(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O

(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O(Luận văn thạc sĩ) Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3 biến tính bằng Ag2O

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHẠM TRUNG DŨNG TỞNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO SrTiO3 BIẾN TÍNH BẰNG Ag2O ḶN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHẠM TRUNG DŨNG TỞNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO SrTiO3 BIẾN TÍNH BẰNG Ag2O Ngành: Hóa vơ Mã số: 8.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI ĐỨC NGUYÊN THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Bùi Đức Nguyên Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa sử dụng cơng trình Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái Nguyên, tháng 03 năm 2019 Tác giả luận văn PHẠM TRUNG DŨNG i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Đức Nguyên người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo ban giám hiệu, phòng đào tạo, khoa Hóa học- trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu thực đề tài Xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực nghiệm hồn thành luận văn 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, giáo bạn đọc Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, tháng 03 năm 2019 Tác giả Phạm Trung Dũng ii MỤC LỤC LỜI CAM ÐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Công nghệ nano vật liệu nano 1.1.2 Perovskit 1.2 Tính chất quang xúc tác vật liệu 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 chất hữu độc hại môi trường nước 19 1.5 Các phương pháp phân tích mẫu luận văn 21 1.5.1 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 21 1.5.2 Nhiễu xạ tia X (XRD) 22 1.5.3 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 24 1.5.4 Phổ phản xạ khuếch tán UV-ViS (DRS) 25 Chương 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1 Hóa chất thiết bị 26 2.1.1 Hóa chất 26 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 26 2.2 Chế tạo vật liệu 26 iii 2.2.1 Điều chế SrTiO3 26 2.2.2 Điều chế SrTiO3 biến tính Ag2O 27 2.3 Các kỹ thuật đo khảo sát tính chất vật liệu 28 2.3.1 Nhiễu xạ tia X 28 2.3.2 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 28 2.3.3 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) 28 2.3.4 Phổ tán xạ tia X (EDX) 28 2.4 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy hợp chất rhodamine b metyl da cam vật liệu 28 2.4.1 Thí nghiệm khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 28 2.4.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng hàm lượng (%) Ag 2O vật liệu đến hoạt tính quang xúc tác SrTiO3 29 2.4.3 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu theo thời gian 30 2.4.4 Hiệu suất quang xúc tác 30 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Thành phần, đặc trưng cấu trúc vật liệu 32 3.1.1 Kết nhiễu xạ tia X(XRD) 32 3.1.2 Kết chụp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 36 3.1.3 Kết chụp TEM 39 3.1.4 Kết phản xạ khuếch tán (DRS) 41 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu 42 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu 42 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng phần trăm Ag2O biến tính đến hoạt tính quang xúc tác SrTiO3 44 3.2.3 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB MO theo thời gian vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 46 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Từ gốc CB Conduction Band MO Methyl orange RhB Rhodamine B TEM Transsmision Electronic Microscopy VB Vanlence Band iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các hợp chất hữu thường sử dụng nghiên cứu phản