Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất từ và quang xúc tác của hệ vật liệu nano lai fe3o4zno

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LƯU THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4@ZnO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LƯU THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4@ZnO Ngành: Quang học Mã số: 44 01 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Cán hướng dẫn khoa học: TS PHẠM HOÀI LINH PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐĂNG THÁI NGUYÊN - 2019 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lịng kính trọng lời cám ơn sâu sắc tới TS Phạm Hồi Linh, giáo hướng dẫn, giúp đỡ bảo tận tình để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Đăng, TS Nguyễn Văn Khiển giúp đỡ, bảo quan tâm trình làm thực nghiệm luận văn Em gửi lời cảm ơn tới Anh Nguyễn Văn Giáp học viên cao học Đại Học Khoa Học Đại Học Thái Nguyên khóa 2017-2019, Em Nguyễn Văn Khánh học viên cao học trường Đại học Sư Phạm Hà Nội khóa 2017-2019 hợp tác nhiều trình làm việc phịng thí nghiệm Em xin trân trọng cảm ơn thầy cô Bộ môn Vật Lý,Trường đại học Khoa Học Đại Học Thái Nguyên truyền đạt cho em kiến thức khoa học vô quý báu tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm luận văn Em xin cảm ơn chân thành tới anh, chị Viện khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ em trình làm thực nghiệm trình đo đạc xử lý kết thu Cuối xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè - người thân động viên, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn với tơi q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Lưu Thị Hải Yến MỤC LỤC ii LỜI CẢM ƠN i MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4 xử lí nước nhiễm 1.2.2 Tính chất quang ZnO .11 a Tính chất hấp thụ quang học ZnO 11 b Phổ huỳnh quang ZnO .11 1.2.3 Ứng dụng quang xúc tác ZnO .12 1.3.1 Các đặc trưng tính chất vật liệu Nano composite 14 Chương 17 THỰC NGHIỆM 17 2.1 Quy trình chế tạo mẫu .17 2.1.1 Hóa chất chuẩn bị 17 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm .17 2.1.3 Quy trình chế tạo mẫu 18 2.2 Các kỹ thuật khảo sát mẫu 21 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) .21 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.2.3 Phép đo FTIR (Phương pháp đo phổ hồng ngoại) 25 2.2.4 Phép đo từ kế mẫu rung (VSM) 26 2.2.5 Phép đo phổ hấp thụ 29 Chương 31 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .31 3.1 Kết nghiên cứu chế tạo vật liệu từ spinel ferrite .31 iii 3.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nano Fe3O4 31 33 a Tính chất từ 34 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo hạt nano ZnO 36 3.2.1 Cấu trúc tinh thể 36 3.2.2 Hình dạng kích thước hạt nano ZnO .37 3.2.3 Cấu trúc hóa học vật liệu ZnO .38 3.2.4 Tính chất quang 39 3.2.5 Phổ huỳnh quang 40 3.2.6 Khả quang xúc tác vật liệu nano ZnO 41 3.3 Kết nghiên cứu chế tạo nanocomposite Fe3O4@ZnO .42 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình dạng nanocomposite Fe3O4@ZnO 42 a Giản đồ nhiễu xạ tia X .42 b.Hình dạng kích thước hạt thực .43 3.3.2 Phổ hồng ngoại FTIR 44 3.3.3 Tính chất từ tính chất quang nano composite Fe3O4@ZnO .45 a Tính chất từ 45 b Tính chất quang .46 Kết luận 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Eg : Band gap energy (Năng lượng vùng cấm) SEM : Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) UV- Vis : Ultraviolet - Visible (Tử ngoại - khả kiến) XRD : X - ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) IR : Infrared (hồng ngoại) EDX : Energy-dispersive X-ray (tán xạ lượng tia X) TEM : Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) XPS : X-ray photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X ) PL : Photoluminescence (huỳnh quang) Fe3O4@ZnO : Vật liệu spinel ferrite Magnetite kẽm oxit v DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI CẢM ƠN i MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4 xử lí nước nhiễm 1.2.2 Tính chất quang ZnO .11 a Tính chất hấp thụ quang học ZnO 11 b Phổ huỳnh quang ZnO .11 1.2.3 Ứng dụng quang xúc tác ZnO .12 1.3.1 Các đặc trưng tính chất vật liệu Nano composite 14 Chương 17 THỰC NGHIỆM 17 2.1 Quy trình chế tạo mẫu .17 2.1.1 Hóa chất chuẩn bị 17 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm .17 2.1.3 Quy trình chế tạo mẫu 18 2.2 Các kỹ thuật khảo sát mẫu 21 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) .21 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.2.3 Phép đo FTIR (Phương pháp đo phổ hồng ngoại) 25 2.2.4 Phép đo từ kế mẫu rung (VSM) 26 2.2.5 Phép đo phổ hấp thụ 29 Chương 31 vi KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .31 3.1 Kết nghiên cứu chế tạo vật liệu từ spinel ferrite .31 3.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nano Fe3O4 31 33 a Tính chất từ 34 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo hạt nano ZnO 36 3.2.1 Cấu trúc tinh thể 36 3.2.2 Hình dạng kích thước hạt nano ZnO .37 3.2.3 Cấu trúc hóa học vật liệu ZnO .38 3.2.4 Tính chất quang 39 3.2.5 Phổ huỳnh quang 40 3.2.6 Khả quang xúc tác vật liệu nano ZnO 41 3.3 Kết nghiên cứu chế tạo nanocomposite Fe3O4@ZnO .42 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình dạng nanocomposite Fe3O4@ZnO 42 a Giản đồ nhiễu xạ tia X .42 b.Hình dạng kích thước hạt thực .43 3.3.2 Phổ hồng ngoại FTIR 44 3.3.3 Tính chất từ tính chất quang nano composite Fe3O4@ZnO .45 a Tính chất từ 45 b Tính chất quang .46 Kết luận 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 vii DANH MỤC CÁC HÌNH LỜI CẢM ƠN i MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano Fe3O4 xử lí nước nhiễm 1.2.2 Tính chất quang ZnO .11 a Tính chất hấp thụ quang học ZnO 11 b Phổ huỳnh quang ZnO .11 1.2.3 Ứng dụng quang xúc tác ZnO .12 1.3.1 Các đặc trưng tính chất vật liệu Nano composite 14 Chương 17 THỰC NGHIỆM 17 2.1 Quy trình chế tạo mẫu .17 2.1.1 Hóa chất chuẩn bị 17 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm .17 2.1.3 Quy trình chế tạo mẫu 18 2.2 Các kỹ thuật khảo sát mẫu 21 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) .21 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.2.3 Phép đo FTIR (Phương pháp đo phổ hồng ngoại) 25 2.2.4 Phép đo từ kế mẫu rung (VSM) 26 2.2.5 Phép đo phổ hấp thụ 29 Chương 31 viii KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .31 3.1 Kết nghiên cứu chế tạo vật liệu từ spinel ferrite .31 3.