Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 và TiO2 pha tạp N

MỞ ĐẦU Môi trường sống hiện nay đang bị ô nhiễm khói, bụi và ngày càng trầm trọng. Từ việc sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch, hoạt động của các nhà máy công nghiệp,… các loại khí SO 2 , NO x , CO 2 , … thải vào bầu khí quyển ngày càng nhiều đã và đang gây ra nhiều tác hại như hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần, các trận mưa acid có độ đậm đặc tăng dần đang đe dọa trực tiếp các công trình xây dựng, đồng thời gây hoang hóa đất canh tác. Để cải thiện môi trường, con người đã có nhiều giải pháp tích cực và có hiệu quả. Trong số đó, giải pháp sử dụng các loại vật liệu quang xúc tác đã được nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu trong những năm gần đây. Trong rất nhiều loại vật liệu có tính năng quang xúc tác như ZnO, Ta 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 , , vật liệu titandioxide (TiO 2 ) cho thấy có triển vọng, ứng dụng hiệu quả nhất nhờ khả năng ôxy hóa mạnh của lỗ trống được sản sinh bởi photon khi hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn hơn 380nm (vùng ánh sáng tử ngoại, UV), tính trơ hóa học và tính thân thiện với môi trường. Vật liệu TiO 2 được khám phá vào đầu thập niên 1970, sau công trình của nhóm tác giả A. Fujishima, K. Honda về phân hủy nước trên cơ sở dùng điện cực bán dẫn TiO 2 . Tiếp sau đó, bắt đầu xuất hiện thêm nhiều nghiên cứu về tính chất quang hóa dựa vào sự chuyển đổi năng lượng mặt trời trên nền vật liệu này. Năng lượng photon của ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400nm tương đương với năng lượng nhiệt lớn hơn 30000K. Với năng lượng này, đủ để phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt TiO 2 ngay cả khi cường độ chiếu sáng yếu. Khi sử dụng ánh sáng UV có sẵn trong tự nhiên để thực hiện phản ứng quang xúc tác thì các hợp chất hữu cơ có thể bị "đốt cháy" ở nhiệt độ phòng và bị ôxy hóa thành CO 2 và H 2 O. Việc chiếu bức xạ UV trên bề mặt TiO 2 cũng có thể tạo nên tính siêu thấm ướt nước trên bề mặt của vật liệu. Những bề mặt này có khả năng chống sương bám, tự làm sạch,… Như vậy, vật liệu TiO 2 có thể được dùng để tổng hợp chất hữu cơ, khử CO 2 , trị bệnh ung thư da, phân hủy hợp chất halogen trong không khí, phân hủy các chất bẩn bề mặt, xử lý nước, phân hủy dầu tràn trên bề mặt nước, khử trùng, diệt khuẩn, 1 Khi nghiên cứu về tính năng quang xúc tác của vật liệu TiO 2 , các nhà khoa học quan tâm hai dạng chủ yếu là bột và màng. Vật liệu bột đã được nghiên cứu nhiều và đã đạt được những kết quả nhất định [42,90]. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế như: tốn kém vật liệu, không thuận lợi trong việc xử lý các bề mặt có diện tích lớn và phức tạp trong việc thu hồi bột sau khi sử dụng. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu vật liệu màng được quan tâm nhằm khắc phục những hạn chế đó [32,49,53,61,68,74]. Với độ rộng vùng cấm khoảng 3.2eV - 3.8eV, vật liệu TiO 2 chỉ có thể cho hiệu ứng quang xúc tác trong vùng ánh sáng UV. Tuy nhiên, hiệu suất quang xúc tác ngoài trời thấp do bức xạ UV chỉ chiếm khoảng 5% năng lượng Mặt Trời. Để sử dụng năng lượng Mặt Trời một cách hiệu quả hơn, cần mở rộng phổ hấp thu của TiO 2 vào vùng ánh sáng khả kiến (loại bức xạ chiếm đến 45% năng lượng mặt trời). Để chế tạo vật liệu có tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng khả kiến trên nền vật liệu TiO 2 , cho đến nay có bốn phương pháp chủ yếu được đề nghị là: (1) pha tạp ion kim loại chuyển tiếp (để tạo