ứng quang xúc tác TiO2 19 Bảng 2.1 Thể tích dung dịch AgNO3 0,01M lấy tương ứng với % khối lượng Ag2O (x) vật liệu x% Ag2O/SrTiO3 27 v DANH MỤC CÁC HÌNH 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 13 Hình 1.6 Sự hình thành gốc HO● O2- 14 Hình 1.7 Cơ chế quang xúc tác TiO2 tách nước cho sản xuất hiđro 18 Hình1.8 Cường độ tia sáng phương pháp UV-Vis 21 Hình 1.9 Mô tả tượng nhiễu xạ tia X mặt phẳng tinh thể chất rắn 22 Hình 1.10 Sơ đồ mô tả hoạt động nhiễu xạ kế bột 23 Hình 1.11 Kính hiển vi điện tử truyền qua 24 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano SrTiO3 32 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano 0,1% Ag2O/SrTiO3 32 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano 0,5% Ag2O/SrTiO3 33 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano 1% Ag2O/SrTiO3 33 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano 3% Ag2O/SrTiO3 34 Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu nano 5% Ag2O/SrTiO3 34 Hình 3.7 Phổ EDX mẫu SrTiO3 36 Hình 3.8 Phổ EDX mẫu 1%Ag2O-SrTiO3 37 Hình 3.9 Phổ EDX mẫu 5%Ag2O-SrTiO3 38 Hình 3.10 Ảnh TEM vật liệu nano SrTiO3 39 Hình 3.11 Ảnh TEM vật liệu nano 1%Ag2O-SrTiO3 40 Hình 3.12 Ảnh TEM vật liệu nano 5%Ag2O-SrTiO3 40 Hình 3.13 Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis x%Ag2O/SrTiO3 41 vi Hình 3.14 Phổ hấp phụ phân tử Rhodamine B vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 sau khoảng thời gian khác 43 Hình 3.15 Phổ hấp phụ phân tử MO vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 sau khoảng thời gian khác 43 Hình 3.16 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch Rhodamine B vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 44 Hình 3.17 Hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy Rhodamine B vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 45 Hình 3.18 Sự thay đổi phổ hấp thụ phân tử dung dịch MO vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 45 Hình 3.19 Hiệu suất quang xúc tác (H %) phân hủy MO vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 46 Hình 3.20 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B thời điểm chiếu sáng khác vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 47 Hình 3.21 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy Rhodamine B theo thời gian vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 47 Hình 3.22 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO thời điểm chiếu sáng khác vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 49 Hình 3.23 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy MO theo thời gian vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 49 vii Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) mẫu SrTiO3 1%Ag2O/SrTiO3 ,5% Ag2O/SrTiO3 hình 3.10 - 3.12 Từ hình 3.10 3.12 cho thấy, hạt nano SrTiO3 1%Ag2O/SrTiO3 ,5% Ag2O/SrTiO3 thu có dạng hình cầu kích thước đồng khoảng 30nm Như vậy, pha tạp Ag2O khơng làm ảnh hưởng đến hình thái học oxit SrTiO3 3.1.4 Kết phản xạ khuếch tán (DRS) STO 0.5 1.0 0.8 Abs 0.6 0.4 0.2 0.0 200 300 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) Hình 3.13 Phở phản xạ khuếch tán UV-Vis x%Ag2O/SrTiO3 Kết nghiên cứu tính chất hấp thụ ánh sáng vật liệu nano bán dẫn SrTiO3 cho thấy, bờ hấp thụ kéo dài phổ DRS vật liệu cắt trục hoành giá trị khoảng 400 nm tương ứng với giá trị lượng vùng cấm Eg = 1240/400 = 3,1 eV Như vậy, SrTiO3 vật liệu có khả ứng dụng tốt ứng dụng quang xúc tác Các mẫu x%Ag2O/SrTiO3 thể khả hấp thụ mạnh ánh sáng vùng bước sóng dài Chúng ta nhận thấy rõ quy luật, hấp thụ ánh sáng khả 41 kiến mẫu x%Ag2O/SrTiO3 tăng hàm lượng Ag2O x%Ag2O/SrTiO3 tăng Trong mẫu mà chúng tơi khảo sát mẫu 