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu nano Fe3O4 31 33 a Tính chất từ 34 3.2 Kết nghiên cứu chế tạo hạt nano ZnO 36 3.2.1 Cấu trúc tinh thể 36 3.2.2 Hình dạng kích thước hạt nano ZnO .37 3.2.3 Cấu trúc hóa học vật liệu ZnO .38 3.2.4 Tính chất quang 39 3.2.5 Phổ huỳnh quang 40 3.2.6 Khả quang xúc tác vật liệu nano ZnO 41 3.3 Kết nghiên cứu chế tạo nanocomposite Fe3O4@ZnO .42 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình dạng nanocomposite Fe3O4@ZnO 42 a Giản đồ nhiễu xạ tia X .42 b.Hình dạng kích thước hạt thực .43 3.3.2 Phổ hồng ngoại FTIR 44 3.3.3 Tính chất từ tính chất quang nano composite Fe3O4@ZnO .45 a Tính chất từ 45 b Tính chất quang .46 Kết luận 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 Độ hấp thụ (Đ.v.t y) vùng ánh sáng xanh mẫu hạt nano ZnO Như kết phổ huỳnh quang mẫu chế tạo phù hợp với công bố trước Cường độ( Đ.v.t.y) Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Hình 3.14 Làm khớp phổ huỳnh quang hàm Gauss 3.2.6 Khả quang xúc tác vật liệu nano ZnO Độ hấp thụ( Đ.v.t.y) Độ hấp thụ( Đ.v.t.y) 41 Thời gian (phút) (a) (b) Hình 3.15 Phổ hấp thụ RhB theo thời gian chiếu sáng đèn UV khác (a), (b) Cư Cư ờn ờn g g độ(độ( Đ Đ v.t v.t y) y) 42 Hình 3.16 Phổ hấp thụ RhB theo thời gian chiếu sáng mặt trời khác Hiệu suất quang xúc tác mẫu đánh giá việc làm suy giảm nồng độ dung dịch RhodamineB (RhB) chiếu xạ đèn UV công suất 15 W Nồng độ dung dịch RhB xác định thông qua cường độ đỉnh 554 nm phổ hấp thụ Rhb (hình 3.15 a) Hình 3.15 b biểu diễn thay đổi cường độ hấp thụ dung dịch RhB tác dụng quang xúc tác mẫu ZnO Kết cho thấy, nồng độ RhB mẫu thay đổi rõ rệt, sau gần 2h quang xúc tác tia UV 100 % dung dịch RHB nồng độ 10ppm bị phân hủy hoàn toàn Khi so sánh với số kết nghiên cứu khác , thấy kết quang xúc tác phân hủy RhB mẫu ZnO kích thước 87 nm nghiên cứu khả quan Tuy nhiên, thực quang xúc tác ánh sáng nhìn thấy, suy giảm nồng độ RhB không đáng kể (hình 3.16) Kết cho thấy độ rộng vùng cấm lớn (3.28 eV), hạt ZnO hấp thụ ánh sáng vùng nhìn thấy hạn chế khả hấp thụ vùng ánh sáng nhìn thấy 3.3 Kết nghiên cứu chế tạo nanocomposite Fe3O4@ZnO 3.3.1 Đặc trưng cấu trúc hình dạng nanocomposite Fe3O4@ZnO a Giản đồ nhiễu xạ tia X theta(oo)) 22 theta( (a) (b) Hình 3.17 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ vật liệu nano Fe3O4, ZnO hệ Fe3O4@ZnO Cấu trúc tinh thể, pha vật liệu mẫu chế tạo khảo sát thông qua phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) Hình 3.17 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu 43 pristine Fe3O4, Fe3O4@ZnO core -shell nanocomposite theo tỷ lệ 1:5 ZnO Từ giản đồ nhiễu xạ hình 3.17(a), ta quan sát thấy đỉnh đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt xếp chặt Fe3O4 (phù hợp với thẻ chuẩn PDF- 01-0716336 - Fe3O4) cấu trúc lục giác Wurtzite ZnO (phù hợp với thẻ chuẩn PDF01-071-6424) Trên giản đồ nhiễu xạ mẫu nanocomposite xuất đồng thời đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho mẫu Fe3O4 ZnO Khi so sánh đỉnh nhiễu xạ giản đồ nhiễu xạ mẫu composite với mẫu Fe3O4 ZnO thấy đỉnh đặc trưng Fe3O4 có xu hướng dịch góc theta nhỏ đỉnh đặc trưng cho tinh thể ZnO khơng thay đổi Điều hình thành cấu trúc vỏ-lõi tương tác vỏ lõi gây nên thay đổi cấu trúc tinh thể lõi hạt Fe3O4 mà không thay đổi cấu trúc tinh thể lớp vỏ ZnO bên Độ rộng đỉnh nhiễu xạ chứng minh hình thành pha nano Mẫu XRD tương ứng với ZnO tổng hợp với có mặt hạt từ tính (hình 3.17(a)) cho thấy hình thành cấu trúc vỏ lõi Kích thước tinh thể trung bình hạt nano từ tính Fe3O4@ZnO, ước tính theo phương trình Scherrer, 9,424nm 15.107nm, cho thấy độ dày vỏ xấp xỉ 2,7nm b Hình dạng kích thước hạt thực (a) (b) (c) Hình 3.18 Hình thái học bề mặt mẫu vật liệu ferrite spinel Fe3O4 (a), mẫu hạt nano ZnO (b) mẫu nano composite Fe3O4@ZnO (c) Hình 3.18 trình bày ảnh FESEM mẫu Fe3O4, composite Fe3O4@ZnO mẫu ZnO.Từ ảnh FESEM cho thấy hạt spinel ferrite Fe3O4 có kích thước tương đối nhỏ, hình cầu đồng đều, xấp xỉ 12nm Trong hệ mẫu vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO lại có kích thước lớn đáng kể với phân bố kích thước tương đối rộng từ 20 nm đến 70nm Bằng sử dụng phần mềm Imagin J 44 xác định giá trị kích thước trung bình mẫu nano tổ hợp vào cỡ 42.6 nm Đặc biệt, với điều kiện chế tạo mẫu conposite, mẫu ZnO cho kích thước với giá trị trung bình 87 nm Như thấy rằng, sau tạo tổ hợp với vật liệu ZnO, kích thước mẫu Fe3O4@ZnO tăng đáng kể so với mẫu Fe3O4 không bọc Kết hợp với kết thu từ giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy chế tạo thành cơng mẫu tổ hợp Fe3O4@ZnO kích thước nanomet với cấu trúc vỏ-lõi , đường kính khoảng 42.6 nm, lõi bên hạt từ ferrite bao bọc bên hạt quang xúc tác ZnO Với cấu trúc vỏ lõi vậy, hạt ZnO bao bọc bên thực nhiệm vụ quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ, hạt từ spinel ferrite bên có nhiệm vụ thu hồi sau kết thúc trình quang xúc tác 3.3.2 Phổ hồng ngoại FTIR Phổ FTIR mẫu khảo sát để nghiên cứu cấu trúc hóa học tương tác hai pha Fe3O4 ZnO vật liệu composite Hình 3.19 Trình bày phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Furriers mẫu Fe3O4 tỉ lệ 1-5 ZnO Từ phổ FTIR mẫu thấy dao động mẫu chia thành vùng bước sóng; vùng bước sóng thấp từ 400 cm -1-900cm-1 gán cho dao động liên kết kim loại oxi, vùng bước sóng từ 1000 cm-1 tới 1650 cm -1 gán cho dao động liên kết O-H số dao động liên kết CO nhóm acetate cịn dư mà quan sát thất nhiều công bố liên quan đến chế tạo ZnO nanoparticles form Zinaceetate vùng bước sóng cao 3000 cm -1 tới 3700 cm-1 gán cho dao động liên kết O-H Ngồi quan sát dao động C-O bước sóng 2358 2337 cm -1 có mặt khí CO2 có buồng đo mẫu Khi quan sát đỉnh dao động vùng bước sóng thấp phổ hấp thụ mẫu composite thấy đỉnh dao động đặc trưng cho liên kết Fe-O (628 nm 584 nm) liên kết Zn-O (534 cm -1 450 cm-1) xuất mẫu composite Tuy nhiên thấy vị trí đỉnh liên kết Fe-O ZnO mẫu composite bị dịch chuyển phía bước sóng thấp so với mẫu Fe3O4 ZnO Điều cho thấy có liên kết pha Fe3O4 ZnO mẫu composite dẫn đến thay đổi độ dài liên kết Fe-O Zn-O dao động đặc trưng Fe-O Zn-O pha vật liệu cần lượng cao Thêm vào đó, phổ Độ tru yề n qu a( %) 45 hồng ngoại mẫu composite quan sát thấy xuất dao động vị trí bước sóng 692 nm Theo số nghiên cứu pha tạp ion Fe +2 vào tinh thể ZnO, xuất dao động vùng bước sóng 650 nm đến 800 nm liên quan đến xuất ion Fe tinh thể ZnO Điều lí giải có mặt ion Fe mạng tinh thể ZnO lai hóa vỏ-lõi Fe3O4 ZnO Kết hợp -1 Số sóng (cm ) kết phân tích FTIR ảnh FEMSEM, thấy mẫu composite có cấu trúc vỏ lõi Hình 3.19 Phổ FTIR mẫu Fe3O4@ZnO 3.3.3 Tính chất từ tính chất quang nano composite Fe3O4@ZnO a Tính chất từ Hình 3.20 Đường M(H) mẫu Fe3O4@ZnO 46 Hình 3.20 biểu diễn đường cong từ hóa hai hệ mẫu Fe3O4 Fe3O4@ZnO nhiệt độ phịng Rõ ràng tính chất từ mẫu hạt Fe3O4@ZnO thay đổi nhiều so với mẫu hạt Fe3O4 nguyên chất ban đầu Cụ thể, từ độ bão hòa ghi lại hệ mẫu Fe3O4 62emu/g, số liệu ghi lại hệ mẫu Fe3O4@ZnO với tỷ lệ 1:5 theo khối lượng 17 emu/g giảm so với giá trị từ độ bão hòa hạt nano Fe3O4, điều quy cho diện lớp oxit kẽm diamag từ bao quanh lõi từ tính Kết hồn tồn phù hợp với khối lượng spinel ferrite Fe3O4 tồn hạt nano composite Với tính chất vậy, ta thấy vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO thu hồi nam châm sau hoàn thành