(Luận văn) tổng hợp và khảo sát tính chất xúc tác quang của vật liệu tio2 biến tính bằng các hạt nano ôxit sắt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHAN VIỆT QUỐC lu an n va p ie gh tn to TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TiO2 BIẾN TÍNH BẰNG CÁC HẠT NANO ƠXÍT SẮT d oa nl w an lu Vật lý chất rắn Mã số: 8.44.01.04 ll u nf va Chuyên ngành: oi m z at nh Ngƣời hƣớng dẫn: TS BÙI VĂN HÀO z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất kết trình bày luận văn cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Bùi Văn Hào Các số liệu, kết nêu luận văn hoàn toàn trung thực chưa xuất công bố tác giả khác Tác giả luận văn lu an n va p ie gh tn to Phan Việt Quốc d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, chân thành cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn: TS Bùi Văn Hào, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm làm thực nghiệm để tơi hồn thành luận văn Trong suốt thời gian học tập thực luận văn, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban chủ nhiệm, cán bộ, giảng viên Khoa Vật lý - lu Trường Đại học Quy Nhơn, người tạo điều kiện tốt để tơi hồn an Xin gửi lời cảm ơn tới bạn học viên nhóm làm luận văn n va thành luận văn gh tn to hướng dẫn thầy giáo TS Bùi Văn Hào bạn học viên cao p ie học lớp Vật lý chất rắn làm việc Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn - Khoa Vật lý - Trường Đại học Quy Nhơn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện oa nl w để tơi hồn thành luận văn d Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè, người an lu yêu thương, chia sẻ giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn u nf va Rất mong góp ý, bảo quý thầy cô, anh chị bạn bè để ll luận văn hoàn thiện tốt Xin chúc q thầy cơ, gia đình bạn bè oi m sức khỏe, hạnh phúc thành đạt z at nh Bình Định, tháng năm 2019 Tác giả luận văn z l gm @ m co Phan Việt Quốc an Lu n va ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ MỞ ĐẦU lu Lý chọn đề tài an va Mục đ ch nhiệm vụ nghiên cứu n 2.1 Mục đ ch gh tn to 2.2 Nhiệm vụ ie Đối tượng phạm vi nghiên cứu p Phương pháp nghiên cứu nl w Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài d oa Cấu trúc luận văn an lu Chƣơng TỔNG QUAN u nf va 1.1 Vật liệu quang xúc tác bán dẫn 1.2 Biến tính vật liệu TiO2 chất bán dẫn ll oi m 1.3 Biến tính vật liệu TiO2 Fe2O3 z at nh 1.4 Giới thiệu phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha 13 Chƣơng THỰC NGHIỆM 20 z 2.1 Tổng hợp vật liệu TiO2/Fe2O3 phương pháp ALD 20 @ gm 2.1.1 Mô tả hệ thí nghiệm ALD 20 l 2.1.2 Mơ tả q trình thí nghiệm 20 m co 2.2 Các phương pháp phân t ch hình thái, cấu trúc thành phần an Lu vật liệu 22 2.2.1 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM 22 n va ac th si 2.2.2 Phương pháp phân tích kích hoạt neutron 23 2.3 Khảo sát tính chất xúc tác quang vật liệu 23 2.3.1 Vật liệu hóa chất 23 2.3.