Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu dây NANO tio2 luận văn thạc sỹ hóa học

LỜI CẢM ƠN Lời xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Nguyễn Hoa Du giúp đỡ, khích lệ suốt trình học tập Cảm ơn thầy giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian làm luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc cô giáo TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, thầy giáo TS Lưu Tiến Hưng (Khoa Điện tử Viễn thông, Đại học Vinh) quan tâm, hết lòng giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Hoá vô cơ, thầy cô giáo ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, khoa Hoá học trường Đại học Vinh tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu Tôi xin cảm ơn cô giáo phòng Công nghệ nano kĩ thuật viên Trung tâm Kiểm định an toàn Thực phẩm – Môi trường, phòng Thí nghiệm Hóa vô trường Đại học Vinh giúp đỡ trình làm thực nghiệm Cuối xin dành tình cảm đặc biệt tới người thân gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Nghệ An, tháng 11 năm 2011 Tác giả Hồ Sỹ Vân Minh DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAM : Anot màng nhôm oxit CVD : Lắng đọng pha hóa học (Chemical vapor deposition) FESEM : Kính hiển vi điện tử phát xạ trường (Field emission scanning electron microscopy) FTO : Thiếc oxit pha tạp flo (Fluorine- doped tin oxide) FWHM : Độ rộng bán phổ vạch nhiễu xạ cực đại (Full-width at half maximum intensity) HRTEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (High resolution transmission electron microscopy) MB : Metylene blue PLD : Lắng đọng chân không laser xung (Pulsed laser deposition) PVD : Lắng đọng pha vật lý (Physical vapor deposition) SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscpy) SPM : Kính hiển vi quét đầu dò (Scanning Probe Microscopy) STM : Kính hiển vi đường ngầm quét (Scanning tunneling microscope) TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy) UV : Tử ngoại (Ultraviolet) XRD : Nhiễu xạ tia X (X- ray diffraction) DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Chú thích bảng Trang Bảng 1.1 Độ dài đặc trưng số tính chất vật liệu Bảng 1.2 Các đặc tính cấu trúc dạng thù hình TiO2 11 Bảng Các hệ tinh thể thông số mạng chúng 33 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Chú thích hình Trang 10 Hình 1.1 Các dạng thù hình khác TiO2 (A) rutile (B) anatase (C) brookite Hình 1.2 Cơ chế xúc tác quang TiO2 19 Hình 1.3 Sơ đồ ứng dụng tính chất quang xúc tác TiO2 20 Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo mẫu TiO2 25 Hình 2.2 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 28 Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy TEM 29 Hình 2.4 Nguyên lý trình nhiễu xạ tia X 32 Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu TiO2 sử dụng tiền chất TiCl4 36 a) Độ phóng đại thấp b) Độ phóng đại lớn Hình 3.2 Ảnh FESEM mẫu TiO2 sử dụng tiền chất Ti(OC4H9)4 a) Độ phóng đại thấp 36 b) Độ phóng đại lớn Hình 3.3 Ảnh FESEM mẫu TiO2 sử dụng hỗn hợp tiền chất 37 TiCl4 + Ti(OC4H9)4 a) Độ phóng đại thấp b) Độ phóng đại lớn Hình 3.4 Ảnh FESEM nano TiO2 FTO sử dụng tiền chất 38 TiCl4 nhiệt độ khác nhau: a) 165℃ b) 170℃ c) 175℃ d) 185℃ Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu TiO2 nhiệt độ khác nhau: 39 a) 165℃ b) 170℃ c) 180℃ d)185℃ Hình 3.6 Ảnh TEM mẫu dây nano TiO2 FTO sử dụng tiền chất TiCl4, thời gian phản ứng giờ: a) Độ phân giải thấp b) Độ phân giải cao (HRTEM) 40 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng 41 UV theo thời gian Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng 42 UV theo thời gian sử dụng mẫu TiO2 nung Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng visible theo thời gian sử dụng mẫu TiO2 nung 42 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu nano 1.1.1 Khái niệm vật liệu nano công nghệ nano 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.3 Tính chất vật liệu nano 1.1.