những trạng thái trung gian trong vùng cấm TiO 2 ); (2) gắn kết chất nhạy quang (đóng vai trò là chất hữu cơ có khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến); (3) thành lập TiO x (tạo trạng thái khuyết oxygen (O) định xứ trên mức năng lượng trong khoảng 0.75eV – 1.18 eV ở dưới vùng dẫn); (4) pha tạp các anion của C,N,F,P hoặc S (để thay thế O trong tinh thể anatase TiO 2 ). Tuy nhiên, ba phương pháp đầu đều không bền nhiệt, độ lập lại quang xúc tác kém, hoặc làm tăng nồng độ tâm tái hợp [71]. Trong khi đó, phương pháp (4) được cho là hiệu dụng nhất do có khả năng thành lập mức tạp mới gần vùng hóa trị. Trong đó, việc lựa chọn pha tạp nitrogen (N) được quan tâm hàng đầu vì các trạng thái (N-2p) của chúng nằm trong vùng cấm, lân cận biên vùng hóa trị của trạng thái (O-2p). Nhờ vậy, năng lượng vùng cấm quang (E g ) được thu hẹp lại, cỡ 2.45eV [71]. Tương tự, việc pha tạp Sulfur (S) cũng cho E g hẹp, nhưng ít được sử dụng vì khó đưa vào tinh thể TiO 2 do bán kính ion của S lớn. Ngày nay, việc nghiên cứu chế tạo màng TiO 2 ở trong và ngoài nước cũng đã đạt được nhiều kết quả đáng chú ý. Tuy nhiên, để chế tạo được màng có cấu trúc anatase thì hầu hết các màng đều phải qua ủ nhiệt. Quá trình này có thể gây ra nhiều 2 khó khăn cho việc triển khai ứng dụng. Vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra phương pháp chế tạo màng phù hợp sao cho màng TiO 2 đạt được cấu trúc anatase mà không cần ủ nhiệt, là một yêu cầu có ý nghĩa khoa học cũng như tính thực tiễn ứng dụng cao. Ngoài ra, khi nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO 2 pha tạp N (TiO 2 :N) trong vùng ánh sáng khả kiến đã có nhiều công trình nghiên cứu đề xuất các phương pháp khác nhau. Cụ thể, trong [40,90], các tác giả đã sử dụng phương pháp solgel. Đây là một phương pháp dễ triển khai ứng dụng, thiết bị chế tạo đơn giản nhưng luôn cho lượng pha tạp N nhỏ. Trong [53,62,68], các tác giả đã sử dụng phương pháp IBAD (ion beam assisted deposition) và PLD (pulse laser deposition). Đây là các phương pháp sử dụng chùm ion hoặc photon năng lượng cao để phún xạ vật liệu nên có khả năng cho lượng pha tạp N lớn. Tuy nhiên, các thiết bị chế tạo rất đắt tiền và khó triển khai tạo màng trên diện tích rộng. Với các hạn chế của các phương pháp nêu trên, đã xuất hiện nhiều công trình tập trung sự chú ý vào phương pháp phún xạ magnetron. Đây là một phương pháp dễ thực hiện được việc tạo màng trên diện tích rộng và có khả năng triển khai ứng dụng nhưng theo [49,68], kết quả nhận được lại cho lượng pha tạp N vẫn nhỏ. Kết quả trong [61] đạt được lượng tạp N lớn (lên đến 20.8%atN) nhưng màng lại chuyển sang cấu trúc TiN. Vì vậy, việc cải tiến phương pháp phún xạ magnetron nhằm chế tạo được màng TiO 2 :N có lượng pha tạp N lớn để có tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng khả kiến cũng là một yêu cầu có ý nghĩa khoa học cũng như tính thực tiễn ứng dụng cao. Để có thể sử dụng phương pháp phún xạ magnetron nhằm mục đích khắc phục những hạn chế đã nêu ở trên, chúng tôi thực hiện việc nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO 2 và TiO 2 :N theo các nội dung như sau: A. Thiết kế và chế tạo các thiết bị đo tính năng quang xúc tác và tính năng siêu thấm ướt nước của màng. B. Chế tạo và cải tiến hệ phún xạ magnetron không cân bằng cho hai mục đích: 1. Nghiên cứu và chế tạo màng TiO 2 đạt được cấu trúc anatase ngay trong quá trình chế tạo mà không qua ủ nhiệt. Màng có khả năng quang xúc tác, diệt khuẩn và chống đọng nước trên bề mặt tốt dưới tác dụng của