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 23 2.3.3.Các bước tiến hành thí nghiệm 23 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Hình thái vật liệu TiO2/Fe2O3 27 3.2 Tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2/Fe2O3 30 lu 3.3 Giải thích tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2/Fe2O3 38 an KẾT LUẬN 41 va n DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 p ie gh tn to QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐÈ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT lu an n va Lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha (Atomic layer deposition) CB Vùng dẫn (Conduction band) DMSO Đimêtyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide) EDTA Axit etylen diamin tetra acetic (Ethylenediaminetetraacetic acid) Eg Năng lượng vùng cấm (Band gap energy) KClO3 Kali clorat (Potassium chlorate) Fe(thd)3 Iron (III) tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) O2 - Ion gốc siêu oxit (Superoxide anion) OH* Gốc hydroxyl (Hydroxyl radical) RhB Rhodamine B TEM Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscope) ie gh tn to ALD Titan điôxit (Titanium dioxide) p TiO2 Tia cực t m (Ultraviolet) nl Vùng hóa trị (Valence band) d oa VB w UV Ánh sáng nhìn thấy (Visible light) Fe2O3 Sắt (III) Ơxít (Iron (III) oxide) ll u nf va an lu VIS oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Nồng độ Fe k ch thước hạt Fe2O3 sau số chu trình ALD khác 29 Bảng 3.2 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến bậc trình phân hủy RhB TiO2 TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe khác 33 Bảng 3.3 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến bậc q trình phân hủy RhB TiO2 TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe k ch lu an thước hạt Fe2O3 khác 37 n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thế ơxy hóa – khử vị trí đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị số chất bán dẫn Hình 1.2 Sự dịch chuyển điện tử lỗ trống vùng tiếp giáp SnO2 TiO2 Hình 1.3 Sự dịch chuyển điện tử lỗ trống hệ vật liệu ZnO/P25 TiO2 lu Hình 1.4 Sự dịch chuyển điện tích TiO2 CdS tác dụng an ánh sáng kích thích vùng nhìn thấy n va Hình 1.5 Cơ chế dịch chuyển điện tử TiO2 Fe2O3 tn to Hình 1.6 Sự phân hủy dung dịch methylene xanh chất xúc tác gh TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe khác xử lý p ie nhiệt độ khác nhau: (a) giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng w (b) đồ thị biểu diễn động học trình phân hủy 10 oa nl Hình 1.7 Sự phân hủy dung dịch Orange II chất xúc tác d TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe2O3 khác 11 an lu Hình 1.8 Sự phụ thuộc vào nồng độ Fe hoạt tính xúc quang u nf va TiO2/Fe2O3 phân hủy axit 2,4-D 12 Hình 1.9 Mơ hình q trình lắng đọng Al2O3 phương pháp ALD ll oi m sử dụng TMA H2O tiền chất 14 z at nh Hình 1.10 Ảnh TEM hạt nano TiO2 phủ lớp mỏng Al2O3 sử dụng phương pháp ALD 15 z Hình 1.11 Ảnh TEM hạt nano Pt hạt nano TiO2 lắng @ gm đọng phương pháp ALD sau chu trình (a) l 10 chu trình (b) 16 m co Hình 1.12 Ảnh TEM phân bố k ch thước hạt hạt nano Pt an Lu graphene lắng đọng nhiệt độ khác nhau: (a) 100 °C, (b) 200 °C (c) 250 °C 17 n va ac th si Hình 1.13 Ảnh TEM vật liệu Pd/graphene độ phóng đại khác Các vệt/chấm trắng đặc trưng cho vật liệu Pd Các đơn nguyên tử Pd quan sát rõ khoanh trịn hình (c) 18 Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả hệ thí nghiệm ALD dùng để lắng đọng hạt Fe2O3 bề mặt hạt nano TiO2 21 Hình 2.2 Sơ đồ mô tả thứ tự xung tiền chất xung khí N2 chu trình ALD q trình lắng đọng Fe2O3 sử dụng Fe(thd)3 H2O 22 lu Hình 2.3 Sơ đồ mơ tả hệ thí nghiệm khảo sát tính chất xúc tác quang an n va vậtliệu 24 tn to Hình 2.4 Sơ đồ mơ tả bước tiến hành