫn 16 Hình 1.8 (a) Ảnh SEM ống nano ZnO, (b) Phổ phát quang ống nano ZnO tác động kích thích nguồn sáng có bước sóng 325 nm 22 Hình 1.9 (a)-(b) Đặc tính dòng áp I-VG I-VD transistor hiệu ứng trường dây nano ZnO, (c) Hệ số khuếch đại FETs 23 Hình 1.10 Linh kiện đơn hạt ZnO nằm lỗ nano tiếp xúc trực tiếp với điện cực kim loại và 23 Hình 1.11 Đặc tính I-V linh kiện tác động chiếu sáng từ nguồn UV-LED 365nm với cường độ sáng khác 24 Hình 1.12 Cảm biến khí sử dụng dây lưng nano Độ dẫn điện dây thay đổi theo mật độ khí CO, ethanol, NO2 hấp thụ bề mặt 24 Hình 1.13 Biểu diễn mức lượng ZnO pha tạp (a) pha tạp kiểu p với những ion kim loại, (b) pha tạp kiểu n với những ion kim loại 26 Hình 1.14 Các mẫu nhiễu xạ tia X hệ Zn1-x MnxO (x = 0.00, 0.04, 0.08) 27 Hình 1.15 Giản đồ vị trí xen kẽ (a) vị trí (b) Mn mạng tinh thể ZnO sau pha tạp 27 Hình 1.16 Phổ FTIR ZnO pha tạp Mn 29 Hình 1.17 Phổ UV-Vis (a) ZnO, (b) 2% Mn /ZnO, (c) 5% Mn / ZnO, (d) 15% Mn / ZnO 30 xi Hình 1.18 Phổ quang phát quang (PL) ZnO, ZnO pha tạp Mn ZnO pha tạp đồng 31 Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị UV-Vis 34 Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị FTIR 35 Hình 2.3 Sơ đồ nhiễu xạ tia X 36 Hình 2.4 Nguyên lý phương pháp PL 38 Hình 2.5 Cấu tạo SEM 40 Hình 3.1 Quy trình tổng hợp nano ZnO 42 Hình 3.2 Sản phẩm bột ZnO thu 43 Hình 3.3 Quy trình tổng hợp nano ZnO sử dụng PVA làm chất bao 44 Hình 3.4 Sản phẩm ZnO bọc phủ PVA 44 Hình 3.5 Quy trình tổng hợp nano ZnO pha tạp Mn 45 Hình 3.6 Sản phẩm ZnO pha tạp Mn 46 Hình 3.7 Quy trình tổng hợp nano ZnO sử dụng PVA làm chất bao 47 Hình 3.8 Dung dịch sản phẩm ZnO pha tạp Mn có sử dụng PVA làm chất bao 48 Hình 3.9 Phổ XRD vật liệu ZnO tổng hợp từ muối ZnC2 NaOH 49 Hình 3.10 Ảnh chụp SEM vật liệu ZnO tạo từ ZnCl2 NaOH 50 Hình 3.11 Phổ hấp thụ UV-Vis vật liệu ZnO tổng hợp từ ZnCl2 NaOH 51 Hình 3.12 Phổ FTIR vật liệu nano ZnO với nồng độ NaOH 0.1M 0.6M 52 Hình 3.13 Phổ phát quang PL vật liệu ZnO nồng độ NaOH thay đổi từ 0.10.6 M 53 Hình 3.14 Phổ nhiễu xạ XRD vật liệu ZnO bọc phủ PVA 0.5 g - 2.5 g 53 Hình 3.15 Ảnh SEM vật liệu ZnO bọc PVA 54 Hình 3.16 Phổ hấp thụ vật liệu ZnO bọc phủ PVA với khối lượng bọc phủ 1.0 g, 1.5 g, 2.0 g, 2.5 g 55 Hình 3.17 Phổ FT-IR nano ZnO/ PVA 55 xii Phổ FTIR nano ZnO/PVA thể Hình 3.17 Các nhóm chức đặc trưng nano ZnO/PVA xác định thông qua đỉnh dao động đặc trưng Phổ FTIR nano ZnO/PVA và PVA thu phạm vi bước sóng 4000 𝑐𝑚−1 – 400 𝑐𝑚−1 Phổ FTIR nano ZnO/PVA và PVA tương đồng với (Hình 3.18) Đỉnh hấp thụ 3277.8 𝑐𝑚−1 đặc trưng cho dao dộng giãn liên kết O-H PVA Đỉnh hấp thụ 2940 𝑐𝑚−1 2905.6 𝑐𝑚−1 đặc trưng cho dạo động giãn liên jết C-H2 C-H PVA.Tại vị trí đỉnh hấp thụ 1653.7 𝑐𝑚−1 đặc trưng cho cho liên kết COO, cho thấy liên kết PVA