ánh sáng UV. 3 2. Nghiên cứu và chế tạo màng TiO 2 :N để có được lượng pha tạp N lớn và tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng vùng khả kiến. Nội dung của luận án được trình bày trong 02 phần, bao gồm 05 chương. PHẦN 1: là phần tổng quan, bao gồm 2 chương. Chương 1: “Cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO 2 và TiO 2 :N”. Trong chương này, trình bày về đặc điểm cấu trúc tinh thể của vật liệu TiO 2 , tính chất quang (liên hệ giữa chiết suất n và mật độ khối lượng ρ, độ phản xạ R, độ truyền qua T, độ rộng vùng cấm E g ) và tính chất quang xúc tác (cơ chế quang xúc tác, yếu tố ảnh hưởng lên tính năng quang xúc tác, các ứng dụng và khả năng pha tạp để thực hiện hiệu ứng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến). Chương 2: “Các phương pháp công nghệ và đặc trưng cấu trúc màng”. Trong chương này, trình bày về phương pháp phún xạ magnetron (đặc biệt là xây dựng hệ magnetron không cân bằng), các phương pháp phân tích tính chất và cấu trúc màng (nhiễu xạ tia X, đo độ truyền qua UV-Vis, xác định E g , đo độ ghồ ghề bằng kính hiển vi lực nguyên tử AFM, đo lượng pha tạp N trong màng bằng phổ tán sắc năng lượng EDS, đo khả năng quang xúc tác và đo khả năng siêu thấm ướt nước trên bề mặt của màng) PHẦN 2: là phần thực nghiệm, bao gồm 3 chương. Chương 3: “Thiết kế và chế tạo hệ thực nghiệm tạo màng và hệ đo tính năng quang xúc tác”. Trong chương này, mô tả cách thiết kế và chế tạo hệ phún xạ magnetron không cân bằng và cách cải tiến để nâng cao tính không cân bằng của hệ cũng như quy trình tạo màng, thiết kế chế tạo hệ đo tính năng quang xúc tác và hệ đo tính siêu thấm ướt nước trên bề mặt màng. Chương 4: “Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO 2 trong vùng ánh sáng UV bằng phương pháp phún xạ magnetron không cân bằng”. Trong chương này, trình bày các điều kiện thực nghiệm để chế tạo màng đạt được cấu trúc tinh thể anatase ngay trong quá trình chế tạo và có tính năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng UV. Đó là các điều kiện về: tỉ lệ thành phần hỗn hợp khí O 2 /Ar, áp suất phún xạ p, khoảng cách bia – đế h, độ dày màng d f và công suất phún xạ P. Ngoài ra, còn trình 4 bày kết quả đo khả năng diệt khuẩn và khả năng chống đọng giọt trên bề mặt màng dưới ánh sáng UV. Chương 5: “Nghiên cứu cơ chế pha tạp nitrogen và tính chất quang xúc tác của màng TiO 2 : N trong vùng ánh sáng khả kiến”. Trong chương này, trình bày cơ chế để đạt được lượng pha tạp N lớn trong màng để màng có khả năng hấp thụ tốt ánh sáng trong vùng khả kiến và có tính năng quang xúc tác tốt. Nội dung của luận án bao gồm 10 công trình, đã được công bố trong các Hội nghị và các Tạp chí Khoa học có uy tín. Cụ thể: 03 bài báo đăng trong proceedings “Advances in optics photonics Spectroscopy and Applications”, Vietnam Academic Press 2007, 2009; 01 bài báo đăng trong proceedings của Hội Nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 5, Vũng Tàu, 11/2007; 02 bài báo đăng trong Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ, ĐH Quốc Gia TPHCM, vol.11, 2008; 01 bài báo đăng trong tạp chí Communications in Physics của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, vol.18, 2008; 01 bài báo đã được nhận đăng trong Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ, ĐH Quốc Gia TPHCM; 01 bài báo đã được nhận đăng Tạp chí Khoa học và Công nghệ, ĐH Quốc Gia Hà Nội; 01 báo cáo oral tại Hội nghị Khoa học trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên lần thứ 6, được xét đăng trong Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ, ĐH Quốc Gia TPHCM, 2008. Ngoài ra, nội dung luận án cũng được thể hiện trong các đề tài nghiên cứu khoa học. Cụ thể: 03 đề tài cấp trường đã được nghiệm thu năm 2006, 2007, 2008 với kết quả xuất sắc; 01 đề tài nghiên cứu cơ bản cấp sở Khoa học và Công nghệ TPHCM, đang thực hiện và chuẩn bị nghiệm thu. 5 PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG 1. 