thí nghiệm khảo sát tính chất xúc tác quang vật liệu 25 gh p ie Hình 3.1 Ảnh TEM hạt nano TiO2 sau trình ALD với số chu kỳ (a), (b), (c) 12 (d) 27 nl w Hình 3.2 Sự phân bố k ch thước hạt nano Fe2O3 28 d oa Hình 3.4 Phổ hấp thụ UV-Vis RhB (a) đồ thị biểu diễn giảm an lu nồng độ theo thời gian chiếu sáng (b) đồ thị biểu diễn động va học trình phân hủy tương ứng (c) 32 u nf Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) ll đồ thị động học tương ứng (b) phân hủy RhB TiO2 m oi TiO/Fe2O3 với nồng độ Fe khác khoảng z at nh 0,7 – 2,1% 34 z Hình 3.6 Ảnh TEM vật liệu TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe (0,7%) gm @ có đường kính trung bình hạt Fe2O3 khác nhau: l 1,1 nm (a), 1,9 nm (b) 4,9 nm (c) 35 m co Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) đồ thị động học tương ứng (b) phân hủy RhB TiO2 an Lu n va ac th si TiO/Fe2O3 có nồng độ Fe có k ch thước hạt Fe2O3 khác 36 Hình 3.8 Ảnh TEM vật liệu TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe 0,3% kích thước hạt Fe2O3 ~ 1,1 nm thu sau chu trình ALD 37 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) đồ thị động học tương ứng (b) phân hủy RhB TiO2 TiO/Fe2O3 có k ch thước hạt Fe2O3 có nồng độ Fe (mật độ hạt Fe2O3 bề mặt) khác 38 Hình 3.10 Mơ hình mơ tả q trình xảy phân hủy RhB lu TiO2/Fe2O3 tác dụng ánh sáng tử ngoại: trình an n va kích thích sinh cặp điện tử - lỗ trống (1), điện tử dịch to chuyển từ TiO2 sang Fe2O3 (2) bị hấp thụ phân tử O2 gh tn tạo iơn O2 (3) Các lỗ trống vùng hóa trị khuếch p ie tán bề mặt TiO2 (4) tham gia vào q trình ơxy hóa ôxy hóa phân tử hữu (5) 40 d oa nl w nước tạo gốc OH* có hoạt tính ơxy hóa mạnh, có khả ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 31 Gọi A0 độ hấp thụ dung dịch RhB ban đầu trước chiếu sáng Ai độ hấp thụ dung dịch RhB lại sau lần chiếu sáng thứ i Gọi C0 nồng độ ban đầu dung dịch trước chiếu sáng Ci nồng độ RhB lại sau lần chiếu sáng thứ i Theo định luật Beer-Lambert, độ hấp thụ A xác định công thức: A = Cl (3.1) A độ hấp thụ tương ứng với dung dịch có nồng độ C (có đơn vị lu mol/L), l (có đơn vị cm) độ dày truyền quang  (có đơn vị an va L/molcm) số tỷ lệ, gọi độ hấp thụ quang riêng dung n dịch Đối với dung dịch phép đo thực gh tn to điều kiện nhau,  l số Do đó, tỷ lệ độ hấp thụ p ie Ai sau lần chiếu sáng thứ i độ hấp thụ ban đầu A0 (Ai/A0) tỉ lệ nồng độ Ci/C0 Với RhB, đỉnh hấp thụ xác định tương ứng với bước oa nl w sóng  = 553 nm Do đó, từ đồ thị biểu diễn phổ hấp thụ UV-Vis d Hình 3.4a, đồ thị biểu diễn phụ thuộc tỷ lệ nồng độ C/C0 theo thời gian lu va an chiếu sáng xác định (Hình 3.4b) u nf Đồ thị cho thấy TiO2 làm phân hủy mạnh dung dịch RhB tác dụng ll ánh sáng kích thích tử ngoại Sau phút chiếu sáng, nồng độ RhB giảm m oi 60% sau 20 phút chiếu sáng, RhB bị phân hủy hoàn toàn Kết z at nh chứng hoạt tính xúc tác mạnh TiO2 Tốc độ phân z hủy đánh giá định lượng thơng qua phương trình động học @ l gm phản ứng phân hủy, mơ tả phương trình: (3.2) m co C = C0exp(kaapt) hay ln(C/C0) = kappt an Lu n va ac th si 32 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z @ m co l gm Hình 3.4 Phổ hấp thụ UV-Vis RhB (a) v đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (b) v đồ thị biểu diễn động học trình phân hủy tƣơng ng (c) an Lu đó, kapp (đơn vị min1) hệ số động học phản ứng biểu kiến