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano 1.1.5 Ứng dụng vật liệu nano 10 1.2 Tổng quan TiO2 10 1.2.1 Cấu trúc TiO2 10 1.2.2 Tính chất lý- hóa TiO2 12 1.2.2.1 Tính chất vật lý 12 1.2.2.2 Tính chất hóa học 12 1.2.3 Sự chuyển pha TiO2 13 1.2.4 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu dây TiO2 kích thước nanomet 14 1.2.4.1 Phương pháp sol- gel 15 1.2.4.2 Phương pháp thủy nhiệt 15 1.2.4.3 Phương pháp dung nhiệt 16 1.2.4.4 Phương pháp lắng đọng pha hóa học (Chemical vapor deposition) 16 1.2.4.5 Phương pháp lắng đọng pha vật lý PVD (Physical vapor deposition) 17 1.2.4.6 Phương pháp kết tủa điện 17 1.2.4.7 Các phương pháp khác 17 1.2.5 Ứng dụng vật liệu TiO2 kích thước nanomet 17 1.2.5.1 Ứng dụng vật liệu nano TiO2 dựa vào hoạt tính quang xúc tác 18 1.2.5.2 Ứng dụng vật liệu nano TiO2 dựa vào tính bán dẫn 22 1.2.5.3 Một số ứng dụng khác vật liệu TiO2 kích thước nanomet 22 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 24 2.1 Hóa chất thiết bị chế tạo mẫu 24 2.2 Quy trình chế tạo mẫu 24 2.2.1 Xử lý bề mặt đế 24 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tiền chất tới tạo thành dây nano TiO2 25 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ tới tạo thành dây nano TiO2 26 2.2.4 Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác 26 2.3 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu 26 2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử 26 2.3.1.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 27 2.3.1.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM: Transmission electron microscopy) 29 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 30 2.3.3 Phương pháp khảo sát hoạt tính quang xúc tác TiO2 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Ảnh hưởng tiền chất chứa Ti tới hình thành dây nano TiO2 36 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hình thành dây nano TiO2 38 3.3 Cấu trúc tinh thể TiO2 39 3.4 Tính quang xúc tác 40 KẾT LUẬN 44 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, vật liệu nano công nghệ nano nhiều nhóm giới quan tâm nghiên cứu Thành tựu khoa học công trình nghiên cứu vật liệu nano trở nên có ý nghĩa hết Công nghệ nano phát triển nhanh chóng mang lại nhiều triển vọng cho khoa học sống Công nghệ nano nghiên cứu vật liệu có kích thước cỡ nanomet (10-9 m) Với kích thước nhỏ nên vật liệu nano có tỷ số bề mặt khối lớn có hiệu ứng giam giữ lượng tử có tính chất vô đặc biệt mà vật liệu có kích thước lớn độ bền học cao, tính bán dẫn, tính chất quang điện vượt trội, hoạt tính xúc tác cao … Hiện có nhiều loại vật liệu nano cấu trúc khác quan tâm nghiên cứu, có cấu trúc nano dựa hợp chất oxit (ZnO, TiO2…) Ở Việt Nam, từ cuối năm 1990 loại vật liệu nano nhiều nhóm nghiên cứu đạt kết đáng kể Các loại vật liệu nano ứng dụng công nghệ sinh học tác nhân phản ứng sinh học ảnh tế bào, vật lý chấm lượng tử hướng đến sản xuất điot phát quang, hóa học tác nhân xúc tác xử lý môi trường, sống hàng ngày vật dụng lọc nước Titan đioxit (TiO2) nghiên cứu vật liệu