Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của gC3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀNỘI LÂM THỊ HẰNG NGHIÊNCỨUCẢITHIỆNKHẢNĂNGQUANGXÚCTÁCCỦ Ag- C3N4BIẾNTÍNHVỚIKIMLOẠI(Fe,Co,Mg,Ag)VÀOXITBÁN DẪN(TiO2,ZnO) LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội, 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀNỘI LÂM THỊ HẰNG NGHIÊNCỨUCẢITHIỆNKHẢNĂNGQUANGXÚCTÁCCỦ Ag- C3N4BIẾNTÍNHVỚIKIMLOẠI(Fe,Co,Mg,Ag)VÀOXITBÁN DẪN(TiO2,ZnO) Chuyên ngành: Vật lí Chất rắn Mã số: 9.44.07.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫnkhoahọc: 1 GS.TS Nguyễn VănMinh 2 PGS.TS Đỗ Danh Bích Hà Nội, 2024 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dướisự hướng dẫn của GS.TS Nguyễn Văn Minh và PGS.TS Đỗ Danh Bích Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với bất kỳ công trình nào đã công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giả Lâm Thị Hằng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến GS.TS Nguyễn Văn Minh và PGS.TS Đỗ Danh Bích, các thầy đã luôn giúp đỡ, động viên và hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành luận án này Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Lê Thị Mai Oanh, là người cô, người chị và cũng là người bạn đã luôn đồng hành, dìu dắt, chia sẻ và động viên tôi trong suốt thời gian làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tôi được tập trung nghiên cứu trong suốt thời gian qua Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo và các cán bộ của Khoa Vật lí, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Vật lí Chất rắn, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã trang bị kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm, động viên, khích lệ, đùm bọc, thương yêu, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tạiđây Tôixinbày tỏlòngbiếtơn tớicácthầycô,các anhchị vàcácbạn đồngnghiệp trongBộmôn Vậtlí, trong KhoaKhoa họcĐại cương, Trường ĐạiTàinguyênvà MôitrườngHà Nộiđãluôn chiasẻ với tôitrongmọicông việc, giúpđỡtôinhữnglúc khókhăn trong cuộc sốngvàtạo mọiđiều kiệntốt nhất để tôihoàn thànhluậnánnày TrongthờigianlàmviệctạiTrungtâmKhoahọcvàCôngnghệNano,TrườngĐạihọcSưp hạmHàNội,tôiluônnhậnđượcsựquantâmsâusắc,giúpđỡtậntìnhvàchiasẻnhiềukinhnghiệmtr ongcuộcsốngcũngnhưcôngviệccủaPGS.TS.Nguyễn CaoKhang,TS.NguyễnMạnhHùng,TS.ĐàoViệtThắng,cácbạnhọcviêncaohọc, các emsinhviên từng họctập,nghiên cứu tạiđây.Tôi xin ghi nhậnnhữngtình cảmchânthành,quýbáutừcácanhchị,cácbạnvàcácemđãdànhchotôi Lời cảm ơn sau cùng, tôi xin gửi tới những người thân trong gia đình, anh em bạn bè của tôi Đặc biệt, tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc tới chồng và các con tôi, những người luôn động viên, chia sẻ vô bờ và cổ vũ nhiệt tình để tôi có đủ nghị lực hoàn thành luận án này Hà Nội, tháng3năm 2024 Tác giả Lâm Thị Hằng MỤC LỤC Lờicamđoan i Mụclục iii Danh mục các chữviếttắt .vii Danhmục bảng viii Danh mục đồ thị và hình vẽ .x MỞĐẦU 1 Chương 1 TỔNGQUAN 8 1.1 Vậtliệug-C3N4 8 1.1.1 Tính chất cấutrúc .8 1.1.2 Tính chất daođộng 11 1.1.3 Hình thái bề mặt của vật liệug-C3N4 12 1.1.4 Tính chất quang học của vậtliệug-C3N4 15 1.1.5 Tính chất quang xúc tác của vậtliệug-C3N4 19 1.2 Cơ chế quang xúc tác và tiềm năng ứng dụng của vậtliệug-C3N4 22 1.2.1 Cơ chế quang xúc tác của vậtliệug-C3N4 22 1.2.2 