hạt nano ZnO Tiếp theo đỉnh hấp phụ 1417.7 𝑐𝑚−1 , 1085.9 𝑐𝑚−1 , 837.7 𝑐𝑚−1 là dao động đặc trưng dao động kéo giãn nhón vinyl acetat PVA, dao động kéo giãn C-O PVA bị giảm ZnO/PVA điều gây khuyết tật hạt nano ZnO và dao động giãn liên kết C-C PVA Và cuối cùng, đỉnh hấp thụ nằm vùng từ 600 𝑐𝑚−1 - 400 𝑐𝑚−1 đặc trưng cho dao động Zn-O, cho thấy diện ZnO mạng lưới PVA % Transmittance Kết phân tích cho thấy hạt nano ZnO bọc phủ thành công phân tử PVA kết phù hợp với kết phân tích phổ XRD ZnO ZnO/PVA 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber (cm-1) Hình 3.18 Phổ FTIR PVA nano ZnO/PVA 56 3.3.2.5 Phổ phát quang PL Phổ PL vật liệu ZnO ZnO/PVA phạm vi bước sóng 400 – 1100 nm thể Hình 3.19 Vật liệu ZnO khơng bọc PVA có đỉnh cực đại bước sóng 588.4 nm, vùng ánh sáng vàng Đối với vật liệu ZnO/PVA có đỉnh cực đại 445.47 cm-1, điều giải thích cho tái tổ hợp lượng exciton tự vùng gần phát xạ UV Vật liệu ZnO/PVA có đỉnh phát xạ bước sóng 575.042 nm, tái tổ hợp lại trạng thái kích thích khác và giải thích cho lỗi xảy vật liệu khuyết oxi Vật liệu ZnO/PVA có dải phát xạ rộng từ vùng vùng nhìn thấy vùng cận hồng ngoại Các phát xạ thu lại liên tục có tồn mức lượng kích thích nhiều tầng Sự phát xạ liên tực từ vùng nhìn thấy đến vùng cận hồng ngoại chuyển giao lượng từ vùng có lượng cao đến lượng thấp cách hợp lý PL Intensity PVA 0.5 g PVA g PVA 1.5 g PVA g PVA 2.5 g PVA 400 600 800 1000 Wavenumber (nm Hình 3.19 Phổ phát quang vật liệu ZnO nồng độ PVA thay đổi 57 3.3.3 Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn 3.3.3.1 Phổ nhiễu xạ XRD vật liệu ZnO pha tạp Mn Phổ XRD vật liệu ZnO mơ tả Hình 3.20 Các đỉnh nhiễu xạ điều thể mặt đặc trưng cấu trúc lục giác wurtize ZnO Mặc dù bán kính Mn 0.8 Å lớn bán kính Zn là 0.74 Å khơng thấy dịch chuyển đỉnh nhiễu xạ Và phổ XRD ghi nhận đỉnh nhiễu xạ khác Chứng tỏ pha tạp Mn thành công vào cấu trúc ZnO vị trí thay Zn Hình 3.20 Phổ XRD vật liệu ZnO thay đổi hàm lượng Mn pha tạp 3.3.3.2 Phổ hấp thụ UV-Vis Phổ hấp thụ UV-Vis ZnO thể vùng bước sóng 250-500 nm minh họa Hình 3.31 Các giá trị lượng vùng cấm (Eg) tính tượng ứng đỉnh hấp thụ lầ lượt là: 3.45 eV (2%), 3.45 eV (4%), giảm nhẹ 58 tăng nồng độ Mn Giá trị độ rộng vùng cấm ZnO không pha tạp 3.37 eV Cho thấy giảm giá trị lượng vùng cấm thực bằng cách tăng nồng độ Mn (do tương tác giữa electron d nguyên tử Mn với electron s p nguyên tử Zn (tương tác s - d p - d) [14] Nhưng chúng tơi tăng nồng độ Mn lên đến 7% lượng vùng cấm tăng (3.6 eV) Điều này Johnson cộng chứng minh rằng việc tăng nồng độ hạt tải thông qua pha tạp khuyết thiếu oxi bị giới hạn tăng nồng độ hạt tải làm giảm độ linh động hạt tải dẫn tới tượng tán xạ giữa hạt tải Do cần phải có cân bằng giữa nồng độ hạt tải và độ linh động hạt tải để