lĩnh vực nano có tính chất lý hóa, quang điện đặc biệt thân thiện với môi trường Đã có nhiều vật liệu nano TiO2 cấu trúc khác nghiên cứu hạt nano, nano, dây nano…[5], [16], [20] ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khoa học, sống Đặc biệt TiO2 quan tâm lớn lĩnh vực làm xúc tác quang hóa phân hủy chất hữu xử lý môi trường Hiệu suất trình xúc tác phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm loại pha hay cấu trúc chúng Việc nghiên cứu khả xúc tác loại cấu trúc cần thiết, chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo khảo sát khả quang xúc tác vật liệu dây nano TiO2” với nội dung cụ thể sau: (1) Nghiên cứu điều kiện tối ưu xây dựng quy trình chế tạo mẫu dây nano TiO2; (2) Thăm dò hoạt tính quang xúc tác vật liệu dây nano; (3) Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác dây nano Mục đích luận văn - Nghiên cứu chế tạo dây TiO2 kích thước nanomet (bằng phương pháp dung nhiệt (solvothermal)) - Sử dụng phương pháp ảnh vi hình thái, phương pháp phổ để xác định kích thước, cấu trúc vật liệu nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến kích thước, chất lượng dây nano tạo thành - Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác nano TiO2 cấu trúc dây Đối tượng nghiên cứu Vật liệu cấu trúc dây TiO2 Phương pháp nghiên cứu Luận văn tiến hành phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Vật liệu TiO2 chế tạo phương pháp dung nhiệt Vi hình thái cấu trúc vật liệu khảo sát phương pháp ảnh SEM, TEM, phổ nhiễu xạ tia X Hoạt tính quang xúc tác vật liệu nghiên cứu phản ứng phân hủy dung dịch metylene blue Bố cục nội dung luận văn Luận văn gồm 51 trang với bảng, 16 hình vẽ đồ thị Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn chia thành chương: 37 Hình 3.3 Ảnh nh FESEM c mẫu TiO2 sử dụng hỗnn hợp h tiền chất TiCl4 + Ti(OC4H9)4 e )Độ phóng đại thấp f) Độ Đ phóng đại lớn Từ kết ta thấy th dây nano có xu hướng ng hình thành theo t bó, cụm, có nhữ ững điểm đan xen vào Mẫuu dây nano TiO2 thu sử dụng tiền chấất Ti(OC4H9)4 hay hỗn hợp TiCl4 + Ti(OC4H9)4 có mật độ cao hơn, có sắắp xếp định hướng tốt so vớii sử s dụng tiền chất TiCl4 Mẫu cho kếtt qu tốt mẫu sử dụng hỗn hợpp TiCl4+ Ti(OC4H9)4 làm tiền chất Các tiền chấtt khác có tốc t độ phản ứng ng khác Kết K cho thấy tốc độ phản ứng ng xảy x nhanh sử dụng tiền chấtt TiCl4 Độ dài dây nano TiO2 sử dụng ng tiền ti chất TiCl4 đạt tới 4- µm, µ đạt 2- µm sử dụụng tiền chất Ti(OC4H9)4 Bên cạnh tạoo cấu c trúc đơn lớp, p, dây nano TiO2 hình thành cấu trúc đa lớp, tứcc hình thành nhiều nhi bó dây xếp chồng ng lên Bó dây nano TiO2 đượ ợc mọcc bó dây nano hình thành trước tr 38 Độ dài bề rộng r bó dây nano TiO2 lần lượtt 44 µm 300400 nm sử dụng ng TiCl4; 2- µm 400- 500 nm sử dụng Ti(OC4H9)4; 3- µm 300- 500 nm sử s dụng hỗn hợp TiCl4 + Ti(OC4H9)4 Độ rộng củaa m dây nano TiO2 cỡ vào khoảng 8- 15 nm 3.2 Ảnh hưởng củaa nhiệt nhi độ tới hình thành dây nano TiO2 Nhiệt độ mộột nhân tố có ảnh hưởng lớn đến hình thành dây nano TiO2 Hình 3.4 ảnh nh FESEM c mẫu TiO2 điều chế nhiệt độ khác nh FESEM c nano TiO2 FTO sử dụng tiềền chất TiCl4 Hình 3.4 Ảnh nhiệt độ khác a) 165℃ b) 170℃ c) 175℃ d) 185℃ 39 Ở nhiệt độ khoảng 165℃, phản ứng không hình thành dây nano mà tạo lớp màng mỏng TiO2 bám bề mặt đế Điều giải thích nhiệt độ thấp, tốc độ phản ứng thủy phân tạo oxit hidrat xảy nhanh trình tách nước dẫn đến hình thành lớp vô định hình thay cho việc hình thành tinh thể 3.3 Cấu trúc tinh thể TiO2 