Chế tạo và nghiên cứu màng quang xúc tác tio2 hoạt động trong vùng khả kiến bằng cách đồng pha tạp nitơ, kim loại chuyển tiếp và sử dụng cấu trúc dị thể

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHÙNG NGUYỄN THÁI HẰNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MÀNG QUANG XÚC TÁC TiO2 HOẠT ĐỘNG TRONG VÙNG KHẢ KIẾN BẰNG CÁCH ĐỒNG PHA TẠP NITƠ, KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỊ THỂ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHÙNG NGUYỄN THÁI HẰNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MÀNG QUANG XÚC TÁC TiO2 HOẠT ĐỘNG TRONG VÙNG KHẢ KIẾN BẰNG CÁCH ĐỒNG PHA TẠP NITƠ, KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỊ THỂ Ngành: Quang học Mã số ngành: 62 44 11 01 Phản biện 1: PGS TS Chu Đình Thúy Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thị Phương Phong Phản biện 3: TS Nguyễn Thị Thu Thủy Phản biện độc lập 1: PGS TS Chu Đình Thúy Phản biện độc lập 2: TS Nguyễn Thị Thu Thủy NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Vũ Tuấn Hùng PGS TS Dương Ái Phương TP Hồ Chí Minh – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình riêng tơi cộng làm việc chung nhóm hướng dẫn TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương Các số liệu kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác mà tơi khơng tham gia Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2018 Tác giả luận án Phùng Nguyễn Thái Hằng i LỜI CẢM ƠN Cuốn luận án khơng thể hồn thành thiếu tận tình giúp đỡ người mà vô yêu mến biết ơn Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người Thầy hướng dẫn – TS Lê Vũ Tuấn Hùng Trong suốt sáu năm qua, khơng lần chểnh mảng học tập nghiên cứu nên làm phiền lòng Thầy nhiều Nhưng Thầy nhẹ nhàng khuyên bảo, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi đôn đốc suốt q trình thực luận án Đồng thời, tơi chân thành cảm người Thầy thứ hai – PGS TS Dương Ái Phương Thầy ln tận tình bảo dõi theo suốt thời gian qua Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Quý Thầy Cô Khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật truyền đạt cho tơi kiến thức bổ ích, dẫn tri thức khoa học để tơi hoàn thành luận án nghiên cứu sinh Lời cảm ơn xin gửi đến Quý cấp Lãnh đạo Trường Đại học Tây Nguyên người đồng nghiệp yêu quý thuộc môn Vật lý – Khoa Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Mọi người gánh vác nhiều công việc môn để chuyên tâm nghiên cứu, học tập Tôi xin tri ân hai người em Trường Cơ, Toại Tuyn Viện Khoa học & Cơng nghệ tính tốn thuộc Sở Khoa học Cơng nghệ Tp Hồ Chí Minh hỗ trợ nhiều phần mô lý thuyết luận án Cảm ơn người bạn, người em công tác môn Vật lý Ứng dụng: anh Hải Đăng, Ngọc Thủy, Thanh Lâm, Phương Hạ, Kiều Loan, Hữu Kế, Anh Tuấn, Lương Cường, Trung Vĩnh Mọi người giúp đỡ nhiều suốt thời gian học tập nghiên cứu Cám ơn người em thân yêu kề vai sát cánh, đồng hành suốt tháng ngày qua: Đức Nguyên, Khánh Vân Sĩ Duy Chị nhớ thời gian cộng Những đêm thức trắng làm thực nghiệm ii hoàn thiện luận án khơng thể hồn thành thiếu cơng sức ba em Cuốn luận án lời yêu thương mà muốn gửi đến Mẹ – người mang ơn đời người cho tơi tất tình thương, tiền bạc thời gian để tơi tồn tâm theo đuổi niềm đam mê Con cám ơn Mẹ nhiều thật nhiều Cuối cùng, em trìu mến biết ơn Anh Cám ơn anh ln bờ vai vững để em thoải mái “chắp cánh ước mơ” suốt chín năm Mặc dù tơi cố gắng hoàn thiện luận án lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp Quý Thầy Cô bạn để luận án hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2018 