có điện trở thấp 363.5 nm Absorbance 346 nm Mn 2% Mn 4% Mn 7% 250 300 350 400 450 500 Wavelength (nm) Hình 3.21 Phổ hấp thụ UV-Vis vật liệu ZnO thay đổi hàm lượng Mn pha tạp 3.3.3.3 Phổ phát quang PL Phổ phát quang PL vật liệu ZnO pha tạp thể Hình 3.22 Vật liệu pha tạp Mn cho đỉnh phát xạ vùng ánh sáng nhìn thấy ZnO cường độ phát xạ giảm xuống Vật liệu pha tạp Mn vào cho phát xạ liên tục từ vùng ánh sáng nhìn thấy cận hồng ngoại 59 Hình 3.22 Phổ phát quang vật liệu ZnO thay đổi hàm lượng Mn pha tạp 3.3.4 Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA 3.3.4.1 Phổ nhiễu xạ XRD vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA Hình 3.23 phổ nhiễu xạ XRD vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA với hàm lượng Mn %, %, % Tại góc nhiễu xạ 2Ө = 13.3 là đỉnh nhiễu xạ mặt (101) tinh thể PVA Bên cạnh thể mặt (100), (002), (101), (102), (110), (103), (200), (112), (201) và (202) đặc trưng cấu trúc lục giác wurtzỉe ZnO Khi pha tạp vào cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng và có dịch chuyển đỉnh nhẹ phía bên phải Mn có bán kính 0.8 Å, Zn có bán kính 0.74 Å pha tạp vào Mn vào cấu trúc ZnO làm kéo dãn cấu trúc ZnO, nhiên dịch chuyển này không đáng kể Qua phổ XRD, nhận thấy không xuất thêm đỉnh nhiễu xạ khác, chứng tỏ pha tạp thành công Mn vào cấu trúc ZnO bọc phủ PVA 60 Hình 3.23 Phổ XRD vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA với hàm lượng Mn làm lượt %, %, % 3.3.4.2 Phổ quang phổ hấp thụ vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA Hình 3.24 trình bày đồ thị phổ hấp thụ UV-Vis vật liệu nano ZnO ZnO pha tạp Mn %; %; % Đỉnh hấp phụ cực đại vị trí bước sóng: 350 nm, 351.5 nm, 349.5 nm, 400 nm tương ứng với ZnO, ZnO-Mn %, ZnO-Mn %, ZnOMn % Khi pha tạp Mn vào ZnO có dịch chuyển đỉnh hấp phụ Từ cơng thức (35), tính tốn lượng vùng cấm đỉnh hấp phụ nói 3.54 eV, 3.53 eV, 3.33 eV, 3.09 eV Độ rộng vùng cấm vật liệu giảm tăng nồng độ pha tạp lên Độ giảm vùng cấm giảm kích thước hạt làm vị trí khuyết oxi bề mặt ZnO Khuyết oxi bề mặt đã dẫn đến trạng thái lỗi cục vùng cấm ZnO, dẫn đến dự dịch chuyển đỏ vùng cấm Đặc điểm tương tác trao đổi sp – d giữa vùng điện tử điện tử cục Mn Từ những điều trên, chứng tỏ Mn thâm nhập vào cấu trúc Wurtzite Hexagonal ZnO.7 61 Absorbance 349.5 nm 400 nm 351.5 nm ZnO/ Mn 2% Pure ZnO ZnO/ Mn 7% ZnO/ Mn 5% 300 400 500 Hình 3.24 Phổ hấp thụ UV-Vis vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA với hàm lượng Mn làm lượt %, %, % C-C 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Zn-O C-O OH ZnO-Mn 7% Mn C-H2 C-H % transmittance C=O COO 3.3.4.3 Phổ FTIR vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA 500 Wavenumber (cm-1) Hình 3.25 Phổ FTIR vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA với hàm lượng Mn 7% 62 Phổ hồng ngoại vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA thể đồ thị Hình 3.25 Dao động giãn liên hết Zn-O nằm vùng 400500 cm-1 Dao động uốn Mn số sóng 595.896 cm-1 Các số sóng 834.544 cm1 , 1083.798 cm-1, 1420.798 cm-1, 1655.589 cm-1, 2903.307 cm-1, 2941.395 cm-1, 3266.341 cm-1 là dao động giãn C-C, C-O, C=O, COO, C-H, C-H2, OH đặc trưng cho nhóm chức PV Tại số sóng 481.6 cm-1 là dao động dãn đặc trưng Zn-O lục giác wurtzite Qua những phân tích trên, chứng tỏ hiện vật liệu ZnO pha tạp Mn mạng lưới PVA PL Intensity 3.3.4.4 Phổ quang phát quang vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA 400 ZnO/Mn 0% ZnO/Mn 2% ZnO/Mn 5% ZnO/Mn 7% 500 600 700 800 900 1000 1100 Wavelength (nm) Hình 3.26 Phổ phát quang PL vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc phủ PVA với hàm lượng Mn làm lượt %, %, % Phổ PL vật liệu ZnO vât liệu ZnO pha tạp Mn bọc PVA (tỷ lệ pha tạp Mn là %; %; % thể Hình 3.26 Đối với vật liệu ZnO cường độ phát xạ mạnh vùng ánh sáng nhìn thấy Cịn vật liệu phát xạ liên tục 63 từ vùng ánh sáng nhìn thấy sang vùng cận hồng ngoại Đỉnh hấp thụ cực đại vật liệu pha tạp nằm khoảng giữa vùng ánh sang nhìn thấy cận hồn ngoại (bước sóng từ 700 nm – 950 nm) Sự phát quang liên quan chặt chẽ đến cặp điện tử - lỗ trống Cường độ PL dây nano ZnO pha tạp Mn thấp so với dây nano ZnO nguyên chất, chứng tỏ rằng dây nano ZnO pha tạp có cải thiện tính chất quang học Điều chất pha tạp tạo số bẫy điện tử để ngăn chặn tái tổ hợp cặp điện tử - lỗ trống Bằng cách so sánh cường độ PL chúng, rõ ràng dây nano ZnO pha tạp chất có tỷ lệ tái kết hợp thấp và đặc tính quang học tốt 64 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Đề tài với nội dung “Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu ZnO ZnO pha tạp Mn” sau thời gian thực thu kết sau:  Chế tạo thành công vật liệu ZnO bọc PVA vật liệu ZnO pha tạp Mn bọc PVA bằng phương pháp kết tủa hóa học nhiệt độ thấp  Các hạt nano ZnO tổng hợp với nồng độ NaOH 0.1 M chất bao PVA 1g tối ưu  Các hạt nano ZnO ZnO bọc phủ PVA có cấu trúc lục giác Wurtzite, mẫu ZnO bọc phủ PVA xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng PVA, chứng tỏ bọc phủ PVA thành cơng  Hạt nano ZnO có dạng hình que với kích thước dao động khoảng 10-50 𝜇𝑚 ZnO bọc phủ PVA có dạng hình cầu với kích thước hạt cầu nằm khoảng 100 nm  Hàm lượng pha tạp Mn 7% có bọc phủ PVA không làm thay đổi cấu trúc vật liệu ZnO làm thay đổi đáng kể tính chất quang ZnO: pha tạp Mn vào làm thay đổi lượng vùng cấm gây dịch chuyển đỏ đỉnh hấp thụ vật liệu Cường độ phát xạ giảm, ngăn chặn tái hợp cặp điện tử lỗ trống  Các hạt nao ZnO, ZnO bọc phủ PVA, ZnO pha tạp Mn có đỉnh hấp thụ 349.8 nm, 385.5 nm, 401.4 nm và đỉnh phát xạ là: 588.4 