Hình 3.5 phổ nhiễu xạ tia X mẫu TiO2 FTO sử dụng R(220) R(211) R(210) (d) R(111) R(101) R(200) Intensity (a.u.) R(110) tiền chất TiCl4, thời gian phản ứng nhiệt độ khác (c) (b) (a) 20 30 40 Theta (deg.) 50 60 Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu TiO2 nhiệt độ khác nhau: a) 165℃ b) 170℃ c) 180℃ d) 185℃ Hình 3.5 cho thấy peak đặc trưng cấu trúc pha rutile [51] Ở nhiệt độ khoảng 165℃ peak phổ xuất chưa rõ ràng, chứng tỏ mẫu thu chủ yếu dạng vô định hình oxit hidrat Sự kết tinh TiO2 tăng nhiệt độ phản ứng tăng lên 40 Kết ảnh nh TEM sau (hình 3.6) cho ta sốố liệu cụ thể cấuu trúc dây nano tạo t thành b a Hình 3.6 Ảnh nh TEM c mẫu dây nano TiO2 FTO sử dụụng tiền chất TiCl4, thời gian phản ứng ng giờ: gi a) Độ phân giải gi thấp b) Độ phân giảii cao (HRTEM) Ảnh nh HRTEM (hình 3.6 a) xác nhậnn dây nano hình thành đơn tinh thể, (hình 3.6 b) cho thấy th khoảng cách mặt mạng tinh thểể khoảng 3,2 nm tương ứng với khoảng ng cách gi mặt (110) củaa pha rutile Kết K phù hợp với kếtt qu tính toán từ giản đồ phổ nhiễu xạ tia X Các dây nano mặt m phẳng tinh thể (110) phát triển tri dọc theo mặt (001) củaa pha rutile s đạt tốc độ cao [32] 3.4 Tính ăng quang xúc tác Sự thay đổi vềề nồng độ dung dịch MB theo thờii gian tính toán dựa theo suy giảm m v độ hấp thụ dung dịch ch theo thời th gian bước sóng hấp thụ cực đạại Hình 3.7 mô tả suy giảm nồng ng độ đ dung dịch MB thời gian khác ác thử th hoạt tính xúc tác mẫu m TiO2 41 Metylene Blue, C/Co 1.0 0.9 0.8 TiO2 Nw (TiCl4) TiO2 Nw (TiCl4 + Ti(OC4H9)4) 0.7 30 60 90 120 150 Thêi gian chiÕu mÉu (phót) Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng UV theo thời gian Từ hình 3.7 ta thấy khả quang xúc tác mẫu TiO2 chế tạo từ hỗn hợp tiền chất TiCl4 + Ti(OC4H9)4 mạnh mẫu TiO2 chế tạo từ TiCl4 Hiệu suất phân hủy MB sau thời gian 150 phút mẫu dây nano TiO2 tạo từ hỗn hợp TiCl4 + Ti(OC4H9)4 đạt khoảng 27,28 %; từ TiCl4 đạt khoảng 5,84 % Chúng tiến hành nghiên cứu khả xúc tác hai mẫu TiO2 sau nung 500℃ Kết thu hình 3.8 hình 3.9 42 1.05 1.00 Metylene Blue, C/Co 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 TiO2 (TiCl4) TiO2 (TiCl4+Ti(OC4H9)4) 0.70 0.65 30 60 90 120 150 Thêi gian chiÕu mÉu (phót) Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng UV theo thời gian sử dụng mẫu TiO2 nung 1.05 Metylene Blue, C/Co 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 TiO2 (TiCl4) TiO2 (TiCl4+Ti(OC4H9)4) 0.75 30 60 90 120 150 Thêi gian chiÕu mÉu (phót) Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn nồng độ MB phân hủy nguồn sáng Visible (khả kiến) theo thời gian sử dụng mẫu TiO2 nung 43 Hình 3.8 cho thấy khả quang xúc tác hai mẫu TiO2 tăng lên sau nung Mẫu TiO2 điều chế từ tiền chất TiCl4 tăng lên cách rõ rệt, mẫu điều chế từ hỗn hợp TiCl4+ Ti(OC4H9)4 tăng không đáng kể Khả thể hoạt tính quang xúc tác dùng nguồn chiếu sáng visible (khả kiến) đưa hình 3.9 Tính xúc tác mẫu TiO2 (TiCl4+ Ti(OC4H9)4) tương đối ổn định Từ ba hình 3.7; 3.8; 3.9 ta thấy hoạt tính quang xúc tác mẫu nghiên cứu yếu Điều mẫu chủ yếu có cấu trúc rutile Sau nung hoạt tính xúc tác tăng lên yếu, điều hiểu bề mặt có biến đổi bé Sau khoảng thời gian 150 phút, khả thể hoạt tính mẫu TiO2 (TiCl4+ Ti(OC4H9)4) tốt so với mẫu TiO2 (TiCl4) 44 KẾT LUẬN Trong luận văn tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu nano TiO2 có cấu trúc dây khảo sát hoạt tính quang xúc tác chúng Chúng thu kết sau: Tổng hợp thành công dây nano TiO2 phương pháp dung nhiệt