nhiệm vụ quang xúc tác b Tính chất quang Phổ hấp thụ Hình 3.21 Phổ hấp thụ quang ba hệ mẫu Fe3O4 Fe3O4@ZnO ZnO Ta thấy vật liệu ZnO có bờ hấp thụ khoảng bước sóng 388nm tương ứng với mức lượng vùng cấm 3,2eV, cịn hệ vật liệu composite Fe3O4@ZnO có bờ hấp thụ dịch chuyển vùng bước sóng dài xuất vai hấp thụ Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ bờ hấp thụ mẫu compoiste lí giải có mặt hạt nano Fe3O4 Kết nghiên cứu phù hợp với kết nghiên cứu chết tạo hệ vật liệu tổ hợp α- Fe3O4@ZnO Theo nhóm tác giả này, cấu trúc vỏ lõi vật liệu từ ZnO xuất tương tác biên tiếp giáp hai vật liệu Tại trình lai hóa đám mây điện tử s p hai pha vật liệu tạo nên vùng 47 lượng nằm vùng hóa trị Do đó, thu hẹp độ rộng vùng cấm vật liệu ZnO Ta thấy ZnO có lượng vùng cấm cao 3,2eV, nên đặc tính quang xúc tác chủ yếu thể vùng ánh sáng tử ngoại Trong đó, ZnO kết hợp với Fe3O4 tạo thành hệ vật liệu composite Fe3O4@ZnO với tỷ lệ 1:5 ta thấy lượng vùng cấm hệ giảm đáng kể, bước sóng hấp thụ nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Nhìn vào hình 3.20 ta thấy, vùng ánh sáng khả kiến (từ 400nm đến 800nm) khả hấp thụ ánh sáng ZnO nguyên chất vật liệu composite Fe3O4@ZnO giảm, khả hấp thụ ánh sáng ZnO nguyên chất giảm mạnh nhiều so với hệ composite.Trong vùng này, độ hấp thụ ZnO nguyên chất đạt xấp xỉ 0,1 độ hấp thụ hệ composite nằm khoảng 0,1 đến 0,6 Điều cho thấy độ hấp thụ quang hệ vật liệu composite vùng ánh sáng khả kiến cải thiện đáng kể có thêm Fe3O4 Cường độ(Đ.v.t.y) Phổ huỳnh quang Bước sóng (nm) Hình 3.22 Phổ huỳnh quang PL hai hệ mẫu Fe3O4@ZnO ZnO Hình 3.21 trình bày phổ huỳnh quang mẫu kích thích laser có bước sóng 350 nm Trên phổ huỳnh quang thấy dải kích thích mẫu tương đối rộng với khoảng bước sóng từ 393 nm đến 410 nm Ta quan sát thấy cường độ huỳnh quang mẫu composite giảm đáng kể so với mẫu ZnO Việc suy giảm cường độ phổ PL có liên quan đến suy giảm tốc độ tái hợp cặp điện 48 tử lỗ trống mẫu bán dẫn, mẫu có cường độ phổ PL thấp hứa hẹn cho hiệu xuất quang xúc tác tốt Trên phổ huỳnh quang mẫu composite quang sát thấy phát xạ đỉnh gần cấu trúc bờ vùng ZnO quan sát thấy phát xạ yếu vùng bước sóng từ 450 nm đến 900 nm Phát xạ có xu hướng dịch bước sóng dài so với đỉnh ZnO Một số nghiên cứu phát xạ vùng 550 nm-650 nm mẫu ZnO có liên quan đến khuyết thiếu Oxi mẫu , nhiên mẫu vật liệu tổ hợp phát xạ mở rộng dịch bước sóng 725 nm Điều kiên quan đến cấu trúc vỏ lõi vai trò hạt nano Fe3O4 có vật liệu tổ hợp Hình 3.23 Phổ huỳnh quang PL hai hệ mẫu Fe3O4@ZnO ZnO vùng bước sóng từ 450nm-900nm Để hiểu rõ chất nguồn gốc tái hợp điện tử lỗ trống mẫu Fe3O4@ZnO, sử dụng phương pháp làm khớp hàm Gauss đỉnh phổ PL mẫu Kết sau làm khớp vị trí đỉnh phổ phát xạ phù hợp với số nghiên cứu trước Fe3O4@ZnO 3.3.4 Khả quang xúc tác với RhB Khả quang xúc tác mẫu Fe3O4@ZnO tỉ lệ 1.5 đánh giá suy giảm nồng độ dung dịch Rhodamine B (RhB), chiếu xạ nguồn sáng mặt trời chuẩn AM 1.5G hãng Newport, Mỹ Nồng độ RhB mẫu quang xúc tác xác định thông qua cường độ đỉnh phổ hấp thụ UVvis bước sóng 554 nm Tốc độ suy giảm nồng độ C/Co, định lượng dựa việc so 49 sánh cường độ đỉnh hấp thụ đặc trưng bước sóng 554 nm RhB theo thời gian thực quang xúc tác khác Để đảm bảo trình hấp phụ nhả hấp mẫu với RhB cân bằng, mẫu ủ tối dung dịch RhB 0,5giờ Cường độ(đ.v.t.y) khuấy từ tối với thời gian 0.5 Bước sóng (nm) Hình 3.24 Phổ hấp thụ dung dịch RhB sau tiến phân hủy quang xúc