Tổng hợp và khảo sát tính chất quang vật liệu SrTi1-xMxO3 (M=Mo,V)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ QUẾ PHƯƠNG TỎNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VẬT LIỆU SrTi1-xMxOa (M = Mo, V) Chuyên ngành : Mã số: Kỹ thuật hóa học 60.52.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Minh Viễn Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Đình Thành Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Quang Long Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: CT: PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ PB1: PGS.TS Nguyễn Đình Thành PB2: TS Nguyễn Quang Long UV: TS Trần Thị Thanh Ngọc TK: TS Nguyễn Tuấn Anh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận vãn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Thị Quế Phương MSHV: 13051187 Ngày, tháng, năm sinh: 21/06/1990 Nơi sinh: Bình Thuận Chun ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: " TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VẬT LIỆU SrTi1-xMxOs (M = Mo, V) ” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Tổng hợp vật liệu SrTiO3 phương pháp sol-gel, xác định điều kiện phù hợp để điều chế SrTiO3 • Điều chế vật liệu SrTi1-xMxO3 (với X = OI, M = Mo, V) Phân tích hình thái, cấu trúc, bề mặt vật liệu phương pháp: XRD, EDS, SEM, BET, TGA/DTA khảo sát tính chất quang xúc tác vật liệu phương pháp phân tích (UV-vis, DRS, TOC) • So sánh hình thái, cấu trúc tính chất SrTiO3 SrTi1-xMxO3 (với X = + 1, M = Mo, V) III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THANH NHIỆM VỤ: 31/12/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lê Minh Viễn Tp HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Lê Minh Viễn TS Lê Minh Viễn TRƯỞNG KHOA GS TS Phan Thanh Sơn Nam LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Minh Viễn, tận tình giúp đỡ hướng dẫn cho suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Thầy cho nhiều hội tạo điều kiện để tơi phát triển khả học tập nghiên cứu Tôi gởi lời cảm ơn đặc biệt đến tất giảng viên Khoa Hóa hỗ trợ cho tơi trang thiết bị nhiều lời khun hữu ích giúp tơi nghiên cứu thành cơng Ngồi ra, tơi gởi lời cảm ơn đến tất thành viên nhóm nghiên cứu Đặc biệt, nhờ hỗ trợ giúp đỡ Đỗ Văn Phương Tạ Thị Thanh Thảo để tơi hồn thành luận văn thời hạn Cuối cùng, quan trọng nhất, muốn cảm ơn gia đình tơi, đặc biệt cha mẹ tơi ln an ủi, động viên tơi lúc khó khăn Sự động viên họ động lực giúp tơi đạt thành hơm TĨM TẮT Trong nghiên cứu này, vật liệu Perovskite sở SrTiCh SrTiCh biến tính Mo, V nghiên cứu làm chất xúc tác quang hóa Vật liệu tổng hợp từ tiền chất Strontitanat Sr(NO3) 2, Tera Orthotitanat Ti(OC4ĨỈ9)4, Amonium Molypdat MO(NH4)2O4.7H2O Amonium Vanadat NH4VO3 phương pháp sol-gel Đặc trưng cấu trúc hoạt tính vật liệu phân tích bời số phương pháp XRD, SEM, EDX, DRS, BET, ƯV-vis TOC Ngoài ra, SrTii-xMxOì (M = Mo, V) ứng dụng cho việc phân hủy methylene xanh điều kiện