Đã khảo sát số điều kiện thích hợp cho việc chế tạo dây nano TiO2 Mẫu dây nano đạt kết tốt sử dụng hỗn hợp tiền chất TiCl4 + Ti(OC4H9)4, nhiệt độ phản ứng 180℃, thời gian phản ứng Đã khảo sát hoạt tính quang xúc tác mẫu dây nano TiO2 Đồng thời thấy ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu tới hoạt tính quang xúc tác chúng Tuy nhiên thời gian, thiết bị hạn chế chưa khảo sát yếu tố ảnh hưởng pha tinh thể độ dày lớp dây nano Các kết đạt mở hướng nghiên cứu cho đề tài: - Khảo sát kiểm soát hình thành pha (rutile, anatase, brookite) Kiểm soát việc tạo thành đơn lớp, đa lớp dây nano TiO2 - Tìm cách nâng cao hoạt tính xúc tác cho dây nano TiO2 để ứng dụng vào xử lý môi trường thực tiễn Xa nghiên cứu ứng dụng vật liệu dây nano TiO2 làm pin mặt trời 45 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ Ho Sy Van Minh, Nguyen Hoa Du, Luu Tien Hung, Nguyen Thi Quynh Hoa (2011), Solvothermal synthesis and characterization TiO2 nanowire arrays on transparent conducting oxide substrate for dye- sensitizied solar cell application, Proceedings of the 3rd IWNA, Vung Tau, Viet Nam, November 10- 12, 781- 783 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2008), Hóa học vô cơ, Quyển 2, NXBGD [2] Nguyễn Văn Dũng, Phạm Thị Thúy Loan, Đào Văn Lượng, Cao Thế Hà (2006), “Nghiên cứu điều chế vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 từ sa khoáng ilmenite Phần III: Đánh giá hoạt tính quang hóa xúc tác TiO2 phản ứng quang phân hủy axit orange 10”, Tạp chí phát triển KH & CN, Tập (1), 25- 31 [3] Lâm Thị Kiều Giang (2011), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều ytri, ziriconi tính chất quang chúng, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện KH & CN Việt Nam [4] Nguyễn Thị Kim Giang (2009), Nghiên cứu điều chế vật liệu TiO2 biến tính kích thước nanomet khảo sát khả quang xúc tác chúng, Luận văn Thạc sĩ khoa học, ĐHKHTN- ĐHQGHN [5] Nguyễn Hoàng Hải (2005), “Các hạt nano kim loại (Metallic nanoparticles)”, Tạp chí vật lý, Tập (1) [6] Ngô Thị Hồng Lê (2011), Nghiên cứu chế tạo tính chất bán dẫn pha từ loãng TiO2 anatase pha tạp Co phương pháp sol- gel phún xạ catốt, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện KH & CN Việt Nam [7] La Vũ Thùy Linh (2010), “Công nghệ nano- cách mạng khoa học kỹ thuật kỷ 21”, Tạp chí Khoa học & Ứng dụng, số 12, 47- 49 [8] Vũ Thị Hạnh Thu, Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Huỳnh Thành Đạt, Phạm Kim Ngọc (2009), “Màng quang xúc tác TiO2 chế tạo phương pháp phún xạ phản ứng magnetron DC”, Science & Technology Development, Vol 12, No 03 47 [9] Hồ Viết Quý (2007), Các phương pháp phân tích công cụ hóa học đại, NXB ĐHSP Hà Nội [10] Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vô cơ, ĐHKHTN- ĐHQGHN Tài liệu tiếng Anh [11] Ba J (2006), Nonaqueous syntheses of Metal oxide Nanoparticles and Their Assembly into Mesoporous Materials, Potsdam University [12] Barranon A (2009), New nanotechnology developments, Nova Science, New York [13] Bhushan B (2004), Springer Handbook of Nanotechnology, SpringerVerlag, Berlin, Germany [14] Cao G (2004), Nanostructures and nanomaterials, University of Washington, USA [15] Charles P., Poole Jr., Frank J Owens (2003), Introduction to nanotechnology, Wiley- Interscience, New York, USA [16] Chen X., Mao S S (2007), “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications”, Chem Rev., 107, 2891- 2959 [17] Dang Thi Thanh Le, Dang Duc Vuong, Nguyen