nm, 445.5, 779.9 nm 4.2 Hướng phát triển đề tài  Đo hiệu suất phân hủy chất màu hữu vật liệu ZnO ZnO pha tạp Mn  Nghiên cứu phát triển phương pháp sử dụng để tổng hợp vật liệu tối ưu khảo sát nhiệt độ trình nung, sấy sản phẩm ảnh hưởng nào đến tính chất, kích thước, hình thái vật liệu  Phát triển tính ứng dụng sản phẩm không ứng dụng làm quang xúc tác mà ứng dụng khác đời sống: làm bao bì kháng khuẩn, độn vào sản phẩm polymer để nhằm tăng lý tính mạng 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt Đinh Thị Hồng Thảo (2018), “Tổng hợp nano ZnO pha tạp Ag ứngdụng xử lý xanh methylene, alizarin reds mơi trường nước”, Luận án thạc sĩ hóa học, đại học Đà Nẵng, trường đại học sư phạm, trang Lưu Thị Việt Hà (2018), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn, Ce, V đáng giá khả quang oxi hóa chúng”, Luận án tiến sĩ hóa học, Hà Nội, trang Đặng Mậu Chiến (2018), “Vật liệu nano - Phương pháp chế tạo, đánh giá, và ứng dụng”, Viện công nghệ nano, trang 39-41 https://thiendinhphong.com/tin-tuc-hoa-chat-cong-nghiep/tinh-chat-hoa-hoc-cuazno.html?fbclid=IwAR22lX3sb1L5vXp8ISCfT-yozaGIe3mM3cxELKgTaFjyrnk8jxB3FqU8kU#:~:text=M%E1%BA%B7c%20d% C3%B9%20K%E1%BA%BDm%20oxit%20l%C3%A0,m%E1%BB%99t%20s%E 1%BB%91%20t%E1%BA%A1p%20ch%E1%BA%A5t%20kh%C3%A1c.&text= %C4%91%C6%B0%C6%A1ng%20v%E1%BB%9Bi%200.00007.,Oxit%20k%E1%BA%BDm%20l%C3%A0%20oxit%20l%C6%B0%E1%BB%A1 ng%20t%C3%ADnh%2C%20h%E1%BA%A7u%20nh%C6%B0%20kh%C3%B4n g%20tan,tr%C6%B0%E1%BB%9Dng%20axit%20nh%C6%B0%20axit%20clohyd ric, ngày 20/12/2020 Đức Tiến, Ứng dụng quang phổ hồng ngoại phân tích thí nghiệm http://khampha.vn/the-gioi-vi-tinh/ung-dung-quang-pho-hong-ngoai-trong-phantich-thi-nghiem-c51a720965.html?fbclid=IwAR0gJObkqk6H6mqL1F b3FcLYroSARQ79T0jlQr_diq6fbriPsUGg_Cy8, ngày 20/12/2020 Nguyễn Thành Phương (2015), “Nghiên cứu tổng hợp mực in chấm lượng tử ZnS pha tạp Mn nhằm ứng dụng công nghệ in bảo mật”, NCKH cấp trường trọng điểm Dược sĩ Lưu Anh, Phương pháp quang phổ https://duocdienvietnam.com/phuong-phap-quang-pho-huynhquang/?fbclid=IwAR0okPPp8jN-kcDSK2A47vcG4_z7j7Urg2G9_1t4_AEO3h_ajP3owb9PoU, truy cập ngày 20/12/2020 huỳnh quang, 66 Máy quang phổ huỳnh quang: nguyên lý, ứng dụng phân loại, Thiết bị khoa học, https://maykhoahoc.com/nguyen-ly-may-quang-pho-huynh-quang-ung-dung-phanloai.html?fbclid=IwAR31I1SUzWjfCbOOv59iJ8Fewpb553vwvfUX26P4ryhb8UpawZ7SDMPKA4, truy cập ngày 20/12/2020 Giới thiệu kính hiển vi điện tử quét (SEM), AD Technology, https://adtechnology.vn/gioithieuvekinhhienvidientuquetsem/?fbclid=IwAR2Dsd1f w9LBWj4njtpo0MTb6aca5pq9Qt3mnw_PVzOULt4JpjYM-DTfTnk, Truy cập ngày 20/12/2020 Nơng Ngọc Hổi (2015), “Nghiên cứu tính chất vật liệu ZnO pha tạp Eu3+”, luận văn thạc sĩ khoa học, chuyên ngành vật lý chất rắn, Đại học khoa học tự