tác với vật liệu tổ hợp Fe3O4@ZnO theo thời gia khác tác dụng Độ hấp thụ(đ.v.t.y) ánh sáng mặt trời Thời gian (phút) Hình 3.25 Biểu diễn suy giảm nồng độ RhB sau quang xúc tác với hệ nano Fe3O4@ZnO theo thời gian tác dụng ánh sáng mặt trời 50 Hình 3.24 3.25 trình bày phổ hấp thụ dung dịch RhB sau quang xúc tác phân hủy với có mặt mẫu composite theo thời gian chiếu sáng khác đồ thị biểu diễn thay đổi cường độ hấp thụ dung dịch RhB hệ mẫu Fe3O4@ZnO sau tiến hành quang xúc tác phân hủy Kết cho thấy, nồng độ RhB mẫu giảm đáng kể, sau gần quang xúc tác tia UV, vật liệu nano composite xử lý gần hồn tồn lượng RhB có dung dịch Như biết, việc nâng cao hiệu xuất quang khử vật liệu quang xúc tác phụ thuộc vào yếu tố: i) Vật liệu có diện tích bề mặt lớn tăng cường diện tích tiếp xúc tăng cường khả hấp phụ với chất cần phân hủy ii) Thời gian tách cặp điện tử lỗ trống dài giúp tăng cường lượng điện tử di chuyển bề mặt tiếp xúc vật liệu môi trường sinh nhiều tâm khử bề mặt vật liệu iii) Năng lượng vùng cấm giảm giúp cho vật liệu có khả hấp thụ dải rộng ánh sáng vùng nhìn thấy Theo kết thu từ hình 3.24, hiệu xuất quang xúc tác mẫu Fe3O4@ZnO tỉ lệ 1.5 cho kết tốt so với hiệu xuất quang xúc tác mẫu Fe3O4 Điều lí giải vật liệu composite thu hẹp độ rộng vùng cấmlại giúp hấp thụ dải ánh sang mặt trời tốt góp mặt Fe3O4 tâm bắt giữ điện tử chiếu sáng làm giảm trình tái hợp điện tử lỗ trống nên làm hiệu xuất quang xúc tác tốt 51 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, tiến hành thí nghiệm vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO, rút kết luận sau: Đã chế tạo thành công hệ mẫu nano Fe3O4, ZnO, vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO phương pháp đồng kết tủa sol-gel Vật liệu biểu kết tinh tốt, khơng có xuất pha tạp chất Dựa phép phân tích XRD, FTIR FESEM nhận định vật liệu composite có cấu trúc lõi-vỏ với hạt Fe3O4 thành phần lõi vật liệu ZnO lớp vỏ bên Vật liệu composite xuất hai bờ hấp thụ với độ rộng vùng cấm thu hẹp so với mẫu ZnO (3.2eV) Điều giải thích cho khả hấp thụ bước sóng khoảng ánh sáng khả kiến vật liệu composite tốt nhiều so với ZnO Tương tác vỏ lõi nguyên nhân thu hẹp độ rộng vùng cấm mẫu composite Hiệu suất quang xúc tác ánh sáng đèn mô ánh sáng mặt trời mẫu nano composite Fe3O4@ZnO tốt, 0,06g vật liệu 110 phút phân hủy hết 60ml dung dịch RhB 10 ppm Kết nghiên cứu hệ vật liệu Fe3O4@ZnO cộng công bố hợi nghị tồn q́c Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu lần thứ 11 (SPMS 2019) vào ngày 2-4 tháng 11 năm 2019 Quy Nhơn Trong báo cáo chúng tơi trình bày kết nghiên cứu chế tạo hệ nano tổ hợp Fe3O4@ZnO với cấu trúc lai tổng hợp phương pháp sol - gel bước Các đặc trưng cấu trúc tinh thể, hình dạng, tính chất vật lý khả quang xúc tác phân hủy Rhp vật liệu tổ hợp nghiên cứu thông qua phép đo XRD, SEM, FTIR , PL, UV-VIS Định hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu khả quang xúc tác vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO việc xử lí chất màu hữu Rhodamine B (RhB) ánh sáng khả kiến sau 52 vòng thu hồi tác dụng nam châm TÀI LIỆU THAM KHẢO Linh, P.H., Chế tạo vật liệu pherit spinel Co1-xFexFe2O4 (x=0-5) có cấu trúc nano nghiên cứu tính chất từ chúng, 2006, Trường đại học Bách khoa Hà nội: Hà Nội Tripathia, A and N Sheeba, Impact of TiO2 and TiO2/g-C3N4 Nanocomposite to Treat Industrial Wastewater 2018, Tamilnadu, India: Environmental Nanotechnology, Monitoring