Duc Chien (2009), “Synthesis and LPG- sensing properties of TiO2 nanowires”, Journal of Physics, 187 [18] Demazeau G (2008), “Solvothermal processes: new trends in Materials Chemistry”, Journal of Physics: Conference Series, 121 [19] Dresselhaus M S., Lin Y M., Rabin O., Black M R., Dresselhaus G (2003), Nanowires, USA [20] Fahlman B D (2008), Materials Chemistry, Springer, The Netherlands, 275- 418 48 [21] Feng X., Shankar K., Varghese O K., Paulose M., Latempa T J., and Grimes C A (2008), “Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications”, Nanoletters, Vol 8, No 11, 3781 – 3786 [22] Fujishima A., Rao T N., Tryk D A (2000), “Titanium dioxide photocatalysis”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review, 1, 1- 21 [23] Giersig M., Khomutov G B (2008), Nanomaterials for Application in Medicine and Biology, Springer, The Netherlands [24] Hester R E., Harrison R M (2007), Nanotechnology: Consequences for human health and the Environment, Cambridge, UK [25] Hosokawa M., Nogi K., Naito M., Yokoyama T (2007), Nanoparticle technology handbook, Elsevier, Oxford, UK [26] Huo K., Zhang X., Fu J., Qian G., Xin Y., Zhu B., Ni H., Chu P K (2009), “Synthesis and Field Emission Properties of Rutile TiO2 nanowires Arrays Grown Directly on a Ti Metal Self- Source Substrate”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol 9, 3341- 3346 [27] Jia Q., Que W., Zhang J (2011), “Heterogeneous Solvothermal Synthesis of One-Dimensional Titania nanostructures on transparent conductive glasses”, Journal of Physica status solidi a, Vol 208, issue 10, 2313-2316 [28] Kaewsai D., Jaruwongjinda W., Daothong S., Singjai P (2010), “Phase and Microstructure of TiO2 Nanowires Synthesized by Thermal Oxidation”, Journal of Microscopy Society of Thailand, 24 (2), 145- 148 [29] Klein L C (1987), Sol- gel Technology for thin films, Fibers, Preforms, electronics and specialty shapes, Noyes Publications, New Jersey, USA 49 [30] Koch C C.(2003), “Top- down synthesis of nanostructured materials: mechanical and thermal processing methods”, Rev Adv Mater Sci.,5, 91- 99 [31] Kuchibhatla S V N T., Karakoti A S., Bera D., Seal S (2007), One dimensional nanostructured materials, Prog Mater Sci., 52, 699- 913 [32] Kumar A., Madaria A R., and Zhou C (2010), “Growth of Aligned Single- Crystalline Rutile TiO2 Nanowires on Arbitrary Substrates and Their Application in Dye- Sensitized Solar Cells”, J Phys Chem C, 114, 7787 [33] Linsebigler A L., Lu G., Yates J T., Jr (1995), “Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results”, Chem Rev, 95, 735- 758 [34] Neumann R V (2010), Nanotechnology and the Environment, Nova Science, New York [35] Ninsonti H., Sangsrichan S., Kangwansupamonkon W., Phanichphant S., Pookmanee P (2009), “Hydrothermal Synthesis of Titanium Dioxide (TiO2) Micropowder”, Journal of Microscopy Society of Thailand, 23 (1), 91- 94 [36] Nolan N T (2010), Sol- gel Synthesis and Characterisation of Novel Metal Oxide Nanomaterials for Photocatalytic Applications, Thesis, Dublin Institute of Technology [37] Park Y., Lee J S (2011), “Morphology Control of single crystalline Rutile TiO2 Nanowires”, Bull Korean Chem Soc., Vol 32, No 10 [38] Ricaud M., Witschger O (2009), Nanomaterials: Definitions, toxicological risk, characterisation of occupational exposure and prevention measures, Institut National de Recherche et de Sécurité [39] Savage N., Diallo M., Duncan J., Street