sử dụng ánh sáng nhìn thấy (À > 390 nm) Các kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất phân hủy độ khống hóa (CO2 + H2O) dung dịch Methylen xanh (MB) nồng độ đầu 10 ppm hàm lượng 0.5 g/L sau chiếu xạ đèn repti Glo 2.0 tương ứng là: SrTiO3 59.9 % - 45.1 %, SrTi0.95Mo0.05O3 83.4 % - 63.3 %, SrTi0.95V0.05O3 73.8 % - 59.9 % SrTi0.94Mo0.03V0.03O3 70.2 % - 52.4 % Tương ứng với lượng vùng cấm (Eg) 2.65, 2.03 1.94 eV Các kết cho thấy q trình biến tính đơn kim loại (Mo V) phù hợp đồng biến tính cho q trình phân hủy MB ABSTRACT In this study, Perovskite materials of SrTiO3 and Mo, V doped SrTiO3 were investigated for photocatalyst The materials were synthesized by sol-gel method with precursors such as Strontium Titanate Sr(NO3)2, Tetra-n-butyl Orthotitanate Ti(OC4Hy)4, Ammonium Molybdate Mo(NH4)2O4.7H2O and Ammonium Vanadate NH4VO3 Material structural characteristics were analyzed by several methods such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), specific surface area Brunauer - Emmett - Teller (BET), ƯV- vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS) and Total Organic Carbon (TOC) In addition, SrTiixMxO? (M = Mo, V) powders use for the decomposition of methylene blue under visible light irradiation (À > 390 nm) The experimental results showed that the decomposition efficiency and metabolic capability (CO2 + H2O) of Methylene Blue (MB) at 10 ppm with the solid-liquid ratio of 0.5 g/L after being irradiated by Repti Gio 2.0 compact were: SrTiO3 59.9 % - 45.1 %, SrTio.95Moo.05O3 83.4 % 63.3 %, SrTio.95Vo.05O3 73.8 % - 59.9 % and SrTi0.94Mo0.03V0.03O3 70.2 % - 52.4 %, corresponding to band gap energy (Eg) of 2.65, 2.03 and 1.94 eV, respectively The results showed that single doped samples were more effective than codoped samples in the decomposition of MB LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi, kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực không chép từ nguồn tài liệu Việc tham khảo nguồn tài liệu khác trích dẫn ghi nguồn tài liệu theo quy định Ký tên Phan Thị Quế Phưong MỤC LỤC BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT V DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG ix LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu SrTiO3 1.1.1 Các thông số SrTiO3 1.1.2 Cấu trúc tinh thể 1.1.3 Tính chất ứng dụng 1.2 Xúc tác quang hóa 1.2.1 Định nghĩa xúc tác quang 1.2.2 Cơ chế trình xúc tác quang dị thể 1.3 Methylen xanh (MB) 10 1.4 Phương pháp Sol-gel 13 1.5 Các nghiên cứu liên quan xúc tác quang SrTiO3 14 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.3.1 Hóa chất thiết bị 20 2.3.1.1 Hóa chất 20 2.3.2.2 Dụng cụ thiết bị 21 2.3.2 Tổng hợp vật liệu SrTiƠ3 21 2.3.3 Tổng hợp vật liệu SrTi1-xMxO3 (M = Mo, V) 23 2.3.4 Xử lý tạp chất SrCO3 ttong mẫu SrTii-xVxO3 24 2.4 Các phương pháp đánh giá hình thái, cấu trúc, bề mặt hoạt tính xúc tác vật liệu 25 2.4.