Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu

Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.Nghiên cứu chế tạo xúc tác quang bán dẫn TiO2, ZnO biến tính định hướng ứng dụng để xử lý môi trường và chuyển hoá CO2 thành khí nhiên liệu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - VŨ DUY THỊNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC QUANG BÁN DẪN TiO2, ZnO BIẾN TÍNH ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG VÀ CHUYỂN HỐ CO2 THÀNH KHÍ NHIÊN LIỆU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - VŨ DUY THỊNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC QUANG BÁN DẪN TiO2, ZNO BIẾN TÍNH ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ MƠI TRƯỜNG VÀ CHUYỂN HỐ CO2 THÀNH KHÍ NHIÊN LIỆU Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.44.01.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Ngô Thị Hồng Lê GS.TS Vũ Đình Lãm Hà Nội – 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn TS Ngô Thị Hồng Lê GS.TS Vũ Đình Lãm Các kết số hợp tác nghiên cứu mà sử dụng luận án đồng ý đồng tác giả Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 05 tháng 07 năm 2023 Tác giả luận án Vũ Duy Thịnh LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS Ngơ Thị Hồng Lê, GS.TS Vũ Đình Lãm giúp đỡ, hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian qua Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cán Học viện, Viện Khoa học vật liệu quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu luận án Tôi xin chân thành cảm ơn nhà khoa học phòng Vật lý vật liệu từ siêu dẫn - Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam chia sẻ kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian làm thực nghiệm hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè, trường Đại học Mỏ - Địa chất giúp đỡ ủng hộ suốt thời gian làm nghiên cứu sinh Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt tới tồn thể gia đình ln song hành tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả luận án Vũ Duy Thịnh vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu quang xúc tác TiO2 ZnO 1.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu quang xúc tác TiO2 ZnO 1.1.2 Tính chất vật lý vật liệu nano TiO2 ZnO 1.1.3 Tính chất quang xúc tác TiO2, ZnO 15 1.2 Tổng quan vật liệu TiO2, ZnO biến tính .18 1.2.1 Tổng quan vật liệu TiO2 biến tính 18 1.2.2 Tổng quan vật liệu ZnO biến tính 20 1.3 Quá trình quang khử 22 1.3.1 Cơ sở trình quang khử CO2 .22 1.3.2 Sự hấp phụ phân tử CO2 24 1.3.3 Nhiệt động học động học trình khử CO2 29 1.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu có kích thước nano 32 1.4.1 Phương pháp sol- gel 34 1.4.2 Phương pháp thủy nhiệt 35 1.4.3 Phương pháp vi sóng 37 1.4.4 Phương pháp ngưng đọng hóa học plasma (Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition 41 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Thiết bị dụng cụ 45 2.2 Hóa chất vật liệu 45 2.3 Chế tạo hạt nano TiO2, dây nano TiO2 dây nano Ag/TiO2 46 2.3.1 Chế tạo hạt nano TiO2 phương pháp thủy nhiệt 46 2.3.2 Chế tạo dây nano TiO2 phương pháp thủy nhiệt 47 vii 2.3.3 Chế tạo dây nano Ag/TiO2 phương pháp quang khử sử dụng đèn UVA… 48 2.4 Chế tạo tinh thể TiO2, TiO2 pha tạp N đồng pha tạp (N, Ta) phương pháp thủy nhiệt .48 2.5 Chế tạo hạt nano TiO2, TiO2 pha tạp N TiO2:(N, Ta) phương pháp vi sóng 49 2.5.1 Chế tạo hạt nano TiO2 49 2.5.2 Chế tạo hạt nano TiO2 pha tạp N 50 2.5.3 Chế tạo TiO2:(N, Ta) phương pháp vi sóng 51 2.6 Chế tạo màng ZnO gắn Ag, Au kỹ thuật plasma 52 2.6.1 Chế tạo màng ZnO 52 2.6.2 Chế tạo màng Ag-ZnO kỹ thuật plasma 53 2.6.3 Chế tạo màng Au-Ag-ZnO .53 2.7 Chế tạo dây nano ZnO, Ag/ZnO CuO-Ag-ZnO phương pháp thủy nhiệt kỹ thuật plasma 54 2.7.1 Chế tạo dây nano ZnO 54 2.7.2 Chế tạo dây nano CuO-Ag-ZnO .54 2.8 Các phương pháp nghiên cứu đánh giá tính chất vật liệu chế tạo 55 2.8.1 Phương pháp đo nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction – XRD) .55 2.8.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 55 2.8.