bậc một, đặc trưng cho tốc độ phản ứng t thời gian Đồ thị biểu diễn động học n va ac th si 33 trình xúc tác (Hình 3.4c) suy từ đồ thị biểu diễn thay đổi nồng độ theo thời gian (Hình 3.4b) Từ đồ thị này, sử dụng phương pháp khớp hàm tuyến tính, giá trị kapp  0,171 (min1) xác định Giá trị sử dụng để so sánh đánh giá hiệu suất xúc tác vật liệu TiO2 biến tính hạt nano Fe2O3 Hình 3.5a mơ trình phân hủy RhB chất xúc tác TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe khác từ 0,7 – 2,1% So với trình phân hủy RhB gây vật liệu TiO2 khơng biến tính, có mặt lu an Fe2O3 với nồng độ bé (0,7%) làm tăng mạnh hoạt tính xúc tác TiO2 n va Hoạt tính xúc tác tiếp tục tăng cường tăng nồng độ Fe lên 1% Tuy tn to nhiên, nồng độ cao hơn, hoạt tính xúc tác vật liệu giảm dần nồng ie gh độ 2,1%, Fe2O3 bắt đầu làm suy giảm hoạt tính xúc tác TiO2 Đồ thị động p học phản ứng phân hủy Hình 35b cho thấy phù hợp cao số liệu nl w thực nghiệm hàm khớp tuyến t nh Điều chứng tỏ trình phân hủy oa RhB chủ yếu xảy bề mặt TiO2 [19] Từ đồ này, giá trị d kapp cho chất xúc tác xác định trình bày Bảng 3.2 an lu TiO2/Fe2O3 (0,7%) R2 0,171 0,002 0,99 0,227  0,005 0,99 0,283  0,008 0,99 0,178  0,003 0,99 0,151  0,003 0,99 m co l gm TiO2/Fe2O3 (2,1%) kapp (min-1) @ TiO2/Fe2O3 (1,5%) z TiO2/Fe2O3 (1,0%) z at nh TiO2 oi m Chất xúc tác ll u nf va Bảng 3.2 Hằng số tốc độ phản ng biểu kiến bậc trình phân hủy RhB TiO2 TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe khác an Lu n va ac th si 34 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w u nf va an lu Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) v đồ thị động học tƣơng ng (b) phân hủy RhB TiO2 TiO/Fe2O3 với nồng độ Fe khác khoảng 0,7 – 2,1% ll Kết cho thấy phụ thuộc đáng kể hoạt tính xúc tác vào nồng oi m độ Fe, tồn nồng độ mà hoạt t nh xúc tác đạt giá trị cao z at nh Tuy nhiên, với thay đổi nồng độ thay đổi số chu trình ALD, k ch thước hạt Fe2O3 bị thay đổi (Hình 3.1 3.3) Do đó, thay đổi z hiệu suất xúc tác quan sát kết đóng góp hai @ gm yếu tố: nồng độ k ch thước hạt Fe2O3 Bằng cách thay đổi điều kiện lắng m co l đọng vật liệu Fe2O3, phương pháp ALD cho phép chế tạo vật liệu TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe (cùng 0,7%) có k ch thước hạt an Lu khác hoàn toàn: 1,1 nm, 1,9 nm 4,9 nm (Hình 3.6) Điều cho n va ac th si 35 phép nghiên cứu ảnh hưởng chủ yếu k ch thước hạt Fe2O3 lên tính chất xúc tác vật liệu lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình 3.6 Ảnh TEM vật liệu TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe (0,7%) nhƣng có đƣờng kính trung bình hạt Fe2O3 khác nhau: 1,1 nm (a), 1,9 nm (b) 4,9 nm (c) gm @ l Hình 3.7 so sánh trình phân hủy RhB chất xúc tác m co TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe (0,7%) có k ch thước hạt khác an Lu Kết cho thấy, kết cặp với hạt Fe2O3 bé làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác TiO2 (kapp giảm nửa từ 0,171 xuống 0,085 min1) Trong n va ac th si 36 đó, hạt có k ch thước lớn làm tăng cường hoạt tính xúc tác TiO2 có hoạt t nh xúc tác tương đương Để giải thích kết này, chúng tơi khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu có k ch thước hạt Fe2O3 1,1 nm có mật độ hạt bề mặt TiO2 thấp (Hình 3.8) Đây vật liệu tổng hợp sau chu trình ALD với nồng độ Fe 