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) 25 2.4.2 Hình thái bề mặt (SEM) 26 2.4.3 Phân tích hấp phụ khí - xác định diện tích bề mặt riêng (BET) 26 2.4.4 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 26 I 2.4.5 Phân tích nhiệt trọng lượng TG/DTA 26 2.4.6 Phổ phản xạ khuếch tán tia UV-DRS 26 2.4.7 Quang phổ hấp thụ (ƯV-vis) 27 2.4.8 Tổng hàm lượng cacbon hữu (TOC) 28 2.5 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác 29 2.5.1 Mơ hình khảo sát hoạt tính xúc tác 29 2.5.2 Xây dựng đường chuẩn MB 30 2.5.3 Khảo sát trình hấp phụ MB 31 2.5.4 Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 31 2.5.5 Khảo sát động học trình phân hủy MB 33 2.6 Quá trình tái sinh xúc tác 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35 3.1 Các kết tổng hợp mẫu SrTiƠ3 35 3.1.1 Phân tích nhiệt khối lượng TG/DTA 35 3.1.2 Cấu trúc vật liệu SrTiƠ3 36 3.1.3 Hoạt tính quang xúc tác SrTiƠ3 38 3.1.4 Phổ DRS mẫu SrTiƠ3 41 3.1.5 Hình thái bề mặt thành phần SrTiƠ3 42 3.2 SrTiƠ3 biến tính Mo (SrTii-xMoxO3) 44 3.2.1 Cấu trúc vật liệu SrTii-xMoxƠ3 44 3.2.2 Phổ DRS mẫu SrTii-xMoxƠ3 45 3.2.3 Hình thái bề mặt thành phần mẫu SrTio.95Moo.05O3 46 3.2.4 Đánh giá hoạt tính xúc tác SrTii-xMoxƠ3 48 3.2.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ kim loại biến tính đến hiệu suất xúc tác quang 48 3.2.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn - lỏng (g/L) đến hiệu suất phân hủy MB 49 3.2.4.3 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất xúc tác quang 50 3.2.4.4 Đường cong động học phân hủy MB 52 3.2.5 Phân tích TOC mẫu SrTio.95Moo.05O3 53 3.2.6 Đặc tính xúc tác sau thực q trình quang hóa 54 3.3 SrTiOa biến tính V (SrTii-xVxO3) 55 3.3.1 Cấu trúc SrTii-xVxO3 55 3.3.2 Phổ phản xạ khuếch tán DRS 56 II 3.3.3 Hình thái bề mặt thành phần mẫu SrTio.95Vo.05O3 57 3.3.4 Đánh giá hoạt tính xúc tác SrTi1-xVxO3 59 3.3.4.1 Ảnh huởng tỉ lệ kim loại biến tính đến hiệu suất xúc tác quang 59 3.3.4.2 Ảnh huởng tỉ lệ lỏng- rắn (L/R) đến hiệu suất xúc tác quang 60 3.3.4.3 Ảnh huởng pH dung dịch đến hiệu suất xúc tác quang 62 3.3.4.4 Đuờng cong động học phân hủy MB 63 3.3.5 Phân tích TOC mẫu SrTi0.95V0.05O3 65 3.3.6 Đặc trung cấu trúc, bề mặt hoạt tính SrTii-xVxO3 sau xử lí tạp chất axit HNO3 66 3.3.6.1 Kết phân tích XRD 66 3.3.6.2 Hình thái bề mặt (SEM) 66 3.3.6.3 Hoạt tính xúc tác SrTi1-xVxO3 68 3.3.7 Đặc trung xúc tác sau tái sinh 69 3.4 SrTiO3 đồng biến tính V Mo (SrTi1-x-yMoxVyOs) 70 3.4.1 Cấu trúc SrTii-x-yMoxVyO3 70 3.4.2 DRS SrTii-x-yMoxVyOs 70 3.4.3 Hình thái bề mặt thành phần SrTi1-x-yMoxVyO3 72 3.4.4 Đánh giá hoạt tính SrTi1-x-yMoxVyO3 74 3.4.5 TOCmẫu SrTi1-x-yMoxVyOs 74 CHUÔNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 4.1 Kết luận 75 4.2 Kiến nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC CƠNG TRÌNH 84 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 85 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 85 III r-Ị-1 Ẳ Tơng 100 Hình 