A., Sustich R (2009), Nanotechnology applications for clean water, William Andrew, USA [40] Schwartz G C., Srikrishnan K V (2006), Handbook of semiconductor interconnection technology, CRC Press, USA 50 [41] Shi J., Wang X (2011), “Growth of Rutile Titanium Dioxide Nanowires by Pulsed Chemical Vapor Deposition”, Crys Growth Des, 11, 949- 954 [42] Shivaraju H P., Byrappa K., Kumar T M S V., Ranganathaiah C (2010), “Hydrothermal Synthesis and Characerization of TiO2 Nanostructures on the Ceramic Sufport and their Photo- catalysis performance”, Bulletin of the Catalysis Society of India, 9, 37- 50 [43] Stamate M., Lazar G (2007), “Application of titanium dioxide photocatalysis to create self- cleaning Materials”, Romanian Technical sciences Academy, MOCM 13, Vol 13, 280- 285 [44] Wahi R K., Liu Y., Falkner J C., Colvin V L (2006), “Solvothermal synthesis and characterization of anatase TiO2 nanocrystals with ultrahigh surface area”, Journal of Colloid and Interface Science, 302, 530- 536 [45] Wang P H., Wang S J., Uang K M., Chen T M., Wang T C (2010), “Synthesis of Single-crystal Rutile TiO2 Nanowire Arrays on a Sputtered TiO2 Seed Layer”, The Electrochemical Society [46] Wei Z., Yao Y., Huang T., Yu A (2011), “Solvothermal Growth of Well- Aligned TiO2 Nanowire Arrays for Dye- Sensitized Solar Cell: Dependence of Morphology and Vertical Orientation Upon Substrate Pretreatment”, Int J Electrochem Sci., 6, 1871- 1879 [47] Woolfson M M (1997), An introduction to X- ray crystallography, Cambridge University press [48] Xia Y., Yang P., Sun Y., Wu Y., Mayers B., Gates B., Yin Y., Kin F., and Yan H (2003), “One- Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Applications”, Adv Mater., 15, 353- 389 [49] Yang P (2003), The Chemistry of Nanostructured Materials, World Scientific, Singapore, 183- 226 51 [50] Zhou W., Wang Z L (2011), Three- Dimensional Nanoarchitectures, Springer, USA [51] Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) Powder Diffraction File, Card No 21- 1276, Swarthmore, PA [52] Korkin A., Labanowski J., Gusev E., Luryi S (2007), Nanotechnology for Electronic and Devices, Springer, New York, USA [53] Paras P N (2004), Nanophotonics, John Wiley & Sons, Inc., New York [...]... xỳc tỏc quang quý bỏu ú m vt liu TiO2 kớch thc nanomet c ng vo nhiu lnh vc, cú th túm tt trong s (hỡnh 1.3): Quang ngng kết nitơ Quang điện TiO2 hoạt tính + ánh sáng Quang xúc tác Tổng hợp hữu cơ Phản ứng đặc biệt Quang oxi hóa các hợp chất hữu cơ Quang tách nớc để tạo hydro Oxi hóa hợp chất hữu cơ Hiệu ứng siêu a nớc Giảm chất ô nhiễm Tẩy uế, phân hủy các hợp chất vi sinh Khử chất độc vô cơ và loại... lnh vc nano [7], [24] Khỏi nim v vt liu nano, khoa hc v cụng ngh nano dn c hỡnh thnh, hin nay chỳng ta cú th hiu chỳng nh sau [3], [14], [38]: Vt liu nano (Nanomaterial): T nano cú ngun gc trong ting Hy Lp nanos ngha l nh bộ, thp lựn Theo quy nh quc t, tin t nano tng ng vi 10-9 Chng hn, nano giõy = 10-9 giõy, nanogam = 10-9 gam Trong phm vi xột n, t nano m chỳng ta dựng cú ngha l nanomet Vt liu nano. .. liu nano khụng chiu: l vt liu cú kớch thc nanomet theo c ba chiu khụng gian, khụng cũn chiu no t do cho in t in hỡnh l ht nano, chm lng t nano, chựm nano Vt liu nano mt chiu: l vt liu cú kớch thc nanomet theo hai chiu khụng gian, hay vt liu cú t l kớch thc chiu di trờn chiu rng ln Vớ d: dõy nano, dõy lng t, thanh nano, ng nano 6 Vt liu nano hai chiu: l vt liu trong ú cú mt chiu cú kớch thc