Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở TiO2, SiO2, Al2O3 không pha tạp và pha tạp Ce3+ định hướng ứng dụng trong lĩnh vực màng phủ bảo vệ chống cào xước và tự làm sạch.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN CƠ SỞ TiO2, SiO2, Al2O3 KHÔNG PHA TẠP VÀ PHA TẠP Ce3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC MÀNG PHỦ BẢO VỆ CHỐNG CÀO XƯỚC VÀ TỰ LÀM SẠCH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN CƠ SỞ TiO2, SiO2, Al2O3 KHÔNG PHA TẠP VÀ PHA TẠP Ce3+ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC MÀNG PHỦ BẢO VỆ CHỐNG CÀO XƯỚC VÀ TỰ LÀM SẠCH Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Phạm Thành Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án kết nghiên cứu thân tập thể hướng dẫn suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt xác trung thực Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Người hướng dẫn khoa học Người cam đoan GS TS Phạm Thành Huy Hà Thu Hường i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến GS.TS Phạm Thành Huy trực tiếp hướng dẫn, định hướng nghiên cứu nội dung luận án suốt trình học tập thực luận án Xin chân thành cảm ơn thầy dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ mặt để hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Hồ Xuân Năng – Chủ tịch HĐQT-TGĐ Tập đoàn Phenikaa TS Phạm Anh Tuấn – PTGĐ Ban Lãnh đạo Tập đoàn Phenikaa động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tập trung nghiên cứu luận án tiến sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ động viên đồng nghiệp Trung Tâm Polyme, nhóm nghiên cứu sinh – Viện ITIMS - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Nhóm Quang điện tử - Trường Đại học Phenikaa hỗ trợ nhiệt tình trình thực nghiệm để tác giả hoàn thành nội dung nghiên cứu luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình thân u, hậu phương vững chắc, động viên lúc khó khăn hỗ trợ vật chất tinh thần, giúp tơi n tâm thực q trình nghiên cứu hồn thiện luận án tiến sĩ Tác giả luận án Hà Thu Hường MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan màng phủ nanocomposite 1.2 Cơ chế tự làm màng phủ nanocomposite TiO2 1.2.1 Góc tiếp xúc với nước bề mặt chất rắn 1.2.2 Khả tự làm theo chế siêu ưa nước TiO2 1.2.3 Tăng cường tính chất siêu ưa nước màng phủ nanocomposite sở biến tính vật liệu nano TiO2 12 1.3 Nâng cao tính chất quang tính lý màng phủ nanocomposite sở biến tính TiO2 .13 1.4 Nâng cao hiệu suất loại bỏ chất hữu ô nhiễm vật liệu nanocomposite TiO2 vùng ánh sáng nhìn thấy .15 1.4.1 Tăng cường hiệu suất loại bỏ chất hữu ô nhiễm TiO2 .15 1.4.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả phân hủy quang xúc tác 19 1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng màng phủ nanocomposite 20 1.5.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng màng phủ nanocomposite giới… 20 1.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng màng phủ nanocomposite Việt Nam….21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .23 2.1 Hóa chất 23 2.2 Phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposite 23 2.2.1 Phương pháp sol-gel 23 2.2.2 Chế tạo màng phủ nanocomposite phương pháp phủ quay 25 2.3 Quy trình chế tạo vật liệu nanocomposite .25 2.3.1 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite TiO2-Al2O3 25 2.3.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite TiO2-SiO2-Al2O3 27 29 2.3.3 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 31 2.3.4 Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite TiO2-SiO2-Al2O3:Ce3+ 2.4 Các phương pháp kỹ thuật thực nghiệm .32 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD) 33 2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 34 2.4.3 Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) .35 2.4.4 Phổ tán sắc lượng tia X (Phổ EDS) .35 2.4.5 Phổ tử ngoại – khả kiến (UV-vis Spectroscopy) 36 2.4.6 Phương pháp phân tích phổ tán xạ Raman 37 2.4.8 Phổ huỳnh quang (PL) 38 2.4.9 Phương pháp phân tích diện tích bề mặt BET 39 2.4.10 Phương pháp phân tích phổ quang điện tử tia X (XPS) 39 2.4.11 Phân tích phổ FTIR 39 2.4.12 Phương pháp đo góc tiếp xúc 39 2.5 Phương pháp xác định tính chất lý bề mặt màng phủ 40 2.5.1 Phương pháp xác định độ cứng theo thang Mohs 40 2.5.2 Phương pháp xác định độ cứng nanoindentation màng phủ 40 2.5.3 Phương pháp xác định độ bền cào xước màng phủ 41 2.6 Xác định chiều dày màng mỏng 41 2.7 Phương pháp xác định hoạt tính quang xúc tác .41 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TiO2-Al2O3 VÀ TiO2-SiO2-Al2O3 45 3.1 Giới thiệu 45 3.2 Đặc điểm cấu trúc tính chất vật liệu nanocomposite TiO2-Al2O3 .45 3.2.1 Hình thái bề mặt màng phủ nanocomposite TiO2-Al2O3 45 3.2.