Tác giả luận án Phùng Nguyễn Thái Hằng iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt x Danh mục bảng xii Danh mục hình vẽ, đồ thị xiii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ QUANG XÚC TÁC TiO2 1.1 Quang xúc tác bán dẫn 1.2 Cấu trúc vật liệu TiO2 1.3 Quang xúc tác TiO2 1.4 Tính quang siêu thấm ướt bề mặt TiO2 11 1.5 Một số ứng dụng TiO2 13 1.5.1 Vật liệu tự làm 13 1.5.2 Diệt khuẩn 13 1.5.3 Xử lý môi trường 14 1.6 Hạn chế quang xúc tác TiO2 14 1.7 Tăng cường tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến 14 1.8 Vật liệu TiO2 pha tạp 16 1.8.1 TiO2 pha tạp kim loại 16 1.8.2 TiO2 pha tạp phi kim 17 1.8.3 TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp phi kim 19 1.9 Cấu trúc dị thể TiO2 chất bán dẫn khác 21 1.9.1 Cấu trúc dị thể TiO2 21 iv 1.9.2 Vật liệu MoS2 23 1.9.2.1 Cấu trúc vật liệu MoS2 23 1.9.2.2 Cấu trúc điện tử vật liệu MoS2 25 1.9.3 Vật liệu cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 27 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG 29 2.1 Phương pháp phún xạ magnetron DC 29 2.2 Phương pháp sol–gel 31 2.3 Phương pháp lắng đọng bể hóa học 34 2.4 Quá trình thực nghiệm luận án 38 2.4.1 Quá trình thực nghiệm phương pháp đồng phún xạ 38 2.4.2 Quá trình thực nghiệm phương pháp sol–gel 39 2.4.3 Quá trình thực nghiệm phương pháp lắng đọng bể hóa học 41 2.5 Các phương pháp đo đạc tính chất vật liệu 42 2.5.1 Hệ đo nhiễu xạ tia X 42 2.5.2 Hệ đo phổ hấp thu tử ngoại – khả kiến 42 2.5.3 Kính hiển vi lực nguyên tử 43 2.5.4 Kính hiển vi điện tử quét 43 2.5.5 Hệ đo Stylus 43 2.5.6 Hệ đo độ phân hủy methylene blue 44 2.5.7 Hệ đo góc thấm ướt 44 2.5.8 Máy quang phổ quang điện tử tia X 45 2.6 Lý thuyết phiếm hàm mật độ 45 2.6.1 Bài toán hệ nhiều hạt 45 2.6.2 Gần Born – Oppenheimer 46 2.6.3 Lý thuyết phiếm hàm mật độ 47 2.6.3.1 Các định lý Hohenberg – Kohn 47 2.6.3.2 Phương trình Kohn – Sham 48 v 2.6.3.3 Gần gradient suy rộng 49 2.6.4 Phương pháp giả 50 2.6.5 Sóng phẳng 50 2.6.6 Lưới điểm 51 2.6.7 Thuật tốn trường tự hợp để giải phương trình Kohn – Sham 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 54 3.1 Chế tạo nghiên cứu màng TiO2 đồng pha tạp vanadium nitơ phương pháp đồng phún xạ magnetron DC nhằm tăng cường tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến 54 3.1.1 Chế tạo màng quang xúc tác TiO2 pha tạp vanadium phương pháp đồng phún xạ magnetron DC 55 3.1.2 Chế tạo màng quang xúc tác TiO2 đồng pha tạp vanadium nitơ phương pháp đồng phún xạ magnetron DC 60 3.1.2.1 Ảnh hưởng cơng suất bia Ti lên tính quang xúc tác vùng khả kiến màng TiO2 đồng pha tạp vanadium nitơ 60 3.1.2.2 Ảnh hưởng công suất bia V lên tính quang xúc tác vùng khả kiến màng TiO2 đồng pha tạp vanadium nitơ 65 3.2 Chế tạo nghiên cứu màng quang xúc tác TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp nitơ phương pháp sol–gel nhằm tăng cường tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến 72 3.2.1 Chế tạo màng TiO2 đơn pha tạp kim loại chuyển tiếp phương pháp sol–gel 72 3.2.1.1 Kết phép đo phổ hấp thu UV–Vis 73 3.2.1.2 Kết phép đo độ phân hủy MB 75 3.2.1.3 Kết phép đo nhiễu xạ tia X 78 3.2.1.4 Kết phép đo SEM 79 vi 3.2.1.5 Kết phép đo EDS 80 3.2.2 Chế tạo màng TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp nitơ phương pháp sol–gel 81 3.2.2.1 Kết phép đo phổ hấp thu UV–Vis 82 3.2.2.2 Kết phép đo độ phân hủy MB 83 3.2.2.3 Kết phép đo nhiễu xạ tia X 86 3.2.2.4 Kết phép đo SEM 88 3.2.2.5 Kết phép đo góc thấm ướt 89 3.2.2.6 Kết phép đo XPS 90 3.2.3 So sánh tính