6 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TiO 2 VÀ TiO 2 :N. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU TITANDIOXIDE, TiO 2 . Màng titandioxide, TiO 2 , được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như kính lọc, pin mặt trời, sensor quang, kính chống phản xạ, Trong thời gian gần đây, TiO 2 được phủ lên bề mặt các loại vật liệu để diệt khuẩn, lọc không khí, chống rêu bám, cũng như giúp bề mặt vật liệu có khả năng tự làm sạch, chống sương bám, chống đọng nước, Liên kết TiO 2 là liên kết ion. Các nguyên tử titanium (Ti) và oxygen (O) trao đổi điện tử hóa trị cho nhau để trở thành các cation và anion. Liên kết xuất hiện giữa các ion trái dấu thông qua lực hút tĩnh điện. Khi các nguyên tử Ti (hình 1.1.1) và O (hình 1.1.3) tiến lại gần nhau để tạo nên tinh thể, do tương tác mà giữa chúng có sự phân bố lại điện tử trong các nguyên tử. Quá trình phân bố lại điện tử thỏa mãn điều kiện bảo toàn điện tích trong toàn hệ và có xu hướng sao cho các nguyên tử có lớp vỏ ngoài cùng lấp đầy điện tử [1,57]. Khi tạo thành tinh thể, mỗi nguyên tử Ti cho hai nguyên tử O bốn điện tử và trở thành cation Ti 4+ và mỗi nguyên tử O nhận hai điện tử và trở thành anion O 2- . Hình 1.1. Cấu hình điện tử biểu diễn theo vân đạo 7 Anion O 2- (hình 1.1.4) khi đó có phân lớp 2p lấp đầy sáu điện tử. Vì vậy, trong tinh thể vùng 2p trở thành vùng đầy điện tử. Cation Ti 4+ (hình 1.1.2) không có điện tử nào ở phân lớp 4s nên khi tạo thành vùng 4s trong tinh thể thì vùng này không chứa điện tử nào. Khoảng cách giữa hai vùng 4s và 2p (hình 1.2) lớn hơn 3eV. Các chất mà các vùng cho phép lấp đầy hoàn toàn điện tử hoặc trống hoàn toàn ở nhiệt độ thấp hầu như là các chất không dẫn điện, đó là các chất điện môi hoặc các chất bán dẫn. Khi T = 0 (K), vùng năng lượng hóa trị trong bán dẫn cũng như trong điện môi đều bị điện tử chiếm hoàn toàn. Theo nguyên lý loại trừ Pauli, trên mỗi mức ở vùng này có hai điện tử chiếm. Vùng nằm trên vùng hóa trị hoàn toàn trống, không chứa một điện tử nào gọi là vùng dẫn. Vùng hóa trị và vùng dẫn cách nhau bởi vùng cấm. Khi T ≠ 0 (K), một số điện tử trong vùng hóa trị do chuyển động nhiệt và trao đổi năng lượng nên có thể nhận được năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm và chuyển lên vùng dẫn. Do độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn thường rất nhỏ so với độ rộng vùng cấm của chất điện môi nên độ dẫn điện của bán dẫn nhiều lần lớn hơn độ dẫn điện của điện môi [3]. Sự phân biệt giữa chất điện môi và chất bán dẫn hoàn toàn chỉ là quy ước và căn cứ vào độ rộng vùng cấm. Các chất có độ rộng vùng cấm nhỏ hơn 2.5eV thường được xếp vào loại các chất bán dẫn [13]. Các chất có độ rộng vùng cấm 5eV - 10eV thường được xếp vào loại các chất điện môi [60]. Ứng với độ rộng vùng cấm lớn hơn 3eV của màng TiO 2 , ta có thể xếp nó thuộc loại chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn và sử dụng lý thuyết bán dẫn để giải thích phần hấp thụ quang. Khi năng lượng photon ánh sáng chiếu tới màng TiO 2 lớn hơn hay bằng độ rộng vùng cấm của nó, chuyển mức cơ bản xảy ra và là chuyển mức xiên được phép. Mức Fermi trong tinh thể TiO 2 nằm chính giữa vùng cấm. 8 Hình 1.2. Cấu trúc vùng TiO 2 . Tinh thể TiO 2 (hình 1.3) bao gồm ba pha cấu trúc riêng là anatase, rutile và brookite. Công trình này không thực nghiệm khảo sát pha brookite, nên hai pha được nghiên cứu trọng tâm là pha anatase và rutile. Mạng TiO 2 tuân theo kiểu mạng tinh thể của hợp chất hóa học ion AB 2 [16]. • n B = 2n A : số nguyên tử B gấp đôi A. • K AB = 2K BA : số nguyên tử B bao quanh A gấp đôi số nguyên tử A bao quanh B.  