Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)

Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ HUY HẢI TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO SrTiO3 Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI ĐỨC NGUYÊN THÁI NGUYÊN - NĂM 2017 i LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng bấ t cứ mô ̣t công trình Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái Nguyên, tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn NGÔ HUY HẢI Xác nhận Trưởng khoa Hóa học Xác nhận giáo viên hướng dẫn PGS.TS NGUYỄN THỊ HIỀN LAN PGS.TS BÙI ĐỨC NGUYÊN ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập thực luận văn tác giả nhận nhiều quan tâm, động viên giúp đỡ thầy giáo, cô giáo, bạn bè gia đình Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Khoa Hóa ho ̣c, Phòng Đào tạo Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, thầy cô giáo tham gia giảng dạy cung cấp kiến thức giúp suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo:PGS TS Bùi Đức Nguyên người tận tình hướng dẫn bảo giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, thực hồn thành luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp người bên tôi, động viên khuyến khích tơi q trình thực đề tài nghiên cứu mình Với khối lượng cơng việc lớn, thời gian nghiên cứu có hạn, khả nghiên cứu hạn chế, chắn luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy giáo, cô giáo bạn đọc Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 09 năm 2017 Tác giả Ngơ Huy Hải iii MỤC LỤC TRANG BÌAPHỤ i LỜI CAM ÐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤCLỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾTTẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU NANO 1.1.1 Công nghệ nano vật liệu nano 1.1.2 Perovskit 1.1.2.1.Giới thiệu perovskit 1.1.2.2.Cấu trúc lí tưởng perovskit 1.1.2.3.Tính chất perovskit 1.1.2.4.Các phương pháp hóa học điều chế perovskit 1.2 Tính chấ t quang xúc tác của vâ ̣t liê ̣u bán dẫn nano 10 1.2.1 Giới thiệu xúc tác quang bán dẫn 10 1.2.2 Cơ chế xúc tác quang chất bán dẫn 11 1.3 Ứng dụng vật liệu nano 15 1.3.1 Trong ngành công nghiệp 15 1.3.2 Trong y học 15 1.3.3 Trong lĩnh vực lượng môi trường 16 1.4 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 20 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU TRONG LUẬN VĂN 22 1.5 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 22 1.5 Nhiễu xạ tia X (XRD) 22 iv 1.5 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 25 1.5.4 Phổ phản xạ khuếch tán UV-ViS (DRS) 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 27 2.1.1 Mu ̣c tiêu nghiên cứu 27 2.1.2 Nô ̣i dung nghiên cứu 27 2.2 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BI 27 ̣ 2.2.1 Hóa chấ t 27 2.2.2 Du ̣ng cu ̣ và thiế t bi 27 ̣ 2.3 CHẾ TẠO VẬT LIỆU 28 2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐO KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU 28 2.4.1 Nhiễu xa ̣ tia X 28 2.4.2 Hiể n vi điê ̣n tử truyề n qua (TEM) 29 2.4.3 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 29 2.4.4 Phổ tán xạ tia X (EDX) 29 2.5 QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY HỢP CHẤT RHODAMINE B 29 2.5.1 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác mẫu vật liệu 29 2.5.2 Hiê ̣u suấ t quang xúc tác 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 THÀNH PHẦN, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU 31 3.1.1 Kế t quả nhiễu xa ̣ tia X(XRD) 31 3.1.2 Kế t quả chu ̣p phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 33 3.1.3 Kế t quả chu ̣p TEM 33 3.1.4 Kế t quả phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis 36 3.2 HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ 38 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 38 3.2.2 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB vật liệu SrTiO3 40 3.2.3 Hoa ̣t tính quang xúc tác phân hủy metyl da cam SrTiO3 42 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 v Phu ̣ lu ̣c : Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Nano SrTiO3 4000C 50 Phu ̣ lu ̣c 2: Giản đồ nhiễu xa ̣ tia X của vâ ̣t liê ̣u Nano SrTiO3 5000C 50 Phu ̣ lu ̣c 3: Giản đồ nhiễu xa ̣ tia X của vâ ̣t liê ̣u Nano SrTiO3 6000C 50 Phu ̣ lu ̣c 