5%Ag2O/SrTiO3 thể khả hấp thụ ánh sáng khả kiến mạnh Sự hấp thụ mạnh vùng ánh sáng khả kiến vật liệu SrTiO3 biến tính so với vật liệu SrTiO3 khơng biến tính quy cho có mặt Ag2O thành phần vật liệu Nguyên nhân oxit bán dẫn Ag2O có lượng vùng cấm Eg = 1,2eV nên có khả hấp thụ mạnh ánh sáng vùng khả kiến Phổ phản xạ khuếch tán mẫu x%Ag2O/ SrTiO3 cho thấy, việc đưa thêm thành phần Ag2O vào vật liệu SrTiO3 không làm thay đổi giá trị lượng vùng cấm làm vật liệu hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến Sự hấp thụ mạnh vùng ánh sáng khả kiến vật liệu biến tính thành phần Ag2O vật liệu composite Từ kết hình 3.13 ta thấy, việc phủ Ag2O lên hạt tinh thể SrTiO3 không làm thay đổi cấu trúc bán dẫn vật liệu SrTiO3 Các mẫu x%Ag2O/SrTiO3 phản ứng mạnh vùng ánh sáng khả kiến mẫu biến tính 5%Ag2O/SrTiO3 có phản ứng mạnh 3.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ của vật liệu Các vật liệu đặc biệt vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn có khả hấp phụ chất màu hữu Do đó, để xác định chính xác hoạt tính quang xúc tác vật liệu tổng hợp tiến hành khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu Nồng độ dung dịch RhB thời điểm khác xác định máy quang phổ UV-1700 Shimazu Kết trình bày hình 3.14 42 Hình 3.14 Phở hấp phụ phân tử Rhodamine B vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 sau khoảng thời gian khác Hình 3.14 cho thấy sau khoảng thời gian khác (từ 10 đến 60 phút) cường độ hấp thụ peak bước sóng 552 nm gần khơng thay đổi Vậy vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 có khả hấp phụ RhB nhỏ Cách tiến hành: Cân 50 mg vật liệu SrTiO3 biến tính cho vào 50 ml dung dịch MO (10 mg/L, pH=7) khuấy bóng tối với tốc độ không đổi máy khuấy từ Sau 10 phút, khoảng ml dung dịch MO lấy ra, đem ly tâm để loại bỏ phần chất rắn Nồng độ dung dịch MO thời điểm khác xác định máy quang phổ UV-1700 Shimazu Kết trình bày hình 3.11 Hình 3.15 Phổ hấp phụ phân tử MO vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 sau khoảng thời gian khác 43 Hình 3.15 cho hình ảnh cường độ hấp thụ peak gần không đổi sau 60 phút thí nghiệm Do vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 khơng có khả hấp phụ MO Từ hình 3.14 hình 3.15 cho thấy vật liệu chúng tơi tổng hợp có khả hấp phụ RhB MO nhỏ, cường độ peak gần không thay đổi sau khoảng thời gian làm thí nghiệm (đến 60 phút) Vì chúng tơi chọn 30 phút thời gian đạt cân hấp phụ loại vật liệu 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của phần trăm Ag2O biến tính đến hoạt tính quang xúc tác của SrTiO3 3.2.2.1 Ảnh hưởng phần trăm Ag2O biến tính Chúng tơi tiến hành thí nghiệm quang xúc tác phân hủy hợp chất RhB mẫu điều kiện thí nghiệm SrTiO3, 0,1%; 0,5%; 1%; 3% 5% Ag2O/SrTiO3 Kết khảo sát trình bày hình 3.16 3.17 Hình 3.16 Sự thay đởi phở hấp thụ phân tử dung dịch Rhodamine B vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 Hình 3.16 cho thấy mẫu SrTiO3 biến tính Ag2O hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB mạnh SrTiO3 Cường độ hấp thụ mẫu 5%Ag2O/SrTiO3 thấp nên có hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB 44 tốt Từ kết tính hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 (hình 3.17) Hình 3.17 Hiệu suất quang xúc tác (H%) phân hủy Rhodamine B vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 Kết khảo sát hoạt tính quang xúc tác x%Ag2O/SrTiO3 trình bày hình 3.18 3.19 Hình 3.18 Sự thay đởi phở hấp thụ phân tử dung dịch MO vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 45 Hình 3.18 cho thấy mẫu biến tính Ag2O có hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO mạnh SrTiO3 Cường độ hấp thụ mẫu 5%Ag2O/SrTiO3 thấp nên có hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO tốt Từ kết tính hiệu suất quang xúc tác phân hủy MO vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 (hình 3.19) Hình 3.19 Hiệu suất quang xúc tác (H %) phân hủy MO vật liệu x%Ag2O/SrTiO3 Kết hình 3.18 đến hình 3.19 cho thấy, mẫu có Ag2O cho hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB MO cao so với SrTiO3, mẫu 5% Ag2O/SrTiO3 cho hiệu suất quang xúc tác tốt Sau 30 phút chiếu sáng, hiệu suất phân hủy RhB đạt 7,7 %, hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB SrTiO3 3,12% Sau 30 phút chiếu sáng, hiệu suất phân hủy MO đạt 11,5% hiệu suất quang xúc tác phân hủy MO SrTiO3 2,5% 3.2.3 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB MO theo thời gian của vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 3.2.3.1 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB 5% Ag2O/SrTiO3 Kết khảo sát hoạt tính quang xúc tác 5% Ag2O/SrTiO3 phân hủy RhB trình bày hình 3.20 3.21 46 Hình 3.20 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamine B thời điểm chiếu sáng khác vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 Hình 3.20 cho thấy giảm rõ rệt cường độ hấp thụ đỉnh đặc trưng RhB bước sóng 552 nm Trong khoảng thời gian 90 phút đầu cường độ đỉnh hấp thụ đặc trưng giảm nhanh, sau giảm chậm dần Điều thể rõ xây dựng biểu đồ hình cột biểu diễn hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB 5% Ag2O/SrTiO3 (hình 3.21) Hình 3.21 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy Rhodamine B theo thời gian vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 47 Từ hình 3.21 cho thấy mẫu 5% Ag2O/SrTiO3 thể hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB cao vùng ánh sáng khả kiến Hiệu suất xúc tác quang đạt 46,5% sau thời gian chiếu sáng 180 phút Vậy việc biến tính 5% Ag2O vào SrTiO3 làm tăng khả xúc tác quang hóa SrTiO3 Điều giải thích: Khi chiếu sáng, electron vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn hình thành lỗ trống vùng hóa trị ) Các hạt mang điện (e-, h+) từ SrTiO3 sau hình thành chuyển đến Ag2O - nơi diễn phản ứng oxi hóa khử, kết làm giảm tái tổ hợp nhanh electron kích thích lỗ trống mang điện dương (h +) tạo điều kiện cho trình sản sinh electron hạt SrTiO3 ánh sáng kích thích tiếp tục diễn ra, làm tăng hiệu suất lượng tử hạt SrTiO3 Tuy nhiên, đồ thị thấy thời gian đầu (khoảng từ 30 đến 90 phút) hiệu suất tăng nhanh, sau tăng đến 120 phút, từ 150 phút trở hiệu suất có tăng nhỏ so với giai đoạn đầu Điều giải thích sau: Ban đầu chiếu sáng, phút đầu nồng độ dung dịch lớn làm khả hấp thụ quang nhanh dẫn đến hiệu suất tăng nhanh Thời gian chiếu sáng tăng dung dịch nhạt màu, nồng độ giảm dẫn đến khả hấp thụ giảm theo làm hiệu suất mà tăng chậm dần 3.2.3.2 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO 5% Ag2O/SrTiO3 Kết khảo sát hoạt tính quang xúc tác 5% Ag2O/SrTiO3 phân hủy MO trình bày hình 3.22 3.23 48 Hình 3.22 Hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO thời điểm chiếu sáng khác vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 Hình 3.23 Hiệu suất quang xúc tác phân hủy MO theo thời gian vật liệu 5%Ag2O/SrTiO3 49 Từ hình 3.23 cho thấy mẫu 5% Ag2O/SrTiO3 thể hoạt tính quang xúc tác phân hủy MO cao vùng ánh sáng khả kiến Hiệu suất xúc tác quang đạt 58,26% sau thời gian chiếu sáng 180 phút Cũng tương tự trường hợp phân hủy RhB, từ hình 3.23 thấy thời gian đầu (khoảng từ 30 đến 120 phút) hiệu suất tăng nhanh, từ 150 phút trở hiệu suất có tăng nhỏ so với giai đoạn đầu Kết nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB MO cho thấy vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 có hoạt tính tương đối cao vùng ánh sáng