3.25 Kết phân tich EDX mẫu SrTio95Vo.o503 Hình 3.25 biểu diễn kết phân tích EDX mẫu STO, từ kết nhận thấy ttong mẫu có diện nguyên tố kim loại Sr, Ti V Theo tính tốn lý thuyết tỉ lệ Sr:Ti:V = 1:0.95:0.05 cịn kết phân tích EDX tỉ lệ Sr:Ti: V = 21.25:23.08:1.32 (Bảng 3.10) Kết biến tính 5% mol V vào cấu trúc STO sai lệch ~ % so với tính tốn, ngồi từ kết EDX (Hình 3.25) ta thấy X > 0.05 xuất tạp chất SrCƠ3, điều cố thể giải thích có chênh lệch tỉ lệ Sr:T:V tính tốn so với thực tế 3.3.4 Đánh gỉá hoạt tính xúc tác SrTii-xVxO3 57 3.3.4.I Ảnh hưởng tỉ lệ kim loại biến tính đến hiệu suất xúc tác quang 100 Hình 3.26 Ảnh hưởng hàm lượng kim loại biến tính đến hiệu suất quang phân hủy MB SrTii_xVxO3 Như bàn luận phần 3.3.2 3.3.3, vật liệu sau biến tính Vanadium cố đặc « 00 điểm phù hợp với hoạt tính xúc tác quang Chính vậy, khỉ sử dụng vật liệu STVO xử lý dung dịch methylen xanh cho hiệu suất xúc tác cao (x = 0.01,0.03,0.05 0.1 hiệu suất phân hủy MB lượt 62,65,74 70 %) Từ kết thực nghiệm cho thấy (Hình 3.26), hàm lượng kim loại tăng lên hiệu suất xúc tác quang tăng dần Tuy nhiên, mẫu STVO-10% lại cỏ hiệu suất xúc tác —I -ĩ - - ’ -1 - - — -tõo wo Time (min} 200 300 quang nhỏ so với STVO-5% Điều giải thích Eg mẫu 5% cao so với mẫu 10% Như vậy, hiệu suất phân hủy MB SrTii-xVxO3 theo thử tự S1Ti0.95V0.05O3 > SrTio.9Vo.1O3 > SrTi0.97V0.03O3 > SrTi0.99V0.01O3 > S1TÌO3 tương ứng với kết tính toán lượng vùng cấm Eg (Bảng 3.9) Kim loại biến tính có khả 58 ảnh hưởng đến hoạt tính STO cách hoạt động bẫy electron (hoặc lỗ trống) làm giảm tốc độ tái tổ hợp cặp electron/lỗ trống Khỉ lượng biến tính dư đọng lại bề mặt xúc tác khỉến ánh sáng khó chiếu vào làm giảm diện tích tiếp xúc chất xúc tác MB đồng thời ion v5+ dư đỏng vai trò tâm tái tổ hợp dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác [37] Ngồi ra, việc giảm độ tinh thể hóa dư chất biến tính yếu tố ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu xúc tác quang khuyết tật tỉnh thể dẫn đến tái kết hợp electron lỗ trống vị trí khuyết tật [43] Các nghiên cứu gần pha tạp vào SrTiCh cho thấy số nguyên tố La, Nb, V làm giảm lượng vùng cấm giúp dễ dàng hấp thu lượng, tăng độ lỉnh động cho e lỗ trống điều giúp tăng cường hoạt tính quang [56,57] 3.3.4.2 Ảnh hưởng tỉ lệ lông- rắn (L/R) đến hiệu suất xúc tác quang Hình 3.27 Anh hưởng tỉ lệ rắn - lỏng đến hiệu suất phân hủy MB SrTio.95 V0.05O3 Tiến hành thí nghiệm thể tích dung dịch MB ìoppm 200ml sử dụng chất xúc tác STVO5% Hỉnh 3.27 3.28 thể ảnh hưởng tỉ lệ rắn - lỏng (g/L) đến hiệu suất phân hủy MB, nhận thấy lượng xúc tác tăng lên hiệu suất xúc tác quang tăng lên Điều cỗ thể giải thích khỉ lượng xúc tác tăng lên, bề mặt tiếp xúc tăng lên tâm hoạt động chất xúc tác tăng theo Vì vậy, phản ứng xúc tác quang tăng cường hiệu suất Kết trình bày hình 3.28: tỉ lệ R/L = 0.1 H = 63.63 %, tỉ lệ R/L = 0.3 H = 60.07 %, tỉ lệ R/L > 0.5 H chênh lệch khơng đáng kể tử - 