(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu sno2 biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HỒ HOÀNG NHƯ THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU SnO2 BIẾN TÍNH h LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Bình Định, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HỒ HOÀNG NHƯ THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU SnO2 BIẾN TÍNH h Chun ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 8440119 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Kim I LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, thực hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Kim Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu h II LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Kim, người tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Thị Việt Nga thầy cô giáo, anh, chị, bạn phịng thực hành thí nghiệm hóa học - Khu A6 Trường Đại học Quy Nhơn, giúp đỡ, tạo điều kiện, hỗ trợ tơi q trình thực đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè ln động viên, khích lệ tinh thần thời gian thực luận văn Mặc dù cố gắng nhiên luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận góp ý q thầy cô để luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! h hoàn thiện hơn! III DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT C : Nồng độ (mg/L) g : gam L : lít mg : miligam nm : nanomet λ : Bước sóng (nm) d : Kích thước tinh thể trung bình CB : Conduction band (Vùng dẫn) eˉCB : Photogenerated electron (Electron quang sinh) Eg : Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) EDS : Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (Phổ tán xạ lượng tia X) : Photogenerated hole (Lỗ trống quang sinh) IR : Infrared (Phổ hồng ngoại) MB : Methylene blue (Xanh metylen) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) HR-TEM : (High-Resolution Transmission Electron Microscopy (Kính hiển h h⁺VB vi điện tử truyền qua) XPS : Photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X) UV-Vis DRS : UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) VB : Valance band (Vùng hóa trị) XRD : X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) g-C3N4/SnO2-x:y (x:y = 1:1, 1:3, 1:5): Trộn SnO2 g-C3N4 theo tỉ lệ 1:1, 1:3, 1:5 SO-T (T=350, 450, 550): Vật liệu SnO2 nung nhiệt độ 350, 450, 550 oC IV MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT III MỤC LỤC IV DANH MỤC BẢNG VII Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT h 1.1 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cơ chế phản ứng quang xúc tác 1.1.3 Tiềm ứng dụng vật liệu xúc tác quang 1.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU g-C3N4 10 1.2.1 Cấu trúc tinh thể 10 1.2.2 Phương pháp tổng hợp tiềm ứng dụng lĩnh vực xúc tác quang g-C3N4 11 1.3 GIỚI THIỆU VỀ TIN (IV) OXIDE SnO2 14 1.3.1 Cấu trúc SnO2 14 1.3.2 Phương pháp tổng hợp ứng dụng SnO2 16 1.4 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU COMPOSITE g-C3N4/SnO2 18 1.5 GIỚI THIỆU VỀ METHYLENEBLUE 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 V 2.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC 24 2.1.1 Hóa chất 24 2.1.2 Dụng cụ 24 2.1.3 Tổng hợp vật liệu 25 2.1.4 Tổng hợp vật liệu g-C3N4 từ melamine 25 2.1.5 Tổng hợp vật liệu SnO2 25 2.1.6 Tổng hợp vật liệu composite g-C3N4/SnO2 25 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 26 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-ray Diffraction, XRD) 26 2.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) 27 2.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy, IR) 28 2.2.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (High- h Resolution Transmission Electron Microscopy, HRTEM) 30 2.2.5 Phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX hay EDS) 31 2.2.6 Phổ quang điện tử tia X ( X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) 33 2.2.7 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UVVisible Diffuse Reflectance Spectroscopy, UV-Vis DRS) 34 2.3 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔNG HỢP 37 2.3.1 Khảo sát thời gian cân hấp phụ 37 2.3.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang vật liệu 38 2.3.3 Phân tích định lượng MB 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 41 VI 3.1.1 Đặc trưng vật liệu g-C3N4 41 3.1.2 Đặc trưng vật liệu SnO2 42 3.1.3 Đặc trưng vật liệu composite g-C3N4/SnO2 47 3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU 56 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ đánh giá hoạt tính xúc tác quang 56 3.3 Khảo sát yếu tố thực nghiệm ảnh hưởng tới trình quang xúc tác vật liệu g-C3N4/SnO2 59 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu dung dịch MB 59 3.3.2 Ảnh hưởng cường độ nguồn sáng 60 3.3.3 Ảnh hưởng nguồn sáng 61 3.3.4 Ảnh hưởng pH dung dịch 63 3.4 Khảo sát chế phản ứng xúc tác quang 65 h KẾT LUẬN 70 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) VII DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng 24 Bảng 3.1 Kết xác định kích thước tinh thể SnO mẫu 44 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố mẫu SnO2 46 Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố C, N, O, Sn mẫu vật liệu gC3N4/SnO2 51 Bảng 3.4 Hằng số tốc độ vật liệu SnO2, g-C3N4 g-C3N4/SnO2 tỉ lệ 58 Bảng 3.5 Sự thay đổi giá trị ΔpHi theo pHi 64 h VIII DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vùng lượng chất cách điện (a), chất bán dẫn (b), chất dẫn điện (c) Hình 1.2 Cơ chế phản ứng xúc tác quang Hình 1.3 Cơ chế xúc tác quang vật liệu biến tính Hình 1.4 Cấu trúc phẳng g-C3N4 10 Hình 1.5 Sự hình thành g-C3N4 từ urea ethylenediamine 11 Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp g-C3N4 từ dicyanamide 12 Hình 1.7 (a) Cấu trúc đơn vị tinh thể SnO2 ; (b) Mơ hình 3D SnO2 15 Hình 1.8 Các bề mặt có số Miller thấp SnO2: (110); (100); (101); (001) h 16 Hình 1.9 Sơ đồ chế xúc tác quang composite g-C3N4/SnOx-2 19 Hình 1.10 Kết cảm biến SnO2 g-C3N4/SnO2 khí khác mật độ 500ppm, 300 OC [42] 21 Hình 1.11 Sơ đồ chế xúc tác quang composite g-C3N4/SnO2 21 Hình 1.12 Dạng oxi hóa dạng khử methylene blue 23 Hình 2.1 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 27 Hình 2.2 Sơ đồ ngun lý kính hiển vi điện tử quét 28 Hình 2.3 Sơ đồ ngun lí phổ EDX 32 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý phổ XPS 33 Hình 2.5 (A)-Phổ quét UV-Vis dung dịch MB, (B)-Sự phụ thuộc cường độ hấp thụ UV-Vis dung dịch MB bước sóng 663 nm theo nồng độ 40