nhiên, đại học quốc gia Hà Nội, trang 4-8 10 Nguyễn Quang Hòa (2019), “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng CuO ZnO định hướng ừng dụng linh kiện điện tử”, Luận án tiến sỹ vật lý, trường đại học khoa học tự nhiên, trường đại học quốc gia Hà Nội, trang 20-23 11 Keomany Inthavong (2018), “Chế tạo vật liệu ZnO bằng phương pháp hóa siêu âm, nghiên cứu hấp thụ Cr(VI), quang xúc tác xử lý methylene xanh môi trường nước”, Luận văn thạc sĩ hóa học, đại học Thái Nguyê, trường đại học sư phạm, trang 4-7 12 Nguyễn Linh Nam (2016), “Tổng hợp và phân tích đặc tính oxit kẽm ZnO, cấu trúc nano/micro ứng dụng làm vật liệu cản quang hấp thụ tia cực tím”, Đề tài khoa học công nghệ cấp đại học, Đà Nẵng, trường cao đẳng công nghệ, trang 13-15 13 Nguyễn Trà My (2019), “Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc hoạt tính quang xúc tác vật liệu nano ZnO pha tạp ZnFe2O4”, Luận văn thạc sĩ hóa học, đại học Thái Nguyên, trường đại học sư phạm 14 Nguyễn Quỳnh Anh (2018), “Tổng hợp tính chất quang ZnO: Eu3+ bằng phƣơng pháp khuếch tán nhiệt”, Khóa luận tốt nghiệp đại học, chuyên ngành hóa phân tích, trường đại học sư phạm Hà Nội 2, trang 18-23 15 Hồng Thị Hương Quế, Nguyễn Đình Bảng, Bùi Thị Ánh Nguyệt (2015), “Hoạt tính quang xúc tác zno Mn-ZnO tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy”, Khoa hóa học, trường đại học khoa học tự nhiên, đại học quốc gia Hà Nội 67 Tài liệu tham khảo tiếng Anh 16 Gotea, Valer; Gartner, Jared J.; Qutob, Nouar; Elnitski, Laura; Samuels, Yardena (2015) The functional relevance of somatic synonymous mutations in melanoma and other cancers Pigment Cell & Melanoma Research 17 Ü Özgür, Ya I Alivov, C Liu, A Teke, M A Reshchikov, S Doğan, V Avrutin, S.-J Cho, and H Morkoỗd, A comprehensive review of ZnO materials and devices, Department of Electrical Engineering and Physics Department, Virginia Commonwealth University 18 Claus F Klingshirn, Bruno K Meyer, Andreas Waag, Axel Hoffmann, “Jean Geurts, Zinc Oxide”, Springer Series in materials science, pp 1-2 19 Chin Boon Ong, Law Yong Ng, Abdul Wahab Mohammad, A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and applications 20 Zhe Chuan Feng (2013), “Handbook of Zinc Oxide and related material, Volume one, Devices and nano Engineering”, Electronic Material and Devices Series, pp 4-6 21 Snehal Yedurkar, Chandra Maurya, Prakash Mahanwar (2016), “Biosynthesis of Zinc Oxide Nanoparticles Using Ixora Coccinea Leà Extract – A Green Approach”, Open Journal of Synthesis Theory and Application Pp 22 Bheemanagouda N Patil, Tarikere C Taranath (2016), “Limonia acidissima L leaf mediated synthesis of zinc oxide nanoparticle: A poten tool against Mycobacterium tuberculosis”, Postgraduate Department of