0,3% lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ m co Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) v đồ thị động học tƣơng ng (b) phân hủy RhB TiO2 TiO/Fe2O3 có nồng độ Fe nhƣng có k ch thƣớc hạt Fe2O3 khác an Lu n va ac th si 37 Bảng 3.3 Hằng số tốc độ phản ng biểu kiến bậc trình phân hủy RhB TiO2 TiO2/Fe2O3 có nồng độ Fe nhƣng k ch thƣớc hạt Fe2O3 khác Chất xúc tác kapp (min-1) R2 TiO2 0,171 0,002 0,99 TiO2/Fe2O3 (1,1 nm) 0,085  0,002 0,99 TiO2/Fe2O3 (1,9 nm) 0,227  0,005 0,99 TiO2/Fe2O3 (4,9 nm) 0,215  0,004 0,99 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z @ l gm Hình 3.8 Ảnh TEM vật liệu TiO2/Fe2O3 với nồng độ Fe 0,3% v k ch thƣớc hạt Fe2O3 ~ 1,1 nm thu đƣợc sau chu trình ALD m co Kết cho thấy, k ch thước hạt, vật liệu có mật độ hạt Fe2O3 thấp (nồng độ Fe thấp hơn) có hoạt tính xúc tác quang cao an Lu (Hình 3.9) Hoạt t nh tăng nhẹ so với vật liệu TiO2 không biến tính n va ac th si 38 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn giảm nồng độ theo thời gian chiếu sáng (a) v đồ thị động học tƣơng ng (b) phân hủy RhB TiO2 TiO/Fe2O3 có kích thƣớc hạt Fe2O3 nhƣng có nồng độ Fe (mật độ hạt Fe2O3 bề mặt) khác l gm @ m co 3.3 Giải thích tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2/Fe2O3 Từ kết trên, chúng tơi đề xuất mơ hình giải thích tính chất xúc an Lu tác quang vật liệu TiO2 biến tính hạt nano Fe2O3 Cơ chế n va ac th si 39 tăng cường hoạt tính xúc tác quang TiO2 kết cặp với Fe2O3 nghiên cứu giải th ch trước Moniz cộng Theo đó, tác dụng ánh sáng tử ngoại, cặp điện tử - lỗ trống sinh ra, điện tử bị kích thích lên vùng dẫn lỗ trống năm vùng hóa trị TiO2 Do Fe2O3 có đáy vùng dẫn thấp hơn, điện tử sau bị kích th ch có xu hướng dịch chuyển sang vùng dẫn Fe2O3 Các điện tử sau có khả bị hấp thụ phân tử ơxy để hình thành iơn O2 có hoạt tính ơxy hóa cao, có khả phân hủy phân tử hữu Sự dịch lu chuyển điện tử từ TiO2 sang Fe2O3 làm tăng thời gian sống lỗ trống an va TiO2 Các lỗ trống khuếch tán bề mặt TiO2 tham gia vào n phản ứng ơxy hóa nước tạo thành gốc tự OH* có hoạt tính ơxy hóa gh tn to mạnh Các gốc OH* tác nhân q trình phân hủy hầu hết p ie phân tử hữu Như vậy, kết cặp với Fe2O3 có khả làm tăng tách điện tích giảm tái hợp điện tử - lỗ trống bên phía TiO2 làm oa nl w tăng hiệu suất quang xúc tác d Sự tăng nồng độ Fe2O3 làm tăng trình dịch chuyển điện tích Tuy lu va an nhiên, nồng độ cao, hạt Fe2O3 có khả trở thành tâm tái u nf hợp, làm giảm hiệu suất xúc tác quang [10] Ngoài ra, phân hủy phân ll tử hữu chủ yếu xảy thơng qua ơxy hóa gốc OH* hình m oi thành q trình ơxy hố nước [19] Q trình xảy bề mặt z at nh TiO2 Khi nồng độ Fe2O3 tăng, diện tích bề mặt TiO2 tiếp xúc với H2O bị z giảm dẫn đến khả làm giảm mật độ gốc OH* hình thành gm @ Điều giải thích hiệu suất xúc tác quang thấp vật liệu TiO2/Fe2O3 m co l có mật độ hạt Fe2O3 bề mặt cao trình bày Hình 3.9 an Lu n va ac th si 40 lu an n va p ie gh tn to nl w d oa Hình 3.10 Mơ hình mơ tả q trình xảy phân hủy RhB TiO2/Fe2O3 dƣới tác dụng ánh sáng tử ngoại: q trình kích thích sinh cặp điện tử - lỗ trống (1), điện tử dịch chuyển từ TiO2 sang Fe2O3 (2) bị hấp thụ phân tử O2 tạo iôn O2 (3) Các lỗ trống vùng hóa trị khuếch tán bề mặt TiO2 (4) v tham gia v o q trình ơxy hóa nƣớc tạo gốc OH* có hoạt tính ơxy hóa mạnh, có khả ơxy hóa phân tử hữu (5) ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 41 KẾT LUẬN Trong luận văn chúng tơi nghiên cứu tính chất xúc tác quang vật liệu TiO2 P25 biến tính hạt nano Fe2O3 với đường kính hạt khoảng – nm lắng đọng phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha (ALD) T nh chất xúc tác quang vật liệu TiO2/Fe2O3 khảo sát thơng qua q trình phân hủy dung dịch RhB tác dụng ánh sáng tử ngoại Kết cho thấy kết cặp với hạt nano Fe2O3 có lu khả tăng cường đáng kể hoạt tính xúc tác TiO2 an n va Hoạt tính xúc tác quang TiO2/Fe2O3 phụ thuộc mạnh vào nồng độ, tn to k ch thước mật độ hạt Fe2O3 bề mặt TiO2 Ở nồng độ thấp gh (~0,7 1,0%), Fe2O3 làm tăng hoạt tính xúc tác TiO2 Khi tăng nồng độ p ie Fe2O3, hoạt tính xúc tác giảm dần nồng dộ 2,1%, TiO2/Fe2O3 có hoạt tính w xúc tác thấp so với vật liệu không biến tính oa nl Một mục tiêu luận văn nghiên cứu ảnh hưởng d k ch thước hạt Fe2O3 lên hoạt tính xúc tác TiO2/Fe2O3 Tuy nhiên, lu va an nồng độ Fe2O3, khác biệt k ch thước hạt kèm với khác u nf mật độ hạt bề mặt TiO2 Do đó, chúng tơi kết hợp ll khảo sát k ch thước hạt nồng độ Kết cho thấy, vật liệu có m oi hạt Fe2O3 lớn mật độ thưa có hiệu suất xúc tác quang tốt so với vật z at nh liệu có hạt Fe2O3 bé mật độ dày z Trên sở kết thực nghiệm quan sát từ mơ @ gm hình giải thích cở chế xúc tác quang vật liệu TiO2/Fe2O3, đề m co l xuất mô hình mơ tả q trình xảy phản ứng quang xúc tác Ngồi việc giải thích tăng cường hoạt tính xúc tác quang, mơ hình cịn cho an Lu phép giải thích suy giảm hoạt t nh xúc tác, nhấn mạnh vai trị n va ac th si 42 bề mặt tiếp xúc với dung mơi TiO2 hình thành gốc OH* tác nhân ơxy hóa phân hủy hợp chất hữu lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M R Hoffmann, S T Martin, W Choi, and D W Bahnemannt (1995), “Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis”, Chemical Reviews, pp 69–96 [2] K Fujishima, A Honda (1972) “Molecular Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode One and Two-dimensional Structure of Alpha-Helix and Beta-Sheet Forms of Poly ( L-Alanine ) lu shown by Specific Heat Measurements at Low Temperatures ( 1.5-20 K an )” Nature, vol 238, pp 37–38 va n [3] N Serpone, E Borgarello, and M Gratzel (1984) “Visible Light to Dispersions; Improved Efficiency through Inter-particle Electron ie gh tn Induced Generation of Hydrogen from HZS in Mixed Semiconductor p Transfer”, M J Chem Soc., Chem.Commun, no 342, pp 342–344 N Serpone, P Maruthamuthu, P Pichat, E Pelizzetti, and H Hidaka nl w [4] d oa (1995), “Exploiting the interparticle electron transfer process in the oxidation of phenol,2-chlorophenol and an lu photocatalysed pentachlorophenol : chemical evidence for electron and hole transfer va u nf between coupled semiconductors”, Journal of Photochemistry and ll Photobiology A: Chemistry, 85(3), pp 247–255 m M Zhou, J Yu, S Liu, P Zhai, and L Jiang (2008) “Effects of oi [5] z at nh calcination temperatures on photocatalytic activity of SnO2/TiO2 z composite films prepared by an EPD method”, Journal of Hazardous gm A Hattori et al (2000) “Acceleration of Oxidations and Retardation of l [6] @ Materials, vol 154, pp 1141–1148 m co Reductions in Photocatalysis of a TiO2/SnO2 Bilayer − Type Catalyst an Lu Acceleration of Oxidations and Retardation of Reductions in Photocatalysis of a TiO2/SnO2 Bilayer-Type