4: Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Nano SrTiO3 7000C 51 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.2 Các hợp chất hữu thường sử dụng nghiên cứu phản ứng quang xúc tác TiO2 20 v DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Phân loại vật liệu theo số chiều Hình 1.2: Cấu trúc lý tưởng (lập phương) perovskit Hình 1.3: Các trình diễn hạt bán dẫn bị chiếu xạ với bước sóng thích hợp 12 Hình 1.4: Giản đồ oxi hóa khử cặp chất bề mặt TiO2 13 Hình 1.5: Giản đồ lượng pha anatase pha rutile 14 Hình 1.6: Sự hình thành gốc HO● O2- 14 Hình 1.7: Cơ chế quang xúc tác TiO tách nước cho sản xuất hiđro 18 Hình1.8: Cườ ng đô ̣ tia sá ng phương phá p UV-Vis 22 Hình 1.9: Mơ tả tượng nhiễu xạ tia X mặt phẳng tinh thể chất rắn 23 Hình 1.10: Sơ đồ mô tả hoạt động nhiễu xạ kế bột 24 Hình 1.11: Kính hiển vi điện tử truyền qua 25 Hình 3.1 Giả n đồ nhiễu xa ̣ tia X củ a các vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3 400oC 31 Hình 3.2 Giả n đồ nhiễu xa ̣ tia X củ a các vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3 500oC 31 Hình 3.3 Giả n đồ nhiễu xa ̣ tia X củ a các vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3 600oC 32 Hình 3.4 Giả n đồ nhiễu xa ̣ tia X củ a các vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3 700oC 32 Hình 3.5: Phổ EDX của mẫu SrTiO3 33 Hình 3.6 Ảnh TEM củ a vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3-400oC 34 Hình 3.7 Ảnh TEM củ a vâ ̣t liê ̣u nano SrTiO3-700oC 35 Hình 3.8 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis SrTiO3 điều chế nhiệt độ khác 36 Hình 3.9 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis SrTiO3-700oC so sánh với TiO2 37 Hình 3.11 Phổ hấp phụ phân tử RhB ban đầu sau bị hấp phụ vật liệu SrTiO3 khoảng thời gian khác 39 Hình 3.12 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch RhB xử lý vật liệu SrTiO3 40 Hình 3.13 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB SrTiO3 41 Hình 3.14 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch MO xử lý vật liệu SrTiO3 sau khoảng thời gian chiếu sáng khác 42 Hình 3.15 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy metyl dacam mẫu vật liệu ánh sáng khả kiến 43 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viế t tắ t STT Từ gố c TBOT Tetra butyl orthotitanat VB Vanlence Band CB Conduction Band TEM Transsmision Electronic Microscopy BET Brunauer Emmett Teller method RhB Rhodamine B MO Methyl orange vii MỞ ĐẦU Hiện nay, giới Việt nam, nhà khoa học nỗ lực nghiên cứu để tìm chất bán dẫn quang xúc tác có hiệu suất cao để ứng dụng xử lý chất hữu độc hại có mơi trường nước thải Gần hợp chất có cấu trúc perovskite, đặc biệt hợp chất ABO3 (A = Sr, Ba, Pb, Ca B = Ti, Zr) quan tâm nghiên cứu rộng rãi ứng dụng to lớn chúng kỹ thuật đời sống Trong họ vật liệu ABO3, vật liệu điện môi strontium titanate SrTiO3 (STO) nghiên cứu nhiều cả, sau khám phá tính chất sắt điện chúng Vật liệu ABO3 thể đặc tính thú vị tính chất quang hóa, tính chất sắt điện,tính chất áp điện nhiều tính chất khác Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung nhiều vào tính chất điện từ chúng, nghiên cứu ứng dụng quang xúc tác hệ vật liệu STO ít.Đặc biệt, họ vật liệu ABO3, thay nguyên tố khác vào vị trí A B thay đồng thời lúc hai vị trí tạo nhiều thay đổi tính chất Khi có pha tạp, tính chất qunga, điện vật liệu perovskite có nhiều hứa hẹn cải thiện để phù hợp với mục đích ứng dụng khác Do đó, em chọn đề tài “Tổ ng hợp, nghiên cứu đă ̣c trưng cấ u trúc và hoa ̣t tính quang xúc tác của vật liê ̣u nano SrTiO3” ... chúng Vật liệu ABO3 thể đặc tính thú vị tính chất quang hóa, tính chất sắt điện ,tính chất áp điện nhiều tính chất khác Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung nhiều vào tính chất điện từ chúng, nghiên cứu. .. TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ 38 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 38 3.2.2 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB vật liệu SrTiO3 40 3.2.3 Hoa ̣t tính quang. .. 29 2.5 QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY HỢP CHẤT RHODAMINE B 29 2.5.1 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác mẫu vật liệu 29 2.5.2 Hiê ̣u suấ t quang xúc tác 29 CHƯƠNG