khả kiến Cơ chế quang xúc tác SrTiO3 mô tả sau: a) Dưới chiếu sáng xảy trình tạo electron kích thích vùng dẫn (e-CB) lỗ trống mạng điện dương vùng hóa trị (h+VB): SrTiO3 + hν → e-CB + h+VB b) Lỗ trống dễ dàng tác dụng với phân tử nước hoặc anion hiđroxyl bề mặt SrTiO3 tạo thành gốc hiđroxyl tự do: SrTiO3 + h → e-cb + h+(vb) h+ + H2O → HO● + H+ h+ + OHˉ → HO● c) Ở vùng dẫn, e-cb sinh SrTiO3 chuyển sang Ag2O (do khử thấp hơn) Tại đây, xảy phản ứng khử phân tử oxi thành anion superoxit e-cb + O2 → O2ˉ O2ˉ + H+ → HOO● HOO● + H2O → H2O2 + HO● d) Gốc hiđroxyl HO● sinh từ phản ứng gốc hoạt hóa tác nhân oxi hóa mạnh (với oxi hóa E = 2,8V) nên phản ứng phân hủy hầu hết chất hữu ô nhiễm R + HO● → R’● + H2O R’● + O2 → Sản phẩm phân hủy 50 Q trình oxi hóa chất hữu xảy phản ứng trực tiếp chúng với lỗ trống quang hóa để tạo thành gốc tự sau phân hủy dây chuyền tạo thành sản phẩm R + h+υb → R’● + O2 → Sản phẩm phân hủy RCOO- + h+υb → R● +CO2 51 KẾT LUẬN Căn vào kết đạt đưa kết luận sau: Đã điều chế thành công vật liệu nano tinh thể SrTiO3 mẫu vật liệu x% Ag2O/SrTiO3 (x = 0,1; 0,5; 1; 3; 5) phương pháp sol - gel Đã khảo sát đặc trưng cấu trúc, thành phần hóa học, hình thái bề mặt vật liệu nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ lượng tia X (EDX), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Các mẫu vật liệu điều chế có cấu trúc pha tinh thể SrTiO3, kích thước hạt trung bình khoảng 30 nm Đã khảo sát tính chất hấp thụ quang học mẫu vật liệu x% Ag2O/SrTiO3 (x = 0; 0,5; 1; 3; 5) phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS) Kết cho thấy, vật liệu SrTiO3 biến tính Ag2O thể khả hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến mạnh nhiều so với SrTiO3 Trong đó, vật liệu 5% Ag2O/SrTiO3 hấp thụ ánh sáng khả kiến mạnh Đã khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB MO vật liệu vùng ánh sáng khả kiến Kết khảo sát mẫu vật liệu x% Ag2O/SrTiO3 (x = 0,1; 0,5; 1; 3; 5) với lượng lấy mẫu 100mg dung dịch RhB, MO lấy 100ml với nồng độ 10mg/l cho thấy mẫu 5% Ag2O/SrTiO3 có hoạt tính quang xúc tác lớn so với mẫu lại Sau khoảng 180 phút chiếu ánh sáng khả kiến hiệu suất quang xúc tác phân hủy RhB MO mẫu 5% Ag2O/SrTiO3 đạt 46,5 58,26 % 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano- Cơng nghệ vật liệu nguồn, Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, Hà Nội Hồng Triệu Ngọc (2011), “Khảo sát điều kiện tổng hợp bột perovskit Y FeO3”, Khóa luận tốt nghiệp, chun nghành hóa vơ cơ, trường Đại học Sư Phạm tp.HCM, 47 trang.6 Ngô Tiến Quyết (2009), “Tổng hợp nghiên cứu đặc trưng hoạt tính xúc tác mang vật liệu mao quản trung bình SBA - 15 ”, Luận văn thạc sĩ khoa học,trường Đại học Quốc gia Hà Nội, 68trang Trương Văn Tân (2007), Khoa học công nghệ nano, Nhà xuất Tri thức thành phố Hồ Chí Minh Đỗ Thị Anh Thư (2011), “Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu oxit perovskit”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu,Việnkhoa học công nghệ vật liệu Hà Nội, 123 trang Đỗ Thị Anh Thư (2011), “Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu oxit perovskit”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu,Viện khoa học công nghệ vật liệu Hà Nội, 123 trang Chế tạo SrTiO3 có bề mặt đặc trưng sử dụng dòng muối nóng chảy nâng cao họat tính quang xúc tác ứng dụng tách nước Hideki Kato, Makoto Kobayashi, Michikazu Hara Masato Kakihana II Tiếng Anh Alex T Kuvarega, Rui W M Krause, and Bhekie B Mamba (2011) “Nitrogen/Palladium-Codoped TiO2 for Efficient Visible Light Photocatalytic Dye Degradation” , American Chemical Society ,115, (22110- 22120) 53 Amy L Linsebigler, Guangquan Lu and John T Yates, (1995) “Photocatalysis on TiO2 