Studies in Botany, Environmental Biology Laboratory, Karnatak University, Dharwad, Karnataka, India, pp 199 23 Satyanarayana Talam, Srinivasa Rao Karumuri, Nagarjuna Gunnam (2012), “Synthesis, Characterization, and Spectroscopic Properties of ZnO Nanoparticles”, Research Articles 24.Vijaya KUMARI, Anuj MITTAL, Jitender JINDAL, Suprabha YADAV, Naveen K UMAR (2019), “S-, N-, C-doped ZnO as semiconductor photocatalysts: A review”, Material Science, pp 1-3 25 Chin Boon Ong, Law Yong Ng, Abdul Wahab Mohammad (2018), “A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts: Synthesis, mechanisms and application”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp 536-538 68 25 Ayesha Naveed Ul Haq, Akhtar Nadhman, Ikram Ullah, Ghulam Mustafa, Masoom Yasinzai, and Imran Khan (2017), “Synthesis Approaches of Zinc Oxide Nanoparticles: The Dilemma of Ecotoxicity, Review articles” 26 A Król, P Pamastowski, k Rafinska, V Raillean-Plugaru, B Buszewski (2017), “Zinc oxide nanoparticle: Synthesis, antiseptic activity and toxicity mechanism”, Advances in Colloid and Interface Science 27 Yao Ming Hao, Shi Yun Lou, Ning Li (2012), “Structural, optical, and magnetic studies of Manganese-doped zinc oxide hierarchical microspheres by self-assembly of nanoparticles”, Nanoscale Research Letters 28 Fahimeh Abrinaei, Nasibeh Molahasani (2018), “Effects of Mn doping on the structural, linear, and nonlinear optical properties of ZnO nanoparticles”, Journal of the Optical Society of America 29 Morasae Samadi, Mohammad Zirak, Amene Naseri, Elham Khoashadizade, Alireza Z Moshfegh (2016), “Recent progress on doped ZnO nanostructures for visible light photocatalysis”, Thin solid Films 30 B.N Dole, V.D Mote, V.R Huse, Y Purushotham, M.K Lande, K.M Jadhav, S.S Shah (2011), “Structural studies of Mn doped ZnO nanoparticles, Current Applied Physics 31 Wei Li, Guojing Wang, Chienhua Chen, Jiecui Liao (2017), “Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity of ZnO nanowires Doped ưith Mn 2+ Co2+ Ions, Materal Science 32 Marina Bandeỉa, Marcelơ Giovanela, Mariana Roesch-Ely, Dec M Devine, Janaina da Silva Crespo (2020), “ Green synthesis of zinc oxide nanoparticle: A review of synthesis methodology and mechanism of formation”, Sustainable Chemistry and Pharmacy 33 Cheng Yan, Li Wen-Xian, Hao Wei-Chang, Xu Huai-Zhe, Xu Zhong-Fei, Zheng Li-Rong, Zhang Jing, Dou Shi-Xue, Wang Tian-Min (2016), “Manipulating coupling state and magnetism of Mn-doped ZnO nanocrystals by changing the coordination environment of Mn via hydrogen annealing”, Chinese Physics B 34 B.N Dole, V.D Mote, V.R Huse, Y Purushotham b, M.K Lande, K.M Jadhav, S.S Shah (2011), “Structural studies of Mn doped ZnO nanoparticles”, Current Applied Physics 69 