74 % 59 Hình 3.28 Hiệu suất phân hủy MB SrTi0.95V0.05O3 theo tỉ lệ rắn - lỏng 3.3.4.3 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất xúc tác quang Hình 3.29 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất phân hủy MB mẫu SrTi0.95V0.05O3 pH ữong yếu tổ quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủỵ MB Hình 3.29 3.30 mơ tả ảnh hưởng pH đến hiệu suất phân hủy MB Kết nhận cho thấy môi 60 trường axit hoạt tính xúc tác SrTi0.95V0.05O3 mạnh mơi trường bazo, dẫn đến hiệu suất phân hủy MB cao (pH = pH = hiệu suất phân hủy MB đạt 90.1 81.5 % pH = pH = 12 hiệu suất giảm xuống 69.3 63.6 % pH = 6.7 hiệu suất phân hủy MB 73.8 %) Có thể giải thích MB hợp chất màu cation, môi trường axỉt (giàu H+) tạo lực lớn để lôi kéo phân tử MB lên bề mặt xúc tác, làm cho trình hấp phụ diễn mạnh mẽ so với mơi trường bazo, hiệu suất phân hủy MB cao Do vậy, lựa chọn khoảng pH từ - thích hợp cho việc xử lý hợp chất màu cation 61 pH Hình 3.30 Hiệu suất phân hủy MB S1Ti0.95V0.05O3 theo pH 3.3.4.4 Đường cong động học phân hủy MB Hình 3.31 Đường cong động học phân hủy MB SrTii-xVxO3 Đường cong động học phân hủy methỵlen xanh điều kiện sử dựng ánh sáng có bước sóng 390 -ỉ- 750 nm mơ tả hình 3.31 Sự phân hủy MB mơ tả theo mơ hình LangmuừHinshelwood [60, 61]: In (C / Co) = - kt đỗ k số tốc độ phản úng t (phút) thời gian phản ứng, kết tính tốn nêu bảng 3.11 Kết cho thấy số tốc độ phản ứng mẫu X = 0.05 mẫu cao 1.5 lần so với mẫu X = 0, chu kì bán hủy (ti/2) dài so 62 với mẫu X = Cỏ thể giải thích điều sau: thay phần thay v 5+ vào vị trí Ti4* làm giảm bề rộng vùng cấm, tăng khả phân hủy MB xúc tác, dẫn đến việc tăng cường hoạt động xúc tác quang SrTi0.95V0.05O3 vùng ánh sáng nhìn thấy Bảng 3.11 Các số động học phân hủy bậc SrTii-xMoxO3 k (phúr1) R2 PT động học X=0 2.64 X 10’3 0.982 y = 0.0156x4-0.18545 X = 0.01 2.72 X Iff3 0.987 y = 0.01352x4- 0.21538 X = 0.03 2.95 X Iff3 0.979 y = 0.01847x4- 0.21763 x = 0.05 3.57 X 10-3 0.973 y = 0.02578x4-0.28996 0.967 y = 0.02467x4-0.27135 X = 0.1 3.08 X Iff 63 3.3.5 Phân tích TOC mẫu SrTio.95Vo.05O3 Hình 3.32 So sánh hiệu suất phân hủy chuyển hóa MB mẫu SrTio.95Vo.05O3 Để kiểm tra mức độ chuyển hóa thành CO2 H2O suốt trình phân huy MB, chúng tơi sử dụng phưong pháp đo tổng lượng cacbon hữu hòa tan TOC, kết thực nghiệm trình bày bảng 3.12 Từ kết quả, thấy trình phân hủy MB xảy nhiều so với q trình chuyển hóa MB: sau 60 phút chiếu xạ độ phân hủy MB 42.3 % có 27.6 % chuyển hóa hồn tồn thành CO2 H2O kết thúc q trình chiếu xạ hiệu suất phân hủy MB 73.8 % có 59.9 % chuyển hóa thành CO2 H2O Các kết phù hợp với nhiều nghiên cứu công bố [63], Bảng 3.12 Ket phân hủy khống hóa MB SrTi0.95V0.05O3 theo thời gian 3.3.6 Hiệu suit phân hủy (%) 42.3 54.3 62.7 65.9 73.8 Độ khống hóa (%) 27.6 34.83 45.78 53.3 59.9 Đặc trung cấu trúc, bề mặt hoạt tính SrTii-xVxO3 sau khỉ xử lí tạp chất băng axit HNƠ3 64 3.3.6.I Kết phân tích XRD > J í LJ —A- ộA