Ô cơ sở anatase và rutile. Các nguyên tử Ti trong cấu trúc pha anatase tạo thành mạng tứ phương thể tâm (hình 1.4.1) với các thông số mạng a = b = 3.784 o A và c = 9.515 o A . Mật độ hạt 3 g/cm895.3ρ ≈ . Số nguyên tử Ti là bốn và số nguyên tử O là tám. Các nguyên tử Ti trong cấu trúc pha rutile tạo thành mạng tứ phương thể tâm (hình 1.4.2) với các thông số mạng a = b = 4.593 o A và c = 2.959 o A . Mật độ hạt 3 4.274g/cmρ ≈ . Số nguyên tử Ti là hai và số nguyên tử O là bốn. Bề rộng vùng cấm của cấu trúc TiO 2 ở pha rutile (3.1eV) nhỏ hơn so với pha anatase (3.2eV) là do khoảng cách giữa các hạt trong pha rutile nhỏ hơn. Năng lượng thành lập pha rutile ( mol)212.6kcal/ΔG 0 f −≈ lớn hơn pha anatase ( Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể TiO 2 . 9 mol)211.4kcal/ΔG 0 f −≈ . Do đó, ứng với các mức năng lượng càng cao sự chồng chập của các hàm sóng điện tử càng lớn nên dẫn đến bề rộng vùng cho phép càng lớn và độ rộng vùng cấm càng nhỏ [13]. Cả hai mạng tinh thể TiO 2 rutile và anatase đều thuộc cùng nhóm đối xứng điểm, viết theo ký hiệu của Hermann - Maugin là 4/mmm [14], có các yếu tố đối xứng C M2 A2 'M2 'A2 M A '' '' 224 (hình 1.5). Mạng tinh thể rutile TiO 2 thuộc nhóm đối xứng không gian P42/mmm, trong khi anatase thuộc nhóm I41/amd. Thể tích của ô cơ sở rutile bằng 62.07 o A 3 còn của ô cơ sở anatase bằng 136.25 o A 3 .Nhiệt độ để chuyển pha từ cấu trúc vô định hình sang anatase là 500 o C – 600 o C [38,95] và từ anatase sang rutile là 800 o C – 900 o C [38,95]. Ngoài ra, màng TiO 2 vô định hình có chiết suất n nhỏ nhất so với các cấu trúc TiO 2 đa tinh thể vì mật độ khối ρ (g/cm 3 ) thấp nhất. 1.2. TÍNH CHẤT QUANG. 1.2.1. Sự liên hệ giữa chiết suất n và mật độ khối lượng ρ [34]. Hình 1.4. Ô cơ sở của cấu trúc anatase và rutile (1) (2) 10 Hình 1.5. Các yếu tố đối xứng của cấu trúc anatase và rutile [...]... trong vùng ánh sáng n y là mục tiêu nghi n cứu của hầu hết các công trình n i chung, và của lu n n này n i riêng 1.4.2 Tính chất quang xúc tác của TiO2: N trong vùng ánh sáng khả ki n Ph n ứng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả ki n Vùng dâ n của vật liệu TiO2: N diê n ra tương tự như vật liệu quang xúc tác TiO2 trong vùng ánh sáng UV Dưới tác dụng của ánh sáng khả ki n, các đi n tử từ vùng hóa... vùng ánh sáng khả ki n Ngoài ra, công trình [68] c n cho rằng, phương pháp ph n xạ không thể cho lượng pha tạp N lơ n như trong phương pháp IBAD Khả n ng quang xúc tác của TiO2- xNx trong vùng ánh sáng khả ki n cao h n so với TiO2 [71] Đặc biệt, trong công trình [61], lượng pha tạp N đạt đê n 20.8at %N và cho một số kết luâ n: 1 Nguy n tử N thay thế trong màng TiO 2-xNx không bi n đổi l n khi tăng... trạng thái khuyết O mới có thể làm tăng khả n ng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả ki n Bởi vì, trong điều ki n này, cho phép hình thành cả hai mức acceptor và donor trong vùng cấm (ở g n đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng d n) Ngoài ra, n ng độ pha tạp N cũng ảnh hưởng l n tính n