surfaces: Principles, Mechanisms and Selected Results”, Chem Rev 95 pp 735-758 10.Choi WY, Termin A, Hoffmann MR, (1994) “The role of metal ion dopants in quantum-sized TiO2: correlation between photoreactivity and charge carrier recombination dynamics”, J Phys Chem;84:13669-13679 11.Duc-Nguyen Bui, Jin Mu, Lei Wang, Shi-Zhao Kang, Xiangqing Li (2011) “Preparation of Cu-loaded SrTiO3 nanoparticles and their photocatalytic activity for hydrogen evolution from methanol aqueous solution”, Applied Surface Science 274 (2013) 328-333 12 Feng LR, Lu SJ, Qiu FL Influence of transition elements dopant on the photocatalytic activities of nanometer TiO2 Acta Chimica Sinica [in Chinese] 2002;60(3):463-7 13 Hao-Li Qin, Guo-Bang Gu, Song Liu (2008), “Preparation of nitrogen-doped titania with visible-light activity and its application”, Comptes Rendus Chimie, 11 (1-2), pp 95-100 14.Hongqi Sun, Yuan Bai, Huijing Liu, Wanqin Jin, Nanping Xu (2009), “Photocatalytic decomposition of 4-chlorophenol over an efficient N-doped TiO2 under sunlight irradiation”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 201 (1), pp 15-22 15 Jianchun Bao, Kaixi Song, Jiahong Zhou (2008) “Photocatalytic Activity of (Copper, Nitrogen)-Codoped TitaniumDioxide Nanoparticles ”,The American Ceramic Socicty, 91, (1369-1371) 16 Jina Choi, Hyunwoong Park, Michael R Hoffmann, (2010) “Effects of Single Metal-Ion Doping on the Visible-Light Photoreactivity of TiO2” J Phys Chem C, 114 (2), pp 783-792 17 Kangqiang Huang, Li Chen, Jianwen Xiong, and Meixiang Liao (2012) “Preparation, characterization of Visible Light-Activated Fe, N co-doped 54 TiO2 and Its Photocatalytic Inactivation Effect on Leukemia Tumors” International Journal of Photoenergy, Article ID 631435 (9) 18.Meng Ni, Michael K.H Leung , Dennis Y.C Leung, K Sumathy (2007), “A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production”, Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong, Pokfulam Road, Hong Kong, Renewable and Sustainable Energy Reviews (11), 401-425 19.Teshome Abdo Segne1, Siva Rao Tirukkovalluri1 and Subrahmanyam Challapalli (2011) “Studies on Characterization and Photocatalytic Activities of Visible Light Sensitive TiO2 Nano Catalysts Co-doped with Magnesium and Copper” International Research Journal of Pure & Applied Chemistry, (3), 84-103, India 20 Xiaobo Chen, Samuel S Mao (2007), “Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications”, Chemical Reviews, 107 (7), 2891-2959 21.Ye Cong, Jinlong Zhang, Feng Chen, Masakazu Anpo, and Dannong He, (2007) “Preparation, Photocatalytic Activity, and Mechanism of NanoTiO2Co-Doped with Nitrogen and Iron (III)” J Phys Chem C, 111 (28), 10618-10623 22.Yihe Zhang, Fengzhu Lv, Tao Wu, Li Yu, Rui Zhang, Bo Shen, Xianghai Meng, Zhengfang Ye, Paul K Chu (2011) “ F and Fe co-doped TiO2 with enhanced visible light photocatalytic activity “, J Sol-Gel Sci Technol., 59:387-391 23.Zhongqing Liu, Yanping Zhou, Zhenghua Li, Yichao Wang, and Changchun Ge (2007), “Enhanced photocatalytic activity of (La, N) codoped TiO, by TiCl4, sol-gel autoigniting synthesis”, 14, p552 55 ... 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Công nghệ nano vật liệu nano 1.1.2 Perovskit 1.2 Tính chất quang xúc tác vật liệu bán dẫn nano 10 1.2.1 Giới thiệu xúc tác quang. .. (%) Ag 2O vật liệu đến hoạt tính quang xúc tác SrTiO3 29 2.4.3 Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu theo thời gian 30 2.4.4 Hiệu suất quang xúc tác ... Phổ EDX mẫu 5 %Ag2O -SrTiO3 38 Hình 3.10 Ảnh TEM vật liệu nano SrTiO3 39 Hình 3.11 Ảnh TEM vật liệu nano 1 %Ag2O -SrTiO3 40 Hình 3.12 Ảnh TEM vật liệu nano 5 %Ag2O -SrTiO3 40