nanomet,... dng ph bin Cỏc loi pin quang in húa s dng vt liu nano TiO2 c thit k lp t trờn mỏi hoc tng nh cú th tip xỳc trc tip vi ỏnh sỏng mt tri Hin nay, pin quang in húa s dng TiO2 ó t c hiu sut chuyn i nng lng mt tri lờn n 11% 1.2.5.3 Mt s ng dng khỏc ca vt liu TiO2 kớch thc nanomet [16] Vt liu nano TiO2 c s dng ch to gch men, kớnh chng bỏm sng Sn phm gch men v kớnh c ph lp phim mng TiO2 kt hp vi cỏc ph gia... chiu Vớ d: mng mng nano, tm nano, Vt liu nano ba chiu: l vt liu cú kớch thc ln theo ba chiu khụng gian nhng cha cỏc phn t cu thnh cú kớch thc nanomet +) Phõn loi theo c im tớnh cht [14]: Vt liu nano ng hng: vt liu nano cú tớnh cht nh nhau theo mi chiu khụng gian Vt liu nano bt ng hng: vt liu cú tớnh cht khỏc nhau cỏc hng khỏc nhau 1.1.3 Tớnh cht ca vt liu nano [5], [7] Vt liu nano cú th coi l nh... TiO2 + MO MTiO3 (M l Zn, Ni, Pb, Mn, Fe, Co) TiO2 cú kh nng b hiro, cacbon monooxit v kim loi kh v s oxi húa thp hn 2TiO2 + H2 2TiO2 + H2 2TiO2 + CO 3TiO2 + Ti 1000oC ,TiCl4 1750oC 800oC 900-1000oC Ti2O3 + H2O TiO + H2O Ti2O3 + CO2 2Ti2O3 3TiO2 + 4Al 3Ti + 2Al2O3 TiO2 + 2Ca Ti + 2CaO 1.2.3 S chuyn pha ca TiO2 [4] Khi thy phõn cỏc mui vụ c ca titan u to ra TiO2 dng vụ nh hỡnh hoc dng cu trỳc anatase... ch to vt liu nano TiO2 1.2.4.7 Cỏc phng phỏp khỏc [16], [28] Ngoi nhng phng phỏp trờn cú mt s phng phỏp khỏc cng c s dng ch to vt liu dõy nano TiO2 nh oxi húa nhit, vi súng, siờu õm húa hc, micelle v micelle o 1.2.5 ng dng ca vt liu TiO2 kớch thc nanomet TiO2 l vt liu bỏn dn vựng cm rng, trong sut, chit sut cao nờn t lõu ó c ng dng trong nhiu ngnh, lnh vc nh sn, nha, giy, m phm, dc phm TiO2 bt mn khuch... tri thnh in nng quy mụ dõn dng 1.2.5.1 ng dng ca vt liu nano TiO2 da vo hot tớnh quang xỳc tỏc [2], [7], [16], [22], [33], [36] Cht xỳc tỏc quang l cht lm tng tc phn ng quang hoỏ Khi c chiu ỏnh sỏng vi cng thớch hp cht xỳc tỏc quang s lm tng tc phn ng quang hoỏ bng cỏch tng tỏc vi cht nn trng thỏi n nh hay trng thỏi b kớch thớch Cht xỳc tỏc quang khi tham gia vo phn ng cú th to ra mt lot qui trỡnh... Ba, Sr) 13 TiO2 tan rừ rt trong borac v trong photphat núng chy Khi un núng lõu vi axit H2SO4 c thỡ nú chuyn vo trng thỏi ho tan ( tan gim khi nhit nung TiO2 tng) TiO2 tỏc dng c vi axit HF hoc vi kali bisunfat núng chy TiO2 + H2SO4() 100-200oC Ti(SO4)2 + 2H2O TiO2 + 6HF H2[TiF6] + 2H2O TiO2 + 2K2S2O7 Ti(SO4)2 + K2SO4 nhit cao TiO2 cú th phn ng vi oxit kim loi to thnh cỏc mui titanat TiO2 + MO... trong nc Chng hn, TiO2 kt hp vi ỏnh sỏng UV x lý nhim c thy ngõn [39]: 2hv + TiO2 2e- + 2h+ Hg2+(aq) Hg(ads) (B hp ph lờn b mt vt liu) Hg2+(ads) + 2e Hg(ads) Thy ngõn kim loi sinh ra bỏm lờn mng vt liu nờn d dng tỏch ra c Cú nhiu dng vt liu cha TiO2 c ỏp dng trong x lý nc nh: TiO2 dng bt vi kớch thc ht nano, TiO2 c ph lờn cỏc vt liu nh tm kớnh, si thy tinh, ht bead S dng vt liu nano TiO2 vo lm sch ... c tớnh xỳc tỏc quang quý bỏu ú m vt liu TiO2 kớch thc nanomet c ng vo nhiu lnh vc, cú th túm tt s (hỡnh 1.3): Quang ngng kết nitơ Quang điện TiO2 hoạt tính + ánh sáng Quang xúc tác Tổng hợp hữu... ioxit (TiO2) c nghiờn cu nh l vt liu c bn lnh vc nano bi nú cú tớnh cht lý húa, quang in c bit v nht l thõn thin vi mụi trng ó cú nhiu vt liu nano TiO2 cu trỳc khỏc c nghiờn cu nh ht nano, nano, ... kh nng quang xỳc tỏc ca vt liu dõy nano TiO2 vi cỏc ni dung c th sau: (1) Nghiờn cu iu kin ti u v xõy dng quy trỡnh ch to mu dõy nano TiO2; (2) Thm dũ hot tớnh quang xỳc tỏc ca vt liu dõy nano;