Tiềm năng ứng dụng của vậtliệug-C3N4 22 1.3 Một số phương pháp chế tạo vậtliệug-C3N4 25 1.3.1 PhươngphápSol-gel 26 1.3.2 Phương pháp thủynhiệt 27 1.3.3 Phương pháp trùnghợpnhiệt .28 1.4 Mộtsốphươngphápcảithiệnkhảnăngquangxúctáccủavậtliệug-C3N4 .30 1.4.1 Tổ hợp g-C3N4với một số vậtliệukhác .30 1.4.2 Pha tạp các nguyên tốkimloại 32 1.4.3 Phủ hạt nano kim loại Ag lên bề mặt vậtliệug-C3N4 40 Kết luậnchương1 43 Chương 2 THỰCNGHIỆM 44 2.1 Quy trình chế tạovậtliệu 44 2.1.1 Chế tạo vật liệu g-C3N4tinhkhiết 44 2.1.2 Chế tạo vật liệu g-C3N4pha tạp kimloạiFe/Co/Mg 46 2.1.3 Chế tạo vật liệu g-C3N4phủ hạt nano kimloạiAg 47 2.1.4 Chế tạo vật liệu g-C3N4tổ hợp vớiTiO2,ZnO 49 2.1.5 Các hệ mẫu được chế tạo và nghiên cứu trongluậnán 50 2.2 Các phép đo sử dụng để nghiên cứu củaluậnán .52 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tiaX(XRD) 52 2.2.2 Phép chụp ảnh hiển vi điệntử quét 54 2.2.3 Phép đo phổhấpthụ 56 2.2.4 Phép đo phổ hấp thụ hồngngoại(FTIR) 57 2.2.5 Phép đo phổ tánxạRaman 57 2.2.6 Phép đo phổ huỳnhquang(PL) 59 2.2.7 Phép đo phổ quang điện tử tiaX(XPS) .59 2.2.8 Phép đo diện tích bề mặtriêng(BET) 61 2.2.9 Phép phântíchnhiệt 62 2.3 Quang xúc tác phân hủy chấthữu cơ 62 2.3.1 Quy trình thử nghiệm quang xúc tác phân hủy chấthữucơ .62 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của điện tử và lỗ trống quang sinh trong quá trìnhquang xúc tác phânhủyRhB 64 Kết luậnchương2 66 Chương 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬTLIỆUg-C3N4 67 3.1 Hệ g-C3N4chế tạo trong môi trườngkhíAr .67 3.1.1 Hệ mẫu g-C3N4chế tạo trong môi trường Ar ở các nhiệt độ khác nhautrong thời gian2giờ 67 3.1.2 Hệm ẫ u g-C 3N4chếtạotrongmôitrường Arở5 50 o Ct ro n g c á c t h ờ i giankhácnhau 81 3.2 Hệ g-C3N4chế tạo trong môi trườngkhôngkhí 90 3.2.1 Kết quả phân tích nhiệt vi sai DTAvàTGA 90 3.2.2 Cấu trúc tinh thể củavậtliệu .91 3.2.3 Hình tháibềmặt 92 3.2.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổiFourier(FTIR) .93 3.2.5 Tính chất hấp thụquanghọc 94 3.2.6 Phổ phát xạhuỳnhquang 95 3.2.7 Khả năng quang xúc tác của vậtliệug-C3N4 96 3.2.8 Vai trò của điện tử, lỗ trống trong quá trình quang xúc tác phân hủyRhBcủag-C3N4 98 Kết luậnChương 3 100 Chương 4 TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬTLIỆU g-C3N4BẰNG PHA TẠPKIMLOẠI .102 4.1 Hệ g-C3N4pha tạp kim loạisắt(Fe) 102 4.1.1 Tính chấtcấutrúc 102 4.1.2 Tính chất daođộng 103 4.1.3 Kết quả đo phổ hấp phụ - giải hấp phụNitơ(BET) 104 4.1.4 Tính chất hấp thụquanghọc 105 4.1.5 Tính chất phátquang 106 4.1.6 Phân tích thành phầnhóahọc 107 4.1.7 Tính chất quang xúc phânhủyRhB 109 4.2 Hệ mẫu g-C3N4pha tạp kim loạicoban(Co) 112 4.2.1 Tính chấtcấutrúc 112 4.2.2 Tính chất daođộng 113 4.2.3 Phân tích thành phầnhóahọc 115 4.2.4 Tính chấtquanghọc 117 4.2.5 Thử nghiệm hoạt tính quangxúctác 118 4.3 Hệ mẫu g-C3N4pha tạp kim loạimagie (Mg) 120 4.3.1 Phân tích tính chấtdaođộng 120 4.3.2 Phân tích thành phần hóa học trênbềmặt .121 4.3.3 Tính chất hấp thụquanghọc 122 4.3.3 Thử nghiệm khả năng quangxúctác .123 4.4 Kết quả nghiên cứu tính chất vật liệu g-C3N4phủAg .123 4.4.1 Kết quả nghiên cứu tính chất cấu trúc và hình thái bề mặt của g-C3N4phủAg 124 4.4.2 Kết quả nghiên cứu phổ quang điện tử tiaX(XPS) 126 4.4.3 Kết quả nghiên cứu tínhchấtquang 128 4.4.4 Kết quả nghiên cứu khả năng quangxúctác 130 Kết luậnchương4 134 Chương 5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC CỦA VẬTLIỆU g-C3N4TỔ HỢP VỚITiO2, ZnO .136 5.1 Vật liệu g-C3N4tổ hợpvớiTiO2 .136 5.1.1 Kết quả nghiên cứucấutrúc 136 5.1.2 Kết quả nghiên cứu hình tháibềmặt .137 5.1.3 Kết quả nghiên cứu tính chấtquanghọc 138 5.1.4 Khả năng quangxúctác 141 5.2 Kết quả nghiên cứu hệ g-C3N4tổ hợpvớiZnO 142 5.2.1 Kết quả nghiên cứucấutrúc 143 5.2.2 Kết quả nghiên cứu hình tháibềmặt .144 5.2.3 Kết quả nghiên cứu tính chấtquanghọc 145 5.2.4 Khả năng quangxúctác 147 Kết luậnchương5 150 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 151 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃCÔNGBỐ .153 DANH MỤC TÀI LIỆUTHAMKHẢO .154 1 g-C3N4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2 XRD 3 SEM : Graphitic carbonnitride 4 TEM : Nhiễu xạ tiaX 5 HR-TEM : Kính hiển vi điện tử quét 6 FTIR : Kính hiển vi điện tử truyềnqua 7 PL : Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giảicao 8 UV-Vis : Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổiFourier 9 XPS : Phổ huỳnh quang(Photoluminescence) 10 BET : Tử ngoại – Nhìnthấy : Phổ quang điện tử tiaX 11 CB : Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêngBrunauer, 12 VB 13 TDOS Emmett và Teller 14 PDOS : Vùngdẫn 15 HOMO : Vùng hóatrị 16 LUMO : Mật độ trạng thái toànphần 17 MB : Mật độ trạng thái riêngphần 18 RhB : Trạng thái năng lượng cao nhất bị chiếmchỗ 19 DFT : Trạng thái năng lượng thấp nhất còntrống 20 C : Methylene Blue 21 N : RhodamineB 22 Fe :Lýthuyếtphiếmhàmmậtđộ(DFT–DensityFunctionalTheory) 23 Mg : Nguyên tố Cácbon 24 Co : Nguyên tốNitơ 25 Ag : Nguyên tốSắt : Nguyên tốMagiê : Nguyên tốCoban : Nguyên tốBạc DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1Diện tíchbềmặt riêng, thểtích lỗ xốpvàkíchthước lỗ xốp củag- C3N4dướicácloạitiềnchấtkhácnhauvàcácthôngsốtổnghợpkhácnhau 13 Bảng1.2 Kết quả tổng hợp, đặc trưngvàkhảo sát hoạttính xúctác quang của vậtliệug- C3N4 20 Bảng 1.3Đặc tính quang xúc tác của mộtsốchất bán dẫndịthểdựatrêng-C3N4 31 Bảng 1.4g-C3N4pha tạp kim loại và tính chất củachúng[11] 33 Bảng 2.1Kí hiệu các hệ mẫu sử dụng trongluậnán 50 Bảng 3.1Vị trí các đỉnh nhiễu xạ, độ bán rộng đỉnh và thông số mạng tinh thểcủa các mẫu g-C3N4chế tạo trong môi trường Ar ở các nhiệt độ khácnhau trong2giờ 68 Bảng 3.2Diện tích bề mặt BET, kích thước và thể tích lỗ xốp trung bình củahệmẫug-C3N4chế tạotrongmôi trường Ar ở cácnhiệtđộ khácnhau trong2giờ 72 Bảng 3.3Độ rộng vùng cấm của hệ mẫug-C3N4chế tạotrongmôi trường Ar ởcácnhiệtđộkhácnhautrong2giờ .77 Bảng 3.4Vị trí các đỉnh phát xạ huỳnh quang của hệ mẫu g-C3N4chế tạo trongmôitrườngArởcácnhiệtđộkhácnhautrong2giờ 79 Bảng 3.5Vị trí, độ bán rộng và cường độ các đỉnh nhiễu xạ, thông số mạngtinh thể của hệ mẫu g-C3N4chế tạo trong môi trường Ar ở 550oCtrong các thời giankhácnhau 82 Bảng 3.6Diện tích bề mặt BET, kích thước và thể tích lỗ xốp trung bình củacác mẫu g-C3N4chế tạo trong môi trường Ar ở 550oC trong các thờigiankhácnhau 85 Bảng 3.7So sánh kết quả quang xúc tác của g-C3N4tinh khiết của tác giả luận án với một số kết quả các tác giả khác đãcôngbố 98 Bảng 4.1Diện tích bề mặt Brunauer–Emmett–Teller (BET), thể tích lỗ rỗng vàkích thước lỗ rỗng của tấm nano g-C3N4pha tạp Fe với nồng độ Fekhácnhau 104