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 56 2.8.4 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 56 2.8.5 Phép đo Raman 57 2.8.6 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 57 2.8.7 Phương pháp đo phổ huỳnh quang .57 2.8.8 Phép đo sắc ký khí 58 2.8.9 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 58 2.8.10 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitơ (BET) .59 2.9 Phương pháp nghiên cứu phản ứng quang xúc tác 59 2.10 Phương pháp nghiên cứu phản ứng quang khử CO2 60 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC VÀ QUANG KHỬ CO2 CỦA Ag/TiO2 VÀ TiO2:(N, Ta) 62 viii 3.1 Chế tạo nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác quang khử CO dây nano Ag/TiO2 .62 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nano Ag đến cấu trúc tinh thể, hình thái tính chất quang TiO2 62 3.1.2 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác TiO Ag/TiO2 phân hủy metyl da cam 66 3.1.3 Nghiên cứu hoạt tính quang khử CO2 tạo nhiên liệu khí CH4 Ag/TiO2………… 67 3.2 Chế tạo nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác hạt nano TiO2, TiO2 pha tạp N, TiO2 đồng pha tạp N, Ta chế tạo phương pháp thủy nhiệt 69 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pha tạp N đồng pha tạp (N, Ta) đến cấu trúc tinh thể, hình thái học TiO2 70 3.2.2 Nghiên cứu hoạt tính xúc tác TiO 2, TiO2 pha tạp N, TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) phân hủy xanh metylene 74 3.3 Chế tạo nghiên cứu khả quang khử CO2 thành khí nhiên liệu CH4 TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) với với tỷ lệ khối lượng phần trăm N khác phương pháp vi sóng .75 3.3.1 Nghiên cứu chế tạo TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) với với tỷ lệ khối lượng phần trăm N khác phương pháp vi sóng 76 3.3.2 Nghiên cứu khả quang khử CO2 thành khí nhiên liệu CH4 TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) với với tỷ lệ khối lượng % N khác 80 3.4 Kết luận 81 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU NỀN ZnO .83 4.1 Chế tạo nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác màng Ag-ZnO AuAg-ZnO 83 4.1.1 Nghiên cứu chế tạo ảnh hưởng hạt nano Ag Au đến cấu trúc tinh thể, hình thái, tính chất quang ZnO 83 4.1.2 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác màng Ag-ZnO Au-Ag- ZnO 90 phân huỷ Rhodamine B (RhB) 90 ix 4.2 Chế tạo nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác ZnO, CuO-Ag-ZnO phân hủy metyl da cam 92 4.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng việc gắn đồng thời nano Ag CuO đến cấu trúc tinh thể, hình thái, tính chất quang ZnO 92 4.2.2 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác CuO-Ag-ZnO phân hủy metyl da cam 100 4.3 Kết luận 105 KẾT LUẬN CHUNG 106 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ .107 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Viết tắt Tiếng Anh kí hiệu Tiếng Việt CB Conduction band Vùng dẫn DAP Donor-acceptor pair Cặp donor-aceptor DLE Deep level emission Phát xạ mức sâu DSSC Dye-sensitised solar cell Eg Band gap Pin mặt trời chất màu nhạy quang Độ rộng vùng cấm Phổ hồng ngoại biến đổi FTIR Fourier-transform infrared spectroscopy h+ HR Hole Lỗ trống High resolution Độ phân giải cao IPA Isopropanol Isopropanol LSPR Localized Surface Plasmon Resonance MB Methylene Blue Xanh Metylen MO Metyl orange Metyl da cam NBE Near band-gap emission Phát xạ gần vùng cấm NF Nano flower Hoa nano NP Nano particle Hạt nano NW Nano wire Dây nano PL Photoluminescence Quang phát quang RhB Rhodamine B Rhodamine B SEM Scanning Electron Spectroscopy Kính vi điện tử quyét TEM Transmission Electron Spectroscopy TPOT Tetraisopropyl orthotitanate Tetraisopropyl orthotitanate UV Ultraviolet Tia tử ngoại /tia cực tím VB Valence band Vùng hóa trị Vis Visible light Vùng ánh sáng nhìn thấy XRD Xray difraction Nhiễu xạ tia X Fourier Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ Kính vi điện tử truyền qua vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số thông số vật lý TiO2 pha anatase rutile Bảng 1.2 Một số thông số vật lý ZnO cấu trúc tinh thể Wurtzite [20] Bảng 1.3 Hằng số điện môi điện trường tĩnh tần số cao ZnO .15 Bảng 1.4 Năng lượng liên kết thơng số hình học đại diện cho hấp phụ (được định nghĩa C-i, i = ~ 4) đồng hấp phụ phân tử CO2 H2O (được định nghĩa CW-i, i = ~ 6) bề mặt pha rutile (110) [76] 29 Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng .45 Bảng 3.1 Bảng so sánh lượng khí CH4 thu 1g chất xúc tác sau trình quang khử CO2 68 Bảng 3.2 Vị trí FWHM (full width half maximum- độ bán rộng cực đại vạch phổ) Eg mode thứ mẫu TiO2, TiO2 pha tạp N TiO2 đồng pha tạp (N, Ta) 71 Bảng 3.3 Kích thước hạt tinh thể trung bình thơng số mạng tinh thể TN1Ta, TN2Ta, TN3Ta, TN4Ta 78 Bảng 3.4 Các thơng số bước sóng hấp thụ, độ rộng vùng cấm tính tốn mẫu TN1Ta, TN2Ta, TN3Ta, TN4Ta .79 Bảng 4.1 Bảng giá trị độ rộng vùng cấm vật liệu Z0, Zp-Ag5, Zp-Ag45, Au-Z0, Au-Zp-Ag5 Au-Zp-Ag45 chế tạo 87 Bảng 4.2 Bảng hiệu suất phân hủy k-hằng số tốc độ phản ứng bậc vật liệu Z0, Zp-Ag5, Zp-Ag45, Au-Z0, Au-ZpAg5 Au-Zp-Ag45 chế tạo 91 Bảng 4.3 Bảng so sánh hoạt tính phân hủy quang học vật liệu công bố gần dây dung dịch thuốc nhuộm MO 102