and amp Tanujjal, B., et al., Defect engineered visible light active ZnO nanorods for photocatalytic2016, Muscat 123, Oman: Catalysis Today Yousefi-Mohammadi, S., M Movahedi, and H Salavati, MnCo-Ferrite/TiO2 Composite as an efficient magnetically separable photocatalyst for decolorization of dye pollutants in aqueous solution2018, Tehran, Iran: Surfaces and Interfaces Qin, M., et al., Zinc ferrite composite material with controllable morphology and its applications2017, Xi’an, PR China: Materials Science & Engineering B CULLITY, B.D and C.D GRAHAM, Introduction to magnetic materials2009, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., Hoboken 386 Bercoff P.G, B.H.R., Exchange constants and transfer intetgral of spinel ferrite Jounal of Magnetism and Magnetic Material, 1997 169: p CULLITY, B.D., C D GRAHAM, Introduction to magnetic materials2009: John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey Wu, L., Y Wu, and W LÜ, Preparation of ZnO Nanorods and optical characterizations2005, Shandong, PR China: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 10 Vaseem, M., A Umar, and Y.-B Hahn, ZnO Nanoparticles: Growth, Properties, and Applications1998, Chonju, South Korea metal oxide nanostructures and their applications 53 11 Jaffe, J.E., R Pandey, and A.B Kunz, Electronic structure of the rocksaltstructure semiconductors ZnO and CdO1991, Houghton, Michigan: American Physical Society 12 Yang, L.L., Synthesis and Optical Properties of ZnO2008, Norrköping, Sweden: Linköping Studies in Science and Technology 13 Santhosh, C., et al., Role of nanomaterials in water treatment applications: A review Chemical Engineering Journal, 2016 306: p 1116-1137 14 Lam, S.M., et al., Degradation of wastewaters containing organic dyes photocatalysed by zinc oxide: a review, Desalin Water Treat, 2012) 41: p 131-169 15 Pirsaheb, M., et al., Photocatalytic degradation of Aniline from aqueous solutions under sunlight illumination using immobilized Cr:ZnO nanoparticles Scientific Reportsvolume, 2017 7: p 1473 16 Chawla, S., et al., Zinc peroxide nanomaterial as an adsorbent for removal of Congo red dye from waste water Ecotoxicology and Environmental Safety, 2017 135: p 68-74 17 Shibin, O.M., S Yesodharan, and E.P Yesodharan, Sunlight induced photocatalytic degradation of herbicide diquat in water in presence of ZnO Journal of Environmental Chemical Engineering, 2015 (2): p 1107-1116 18 Wang, J., et al., Preparation and photocatalytic properties of magnetically reusable Fe3O4@ZnO core/shell nanoparticles Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2016 75: p 66-71 19 Zhu, H.-Y., et al., Novel multifunctional NiFe2O4/ZnO hybrids for dye removal by adsorption, photocatalysis and magnetic separation Applied Surface Science (), 2016 369: p 1-10 20 Feng, X., et al., high performance, recoverable Fe3O4@ZnO nanoparticles for enhanced photocatalytic degradation of phenol Chemical Engineering Journal, 2014 244: p 327-334 21 Mohammadi, A and S Pourmoslemi, Enhanced photocatalytic degradation of doxycyline using a magnetic polymer-ZnO composite Water Science & Technology 2018 Available Online 31 May 2018 54 22 Xia, J., et al., Preparation and characterization of bifunctional, Fe3O4/ZnO nanocomposites and their use as photocatalysts Applied Surface Science (), 2011 257: p 9724-9732 23 D, W.R., Infrared Spectra of Ferrites Physical Review, 