Catalyst”, Journal of n va ac th si 44 Electrochemical society, vol 147, no 6, pp 2279–2283 [7] C Wu (2004) “Comparison of azo dye degradation efficiency using UV/single semiconductor and UV/coupled semiconductor systems”, Chemosphere, vol 57, pp 601–608 [8] H Wang, Z Wu, Y Liu, and Z Sheng (2008), “Journal of Molecular Catalysis A : Chemical The characterization of ZnO – anatase – rutile three-component semiconductor and enhanced photocatalytic activity of nitrogen oxides”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol 287, pp 176–181 lu an [9] L Wu, J C Yu, and X Fu (2006), “Characterization and photocatalytic va n mechanism of nanosized CdS coupled TiO nanocrystals under visible pp 25–32 ie gh tn to light irradiation”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol 244, p [10] S J A Moniz, S A Shevlin, X An, and Z Guo (2014) “Fe2O3–TiO2 nl w Nanocomposites for Enhanced Charge Separation and Photocatalytic oa Activity”, Chemistry - A European Journal, pp 1–10 d [11] M Nasirian, C F Bustillo-lecompte, and M Mehrvar (2017), lu va an “Photocatalytic ef fi ciency of Fe2O3/TiO2 for the degradation of typical u nf dyes in textile industries : Effects of calcination temperature and UV- ll assisted thermal synthesis”, J Environ Manage., vol 196, pp 487–498 m oi [12] N Abbas, G N Shao, M S Haider, S M Imran, S Soo, and H Taik z at nh (2016), “Journal of Industrial and Engineering Chemistry Sol – gel synthesis of TiO2 -Fe2O3 systems : Effects of Fe2O3 content and their z gm @ photocatalytic properties”, J Ind Eng Chem, vol 39, pp.112-120 l [13] L Peng, T Xie, Y Lu, H Fan, and D Wang, “Synthesis , photoelectric m co properties and photocatalytic activity of the Fe2O3/TiO2 heterogeneous photocatalysts”, Physical Chemistry Chemical Physics, 12(28), pp an Lu 8033–8041, 2010 n va ac th si 45 [14] T Wei-Hsuan Hung, Tzu-Ming Chien,(2014) “Enhanced Photocatalytic Water Splitting by Plasmonic TiO2-Fe2O3 Cocatalyst under Visible LightIrradiation”,The Journal of Physical Chemistry , 118(24), pp 12676–12681 [15] H Van Bui, F Grillo, J.R van Ommen (2017) “Atomic and molecular layer deposition: off the beaten track”, Chemical Communication, 53, pp.45-7 [16] J Guo and H Van Bui (2018), “Suppressing the Photocatalytic Activity lu of TiO2 Nanoparticles by Extremely Thin Al2O3 Films Grown by Gas- an Phase Deposition at Ambient Conditions”, Nanomaterials, 8(2), 61 n va [17] Y Zhou, D M King, X Liang, J Li, and A W Weimer, “Applied photocatalysts using atomic layer deposition,” "Applied Catal B, ie gh tn to Catalysis B : Environmental Optimal preparation of Pt /TiO2 p Environ., vol 101, no 1–2, pp 54–60, 2010 nl w [18] H Yan et al (2015), “Single-Atom Pd1/graphene Catalyst Achieved by oa Atomic Layer Deposition : Remarkable Performance in Selective d Hydrogenation of 1,3-Butadiene Single-Atom Pd1/graphene Catalyst lu va an Achieved by Atomic Layer Dep- osition : Remarkable Performance in u nf Selective Hydrogenation of 1,3- Butadiene,” Journal of the American ll Chemical Society, 137(33), pp.10484–10487 m oi [19] Lin, X H., Miao, Y., & Li, S F Y (2017) “Catalysis Science & z at nh Technology Location of photocatalytic oxidation processes on anatase titanium dioxide,” Catalysis Science & Technology, 7(2), pp.441–451 z m co l gm @ an Lu n va ac th si