Ẳ A Ví A □ ì 1 Ill li , li 20 40 JL ■A lill b 11 A (bl ♦ SrCO Q5-CM18 1 ® IL SfW 35 0734 11 ® Two Thota (29) Hình 3.33 Giản đồ nhiễu xạ tía X SrTii-xVxO3 trước sau loại bỏ tạp chát bồi axit HNO3 với (a) X = 0.05, (b) X = 0.1 (c) X = 0.05, (d) X = 0.1 Để loại bỏ tạp chất pha SrCƠ3, nghiên cứu sử dụng axit HNO3 để xử lí Các mẫu STVO-5 % 10 % sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng q trình xử lí axỉt Hình 3.33 cho thấy mẫu XRD mẫu trước sau xử lí axit Kết thấy đỉnh SrCƠ3 mất, đỉều cỏ nghĩa phương pháp xử lí axỉt loại bỏ thành cơng SrCƠ3 tạp chất từ mẫu SrTii-xVxOs Sau trình loại tạp chất góc tán xạ tương ứng với mẫu ban đầu mức độ tinh thể hỏa cao 3.3 Ĩ.2 Hình thái bề mặt (SEM) Đẻ so sánh hình thái bề mặt mẫu trước sau khỉ xử lí axìt HNO3, hình 3.34 cho thấy ảnh SEM mẫu sau khỉ xử lý axỉt tồn dạng hạt, kích thước gần với ban đầu Khi SrCO3 tạp chất loại bỏ q trình xử lí axit, làm cho bề mặt mẫu xốp hơn, tăng diện tích bề mặt riêng, thuận lợi cho trình hấp thụ cho MB lên bề mặt xúc tác cải thiện hoạt tính quang chất xúc tác, giúp nâng cao hiệu suất trình quang xúc tác Kết phù hợp với kết BET (Bảng 3.12) Bảng 3.13 Ket BET mẫu trước sau xử kí với axit HNO3 65 SrTii-xVxO? Trước (m2/g) Sau (m2/g) X = 0.05 27.136 32.955 x = 0.1 24.381 27.328 (a) FWF (b) wk -• ’ jfl * 2í ị £ NIHÉ 1Ã J»v B ln-c xIOOkJjBIM: '!n 7;: ■ :■ 500nm * 500nm S43»ft ‘E 1C.DW H ĨÍTÍT KlữOk SElM.L/yC i Hình 3.34 Ảnh SEM mẫu SrTio,95Vo,o503 trước (a) sau (b) loại bỏ tạp 3.3 Ĩ.3 Hoạt tính xúc tác SrTii.xVxOỉ Hình 3.35 Hiệu suẩt phân hủy MB SrTii_xVxO3 trước sau xử lí tạp chất axit HNCh Hình 3.35 cho thấy hiệu suất phân hủy MB ánh sáng nhìn thấy bồi mẫu SrTii-xVxO3 66 trước sau xử lí tạp axit Hiệu suất phân hủy MB mẫu ban đầu (x = 0.05 0.1) 74 % 70 %, mẫu sau xử lý axit 92 % 83.4 % Các kết này, với kết XRD (Hình 3.33), chứng minh hiệu suất phân hủy MB bị ảnh hưởng lượng tạp chất Sự có mặt SrCƠ3 frong mẫu SĩTii-xVxOa làm giảm diện tích bề mặt riêng, hiệu suất xúc tác bị giảm Điều giải thích khỉ cố mặt S1CO3 làm che khuất bề mặt SrTiixVxCh làm giảm BET dẫn đến khả hấp phụ MB lên bề mặt xúc tác bị giảm theo nên hiệu suất quang xúc tác giảm [67] Kết phù hợp vối nghiên cứu khác pha tạp Cr, Nd [68,69] Như vậy, V xem kim loại đầy hứa hẹn nhằm cải thiện hoạt tính xúc tác STO vùng sánh sáng khả kiến 67 3.3.7 Đặc trưng xúc tác sau tái sinh Hình 3.36 Giản đồ nhiễu xạ tia X SrTi0.95V0.05O3 trước (a) sau (b) tải sinh xúc tác Quá trình tái sinh xúc tác thực theo quy trình (Hình 2.4) với mục đích tiết kiệm xúc tác tận dụng tối đa khả ỉàm việc xúc tác Hình 3.36 kết XRD mẫu SrTio.95Moo.05O3 sau trải qua lần thử nghiệm hoạt tính xúc tác quang, ta thấy cấu trúc ABO3 không bị bỉến đổi, không cỗ tượng cacbonat hóa xuất Tuy nhiên, đường phổ XRD bị lồi lõm cường độ đỉnh bị giảm Điều giải thích trình phản ứng MB bị hấp phụ lên bề mặt xúc tác trình đốt MB xảy khơng hồn tồn Sau mỗỉ lần sử dụng