quang xúc tác vùng khả kiến màng TiO2 pha tạp chế tạo phương pháp sol–gel 93 3.2.4 So sánh tính quang xúc tác vùng khả kiến màng TiO2 đồng pha tạp vanadium, nitơ chế tạo phương pháp sol–gel phương pháp đồng phún xạ magnetron DC 96 3.2.5 Đề xuất chế giải thích tăng cường tính quang xúc tác vùng khả kiến màng TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, nitơ 97 3.3 Kết mô 102 3.3.1 Thiết lập hệ sở cho q trình tính tốn 102 3.3.2 Kết tính tốn 105 3.3.2.1 Cấu trúc tinh thể 105 3.3.2.2 Cấu trúc vùng lượng 106 3.4 Chế tạo nghiên cứu màng mỏng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 nhằm tăng cường tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến 111 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ lắng đọng MoS2 lên tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 113 3.4.1.1 Kết phép đo nhiễu xạ tia X 113 3.4.1.2 Kết phép đo độ phân hủy MB 115 vii 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian lắng đọng MoS2 lên tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 117 3.4.2.1 Kết phép đo độ phân hủy MB 117 3.4.2.2 Kết phép đo phổ hấp thu UV–Vis 120 3.4.2.3 Kết đo nhiễu xạ tia X 121 3.4.2.4 Kết phép đo XPS 122 3.4.2.5 Kết phép đo SEM 123 3.4.3 Đề xuất chế giải thích tăng cường tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 125 3.5 Chế tạo nghiên cứu màng mỏng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, nitơ nhằm tăng cường tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến phương pháp sol– gel kết hợp với phương pháp lắng đọng bể hóa học 128 3.5.1 Ảnh hưởng thời gian lắng đọng MoS2 lên tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp nitơ 128 3.5.1.1 Kết phép đo độ phân hủy MB 128 3.5.1.2 Kết phép đo phổ UV–Vis 133 3.5.1.3 Kết phép đo nhiễu xạ tia X 134 3.5.1.4 Kết phép đo phổ XPS 135 3.5.1.5 Kết phép đo SEM 140 3.5.2 Đề xuất chế giải thích tăng cường tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp nitơ 144 3.5.3 So sánh tính quang xúc tác TiO2 vùng khả kiến màng TiO2 pha tạp đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, N với màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, N tương ứng 147 viii Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương dynamics”, J Phys Chem., 84:13669—79 [34] K L Chopra et al (1982), “Chemical solution deposition of inorganic films”, Physics of Thin Films, vol 12, p 167–235 [35] Y Cong et al (2007), “Preparation photocatalytic activity and mechanism of nano–TiO2 co–doped with nitrogen and iron (III)”, J Phys Chem C [36] M Q Dai et al (2012), “Aqueous phase synthesis of widely tunable photoluminescence emission CdTe/CdS core/shell quantum dots under a totally ambient atmosphere”, J Mater Chem [37] L G Devi et al (2013), “A review on non metal ion doped titania for the photocatalytic degradation of organic pollutants under UV/solar light: role of photogenerated charge carrier dynamics in enhancing the activity”, Appl Catal B: Environmental, 140, 559–587 [38] C DiValentin et al (2007), “N–doped TiO2 : theory and experiment”, Chem Phys., 339, 44–56 [39] F Dong et al (2008), “Characterization and photocatalytic activities of C, N and S co-doped TiO2 with 1D nanostructure prepared by the nanoconfinement effect”, Nanotechnology, vol 19, pp 365–607 [40] M.V Dozzi (2010–2011), Improving the photocatalytic activity of TiO2 for environmental applications: Effects of doping and of surface modification, PhD thesis, University Degli Studi Di Milano [41] D Dvoranová et al (2002), “Investigations