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu nanocomposite TiO2-Al2O3 .46 3.2.3 Tính chất quang vật liệu nanocomposite TiO2-Al2O3 48 3.2.4 Tính chất lý màng mỏng nanocomposite TiO2-Al2O3 51 3.3 Đặc điểm cấu trúc tính chất vật liệu nanocomposite TiO2-SiO2-Al2O3 52 3.3.1 Hình thái bề mặt thành phần hóa học vật liệu nanocomposite TiO2SiO2-Al2O3 52 3.3.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu nanocomposite TiO2-SiO2-Al2O3 .55 3.3.4 Tính chất quang màng nanocomposite TiO2-SiO2-Al2O3 .56 3.3.5 Các tính chất lý màng mỏng nanocomposite TS:x%Al2O3 58 3.4 Kết luận chương 61 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ NANOCOMPOSITE TiO -SiO :Ce3+ 62 2 4.1 Giới thiệu 62 62 4.2 Hình thái bề mặt màng nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 65 4.3 Thành phần hóa học màng nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 68 4.4 Cấu trúc tinh thể nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 71 4.5 Tính chất quang màng nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 73 4.6 Tính chất thấm ướt màng nanocomposite TiO2-SiO2:Ce3+ 4.7 Kết luận chương 76 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE TiO -SiO -Al O :Ce3+ 78 2 5.1 Giới thiệu 78 5.2 Cấu trúc tính chất vật liệu nanocomposite TSA:Ce3+ 79 5.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nanocomposite TSA:Ce3+ 79 5.2.2 Hình thái bề mặt thành phần hóa học vật liệu nanocomposite TSA:x %Ce3+ 81 5.2.3 Tính chất quang vật liệu nanocomposite TSA:x%Ce3+ 87 5.2.4 Đánh giá khả loại bỏ MB dung dịch vật liệu nanocomposite TSA:x%Ce3+ 89 5.3 Ứng dụng vật liệu nanocomposite TSA:x%Ce3+ chế tạo màng phủ bảo vệ chống cào xước tự làm 97 5.3.1 Hình thái cấu trúc tính chất lớp màng phủ nanocomposite TSA:Ce3+ .97 5.3.2 Tính chất quang tính chất lý màng mỏng nano-composite TSA:6%Ce3+ 99 5.4 Kết luận chương 101 KẾT LUẬN CHUNG 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC .A DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt λ Wavelength Bước sóng Eg Band gap Vùng cấm e-/h+ Electron/hole pair Cặp electron/lỗ trống Chữ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt EDS Energy dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán sắc lượng tia X SEAD Select-area electron diffraction Nhiễu xạ điện tử vùng chọn FESEM Field emission scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét phát xạ trường SEM Scanning electron microscopy Hiển vi điện tử quét HRTEM High-resolution transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua Raman Raman spectrum Phổ tán xạ Raman FTIR Fourier transform infrared Hồng ngoại biến đổi Fourier UV Ultraviolet Tử ngoại UV-Vis Ultraviolet – Visible Tử ngoại – khả kiến XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X VB Valence band Vùng hóa trị CB Conduction band Vùng dẫn BET Brunauer-Emmett-Teller XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy Phổ quang điện tử tia X AFM Atomic force microscopy Kính hiển vi lực nguyên tử ALD Atomic layer deposition Phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử v WCA Water contact angle Góc tiếp xúc giọt nước PL Photoluminescence Quang huỳnh quang FFTED Fast Fourier transform electron diffraction Ảnh nhiễu xạ điện tử biến đổi Fourier nhanh MB Methylene blue Xanh metylen NCPs Nanocomposites powders Bột nanocomposite NCTFs Nanocomposite thin films Màng mỏng nanocomposite TA TiO2-Al2O3 TiO2-Al2O3 TSA TiO2-SiO2-Al2O3 TiO2-SiO2-Al2O3 TS:Ce3+ TiO2-SiO2:Ce3+ TiO2-SiO2:Ce3+ TSA:Ce3+ TiO2-SiO2-Al2O3:Ce3+ TiO2-SiO2-Al2O3:Ce3+ TEOS Tetraethyl ortho silicate Tetraetyl ortho silicat TBT Tetrabuthyl titanate Tetrabutyl titanat ATIP Aluminum triisopropoxide Aluminum triisopropoxide Ce(NO3)3.6H2O Cerium nitrate hexahydrate Cerium nitrat hexahydrat EtOH Ethanol Etanol IPA Isopropanol Isopropanol DEG Diethylene glycol Dietylen glycol Aac Acid acetic Axit acetic vi