1955 99: p 1727-1735 24 Gangopadhyay, S.H., G C.; Dale, B.; Sorensen, C., K.J.P M.; Klabunde, V.; Kostikas, A., and C.H , Phys Rev B, 1992 45: p 9778 25 Deotale, A.J and R.V Nandedkar, Correlation between Particle Size, Strain and Band Gap of Iron Oxide Nanoparticles Materials Today: Proceedings (), 2016 3: p 2069-2076 26 A.Kulkarni, S., et al., Effect of synthesis route on the structural, optical and magnetic properties of Fe3O4 nanoparticles Ceramics International, 2014 40: p 1945-1949 27 Sharma, R., et al., ZnO anchored graphene hydrophobic nanocomposite-based bulk heterojunction solar cells showing enhanced short-circuit current J Mater Chem C, 2014 2: p 8142 28 Liu, K., et al., Effect of Fe3O4 content and microwave reaction time on the properties of Fe3O4/ZnO magnetic nanoparticles Journal of Alloys and Compounds () 2019 781: p 790-799 29 R Vinod, et al., Quenching and blue shift of UV emission intensity of hydrothermally grown ZnO:Mn nanorods, Mater Sci Eng., B, 2015 191: p 1-6 30 Marin, O., et al., Photoluminescence from c-axis oriented ZnO films synthesized by sol-gel with diethanolamine as chelating agent Materials Science in Semiconductor Processing, 2016 56: p 59-65 31 Adnan, M.A.M., N.M Julkapli, and S.B.A Hamid, Review on ZnO hybrid photocatalyst: Impact on photocatalytic activities of water pollutant degradation Reviews in Inorganic Chemistry, 2016 36(2): p 77-104 32 K.Raja, P.S.Ramesh, and D.Geeth, Structural, FTIR and Photoluminescence studies of Fe doped ZnO nanopowder by co-precipitation method Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2014 131: p 183-188 55 33 Chelouchea, A., D Djouadi, and A Aksas, Study of structural and optical properties of iron doped ZnO thin films prepared by sol-gel Eur Phys J Appl Phys., 2013 64: p 10304 34 KhaneshKumar, et al., Photocatalytic, optical and magnetic properties of Fedoped ZnO nanoparticles prepared by chemical route Journal of Alloys and Compounds, 2014 588: p 681-689 35 Yuan, Y., et al., High-yield synthesis and optical properties of g-C3N4 Nanoscale, 2015 7: p 12343 36 Chidhambaram, N and K Ravichandran, Single step transformation of urea into metal-free g-C3N4 nanoflakes for visible light photocatalytic applications Materials Letters, 2017 207: p 44-48 37 Chen, T., et al., A one-step process for preparing a phenylmodified g-C3N4 green phosphor with a high quantum yield RSC Adv., 2017 7: p 51702 38 Zou, H., et al., Photocatalytic activity enhancement of modified g-C3N4 by ionothermal copolymerization J Materiomics, 2015 1: p 340e347 39 Yan, S.C., Z.S Li, and Z.G Zou, Photodegradation of Rhodamine B and Methyl Orange over Boron-Doped g-C3N4 under Visible Light Irradiation Langmuir, 2010 266: p 3894-3901 ... hủy chất hữu dựa hiệu ứng quang xúc tác với tên luận văn ? ?Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất từ quang xúc tác hệ vật liệu nano lai Fe3O4@ZnO” Mục đích nghiên cứu - Chế tạo thành công vật liệu. .. KHOA HỌC LƯU THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG XÚC TÁC CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4@ZnO Ngành: Quang học Mã số: 44 01 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Cán hướng dẫn khoa... liệu nano spinel ferrite Fe3O4, vật liệu nano xúc tác quang ZnO nanocomposite Fe3O4@ZnO - Nghiên cứu cách hệ thống tính chất cấu trúc tính chất vật lí vật liệu composite Fe3O4@ZnO chế tạo - Nghiên