of metal – doped titanium dioxide photocatalysts”, Appl Catal B: Enviromental, 37, 91–105 [42] K Eufinger et al (2007), “Photocatalytic activity of DC magnetron sputter deposited amorphous TiO2 thin films”, Department of Solid State Sciences, Ghent University, Applied Surface Science [43] A Folli (2010), “TiO2 photocatalysism Portland ament systems: Fundamentals of self – deaning effect and air pollution mitigation”, Docor of Philosophy thesis, University of Milan, Italy [44] S N Frank et al (1977), “Heterogeneous photocatalytic oxidation of NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 159 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương cyanide ion in aqueous solutions at TiO2 powder”, J Phys Chem [45] X Fu et al (1996), “Applications in Photocatalytic Purification of Air, Semiconductor Nanoclusters–Physical, Chemical, and Catalytic Aspects”, Stud Surf Sci Catal., 103, 445–461 [46] A Fuerte et al (2001), “Visible light–activated nanosized doped–TiO2 photocatalysts”, Chem Commun (24):2718-2719 [47] A Fujishima et al (1972), “Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode”, Nature, vol 238, 37–38 [48] A Fujishima et al (2000), “Titanium dioxide photocatalysis”, J Photochem and Photobiol C, vol 1, 1–21 [49] A Fujishima et al (2007), “Heterogeneous photocatalysis: From water photolysis to applications in environmental cleanup”, Int J Hydrogen Energy [50] A Fujishima et al (2008), “TiO2 photocatalysis and related surface phenomena”, Surf Sci Rep., 63, 515–582 [51] X Gao et al (1999), “Structural characteristics and reactivity/reducibility properties of dispersed and bilayered V2 O5 /TiO2 /SiO2 catalyst”, J Phys Chem B., 103, 618–629 [52] L Ge et al (2007), “ Fabrication and characterization of TiO2 photocatalytic thin film prepared from peroxo titanic sol”, J Sol-Gel Sci Technol [53] J Graciani et al (2008), “N Doping of Rutile TiO2 (110) surface A Theoretical DFT Study”, J Phys Chem C, 112 (7), 2624–2631 [54] D E Gu et al (2008),“N co–doped nanocrystal anatase TiO2 photocatalysts with enhanced photocatalytic activity under visible light irradiation”, Catal Commun., 9, 1472 [55] I Hannus et al (2001), “UV–vis diffuse reflectance spectroscopic study of transition–metal (V, Ti) containing catalysts”, J Mol Struct [56] K S Harsha (2006), “Principles of Physical Vapor Deposition of Thin Films”, Elsevier Science, Oxford [57] D C Hennessy et al (2008), “Hydrophilicity transition of the clean rutile NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 160 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương TiO2 (110) surface”, Electrochim Acta, 53(21), 6173–6177 [58] W Ho et al (2004), “Preparation and photocatalytic behavior of MoS2 and WS2 nanocluster sensitized TiO2 ”, Langmuir, 20, 5865–5869 [59] M R Hoffmann et al (1995), “Environmental applications of semiconductor photocatalysis”, Chemical Reviews, vol 95, number 1, 69–96 [60] P Hohenberg and W Kohn (1964), “Inhomogeneous Electron Gas”, Phys Rev., 136 [61] X G Hou et al (2009), “First–principles calculations on implanted TiO2 by 3d transition metal ions”, Science in China Series G: Physics, Mechanics & Astronomy [62] Z Le et al (2014), “Study on sulfidation degree and morphology of MoS2 catalyst derived from various molybdate precursors”, China Petroleum Processing and Petrochemical Technology, Vol 16, No 2, pp 1-7 [63] C Y Hsiao et al (1983), “Heterogeneous photocatalysis-degradation of dilute–solutions of dichloromethane, chloroform, and