35 N A Putri, Y Febrianti, I Sugihartono, V Fauzia, and D Handoko (2017), “Synthesis and characterization of Co-doped zinc oxide nanorods prepared by ultrasonic spray pyrolysis and hydrothermal methods”, International symposium on current progress in mathematics and sciences 2016 36 Wei Li, Guojing Wang, Chienhua Chen, Jiecui Liao (2017), “Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity of ZnO nanowires Doped with Mn2+ and Co2+ Ions”, Nanomaterial 37 Dionisio da Silva Biron, Venina dos Santos (2020), “Synthesis and Characterization of Zinc Oxide Obtained by Combining Zinc Nitrate with Sodium Hydroxide in Polyol Medium”, Material research 38 Wali Muhammad, Naimat Ullah, Muhammad Haroon and Bilal Haider Abbasiv (2019), “Optical, morphological and biological analysis of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) using Papaver somniferum L”, Croya Society of Chemistry 39 Sha Tao, Mei Yang, Huihui Chen, Mingyue Renab and Guangwen Chen (2016), “Continuous synthesis of hedgehog-like Ag–ZnO nanoparticles in a two-stage microfluidic system”, Croya Society of Chemistry 40 Nagaraju, G, Udayabhanu, Shivaraj, Prashanth, S.A Shastri, M Yathish, K.V Anupama, C Rangappa, D (2017), “Electrochemical heavy metal detection, Photocatalytic, Photoluminescence, Biodiesel production and Antibacterial activities of Ag-ZnO nanomaterial” Materials Research Bulletin 41 Kołodziejczak-Radzimska, Agnieszka, Markiewicz, Ewa; Jesionowski, Teofil (2012), “Structural Characterisation of ZnO Particles Obtained by the Emulsion Precipitation Method” Journal of Nanomaterials 42 Singh, Jagpreet; Kaur, Sukhmeen; Kaur, Gaganpreet; Basu, Soumen; Rawat, Mohit (2018), “Biogenic ZnO nanoparticles: a study of blueshift of optical band gap and photocatalytic degradation of reactive yellow 186 dye under direct sunlight”, Green Processing and Synthesis 43 Abdolhosseinzadeh, Sina; Asgharzadeh, Hamed; Sadighikia, Sina; Khataee, Alireza (2016), “UV-assisted synthesis of reduced graphene oxide–ZnO nanorod composites immobilized on Zn foil with enhanced photocatalytic performanc”, Research on Chemical Intermediates 70 ... tài ? ?Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu ZnO ZnO pha tạp Mn” để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Các nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm:  Xây dựng quy trình tổng hợp vật ZnO, ZnO pha tạp. .. dụng vật liệu ZnO 21 1.7 Vật liệu ZnO pha tạp 24 1.8 Tình hình nghiên cứu vật liệu ZnO pha tạp 32 1.8.1 Tình hình nghiên cứu nước 32 1.8.2 Tình hình nghiên cứu. .. chúng, rõ ràng là nano ZnO pha tạp chất có tỷ lệ tái kết hợp thấp và đặc tính quang học tốt [31] 31 1.8 Tình hình nghiên cứu vật liệu ZnO pha tạp ZnO vật liệu có nhiều tính chất trội có tiềm ứng