hiệu suất phân hủy MB giảm dần, kết sau lần tái sinh hiệu suất quang xúc tác SrTi0.95V0.05O3 giảm từ 92 % 60.45 % (Bảng 3.14) Để tăng khả lập lại hoạt tính ban đầu cần có phương pháp tái sinh thích hợp so với cách tái sinh thực 68 Bảng 3.14 Hiệu suất quang xúc tác sau lần tái sinh SrTi0.95V0.05O3 3.4 SrTiOỉ đồng biến tính V Mo (SrTii-x-vMoxVvOí) 3.4.1 Cấu trúc SrTii-x.yMoxVyO3 ộ 1.1 íb> Jl * A A J—J(l—l I 1- 0SrTiŨ,:ii.0ĨS4 1I1 - 1I- ■ - T T T -Ị- - T - ■ 20 40 60' Two Theta (20) 80 Hình 3.37 Giản đồ nhiễu xạ tia X SrTii-x-yMoxVyOy với (a) X = y = 0, (b) X = y = 0.03 (d) X = y = 0.05 nung 700 °C Hình 3.37 mơ tả kết phân tích XRD SrTii-x-yMoxVyO3 Khi biến tính với tỉ lệ X = y = 0.05 có xuất tạp chất SrCCh SrMoO4 ừong mẫu Ở kết XRD trình bày phần trước, biến tính với Mo (x > 0.05) xuất tạp SrMoO4 với V (x > 0.05) có tạp SrCCh kết hình 3.37 phù hợp Khi X = y = 0.03 kết XRD thu gần đơn pha đạt độ tính hóa cao 3.4.2 DRS SrTii-x-yMoxVyOs Hình 3.38 biểu diễn phổ DRS mẫu SrTii-x-yMoxVyO3 (x = y = 0.03) cho thấy vật liệu hấp thụ bước sóng 385nm (x = y = 0), đồng biến tính V Mo vào STO theo tỉ lệ % vật liệu hấp thụ bước sóng vùng khả kiến ( X = 390 -ỉ- 750 nm) Điều giải thích orbital 3d V4* Mo44 tạo mức lượng vùng cấm STO nên electron dễ dàng chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn Vì vậy, lượng vùng cấm vật liệu giảm rõ rệt, kết tính tốn lượng vùng cấm theo phương trình 2.2 69 trình bày bảng 3.15 Bảng 3.15 Năng lượng vùng cấm Eg mẫu SrTii-x-yMoxVyO3 o o II II x = 0.05 Bước sóng hãp thu (nm) 385 468 611 640 Eg (eV) 3.22 2.65 2.03 1.94 SrTl -x-yMOxVyO3 X =0 x = 0.03 y=0 y = 0.05 y = 0.03 Hình 3.38 Phổ DRS SrTii-x-yMoxVyOa 70 3.4.3 Hình thái bề mặt thành phần SrTii-x-yMoxVyO3 Hình 3.39 Ảnh SEM mẫu SrTiO3 (a) SrTi0.94Mo0.03V0.03O3 (b) Hình thái bề mặt mẫu SrTiO3 SrTio.94Moo.03Vo.03O3 thể hình 3.39 Từ ảnh SEM cho thấy, hai có dạng hình cầu, hạt đồng đều, kích thước từ 0.1 -ỉ- 0.2 |jm Nhìn chung, kích thước hạt mẫu pha tạp dường nhỏ so với mẫu SrTiO3 Ngồi ra, mẫu tổng hợp có tượng kết khối, với mục đích giảm lượng bề mặt cao, tinh thể nano có xu hướng liên kết lại với có tượng kết khối [59], Bảng 3.16 Kết phân tích EDX mẫu SrTi0.94Mo0.03V0.03O3 c 15.5 52.4 Sr 16.31 Ti 14.92 Mo 0.41 V 0.46 Tỏng 100 71 ... TÊN ĐỀ TÀI: " TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VẬT LIỆU SrTi1-xMxOs (M = Mo, V) ” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Tổng hợp vật liệu SrTiO3 phương pháp sol-gel, xác định điều kiện phù hợp để điều... • Điều chế vật liệu SrTi1-xMxO3 (với X = OI, M = Mo, V) Phân tích hình thái, cấu trúc, bề mặt vật liệu phương pháp: XRD, EDS, SEM, BET, TGA/DTA khảo sát tính chất quang xúc tác vật liệu phương... phù hợp làm vật liệu điện tử chất lượng cao, điện cực dương pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) [5-7], Ngồi tính chất SrTiCh cịn mang tính chất đặc biệt sở hữu tính dẫn quang ổn định thể hoạt tính