ng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả ki n Việc xác định n ng độ tối ưu để đạt được tính n ng quang xúc tác tốt trong... lượng pha tạp N lơ n h n 5.6%at Bằng phương pháp IBAD, công trình này cũng chứng tỏ rằng n ng lượng ion tr n 500eV là giá trị tới h n để N thay thế O trong tinh thể TiO 2 nhằm thành lập màng TiO2- xNx Mặt khác, với ph n xạ magnetron, thành ph n thay thế trong màng nhỏ vì ion N2 + lu n được thành lập trong plasma và có n ng lượng thấp n n lượng thay thế của chúng có giới h n 30 3 N ́u lượng N thay... Tuy nhi n, khi pha tạp thay thế N thì sự bi n thi n về cấu trúc trong pha anatase TiO2 không rõ ràng Do sự chênh lệch nhỏ của kích thước chiều dài li n kết giữa Ti – N và Ti – O n n mạng tinh thể hầu như ít bị bi n dạng Trong hầu hết các công trình nghi n cứu, pha tạp thay thế N được xem là quan trọng vì nó làm tăng khả n ng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiê n [53,61,62,68,71]... màng TiO 2 pha tạp N trong vùng khả ki n tốt h n TiO2 không pha tạp [63,90] Ở trong n ớc, cũng nhằm mục đích chế tạo màng TiO2 có tính n ng quang xúc tác vùng khả ki n, công trình [65] tạo màng TiO2 pha tạp Al bằng phương pháp solgel với nhiệt độ ủ là 600 oC trong 1 giờ và Eg giảm không đáng kể (từ 3.3eV đê n 3.02eV) 29 Các phương pháp cho lượng pha tạp N cao: phương pháp IBAD, PLD cho lượng... ra nhiều khó kh n cho việc tri n khai ứng dụng Vì vậy, việc nghi n cứu chế tạo màng TiO 2 bằng phương pháp dễ tri n khai ứng dụng, đạt được cấu trúc anatase ngay trong quá trình chế tạo và không qua ủ nhiệt sẽ mang lại nhiều triê n vọng và khả n ng ứng dụng trong thực tế 2.1.2 Phương pha p chế tạo vật liệu quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả ki n, TiO2: N Cho đê n nay, đã có rất nhiều công... cường độ ánh sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích hay n ng lượng photon Như vậy, những chùm ánh sáng kích thích có cường độ chiếu sáng yếu nhưng n ng lượng photon đủ l n đều có khả n ng gây ra hiệu ứng quang xúc tác Điều n y có nghĩa là, ánh sáng đ n huỳnh quang trong phòng ở (có chứa khoảng 4% bức xạ UV) cũng có thể gây ra được hiệu ứng quang xúc tác Trong quang. .. nhiều, đồng thời không thành lập cấu trúc TiN, thì sẽ n ng cao được tính n ng quang xúc tác của màng  Kết lu n chung: Các phương pháp cho lượng pha tạp N nhỏ lại có ưu điểm dễ tri n khai tr n di n tích rộng và thiết bị đ n gi n (ngoại trừ phương pháp CVD) Các phương pháp chế tạo màng nhờ n ng lượng hạt đê n đế cao sẽ cho lượng pha tạp lơ n nhưng thiết bị đắt ti n và rất khó tạo màng tr n. .. trình ph n xạ magnetron có những đặc trưng ; - B n kính Lamor l n h n khoảng sụt thế cathode, n n các đi n tử sẽ chuy n động về vùng plasma và tham gia quá trình ion hóa chất khí - Ion và đi n tử chuy n động tạo thành dòng Hall Đó là tác nh n ion hóa chủ yếu - Hầu hết các đi n tử bị giữ trong bẫy (dòng Hall) và mất d n năng lượng rồi cuối cùng ti n về anode * Hệ ph n xạ magnetron không c n bằng Hình . khả n ng chống đọng giọt tr n bề mặt màng dưới ánh sáng UV. Chương 5: Nghi n cứu cơ chế pha tạp nitrogen và tính chất quang xúc tác của màng TiO 2 : N trong vùng ánh sáng. trong vùng hóa trị do chuy n động nhiệt và trao đổi n ng lượng n n có thể nh n được n ng lượng lơ n h n năng lượng vùng cấm và chuy n l n vùng d n. Do độ rộng vùng cấm của chất b n d n thường. hưởng l n tính n ng quang xúc tác, các ứng dụng và khả n ng pha tạp để thực hi n hiệu ứng quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiê n) . Chương 2: “Các phương pha p công nghệ và