carbontetrachloride with illuminated TiO2 photocatalyst”, J Catal., 2(82): 418-–423 [64] C T Hsieh et al (2009), “Adsorption and visible–light–derived photocatalytic kinetics of organic dye on Codoped titania nanotubes prepared by hydrothermal synthesis, Sep Purif Technol., 67:312–318 [65] K Hu et al (2010), “Synthesis of nano–MoS2 /TiO2 composite and its catalytic degradation effect on methyl orange”, J Mater Sci., 45, 2640–2648 [66] L Huang et al (2009), “Preparation and characterization of Cu2 O/TiO2 nano–nano heterostructure photocatalysts”, Catal Commun [67] P M Huang et al (2011), “Handbook of Soil Sciences: Properties and Processes, Second Edition”, CRC Press, Taylor & Fancis Group [68] T Ihara et al (2003), “Visible–light–active titanium oxide photocatalyst realized by an oxygen deficient structure and by nitrogen doping”, Appl Catal B [69] H Irie et al (2003), “Nitrogen concentration dependence on photocatalytic NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 161 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương activity of TiO2−x Nx powders”, J Phys Chem B [70] K B Jaimy et al (2011), “An aqueous sol–gel synthesis of chromium(III) doped mesoporous titanium dioxide for visible light photocatalysis”, Mater Res Bull [71] R Jaiswal et al (2012), “Improved visible light photocatalytic activity of TiO2 co–doped with V and N”, Appl Catal B: Environmental [72] F Jellinek et al (1960), “Molybdenum and niobium sulfides”, Nature (London), 185, 376–377 [73] J Jeona et al (2014), “Layer-controlled CVD growth of large-area two dimensional MoS2 films”, Electronic Supplementary Material for Nanoscale [74] V Jeyalakshmi et al (2012), “Titania based catalysts for photoreduction of carbon dioxide: Role of modifiers”, Indian J Chem [75] L Jiaa et al (2011), “Theoretical study on the electronic and optical properties of (N, Fe)–codoped anatase TiO2 photocatalyst”, Journal of Alloys and Compounds, 509, 6067–6071 [76] D Jing et al (2005), “Study on the synthesis of Ni doped mesoporous TiO2 and its photocatalytic activity for hydrogen evolution in aqueous methanol solution”, Chem Phys Lett., 415, 74–78 [77] X Jingjing et al (2010), “Photoelectrochemical property and photocatalytic activity of N–doped TiO2 nanotube arrays, Appl Surf Sci [78] S Kanda et al (2011), “Facile synthesis and catalytic activity of MoS2 /TiO2 by a photodeposition based technique and its oxidized derivative MoO3 /TiO2 with a unique photochromism”, J Colloid and Inter Sci [79] A Kassim et al (2011), “Preparation of thin films of copper sulfide by chemical bath deposition”, Int J of Pharmacy and Life Sciences [80] I Kaur et al (1980), “Growth Kinetics and Polymorphism of Chemically Deposited CdS Films“, J Electrochem Society [81] P J Kelly et al (2000), “Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications”, Vacuum, 56, pp 159–172 NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 162 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương [82] M Khan et al (2013), “Cationic (V, Y)–codoped TiO2 with enhanced visible light induced photocatalytic activity: A combined experimental and theoretical study”, J Appl Phys., 114, 183514 [83] R Khan et al (2008), “Comparative study of the photocatalytic performance of boron–iron Co–doped and boron–doped TiO2 nanoparticles”, Mater Chem & Phys., 112 (1): 167–172 [84] S U M Khan et al (2002), “Efficient Photochemical Water Splitting by a Chemically Modified n–TiO2”, Science, 297, 2243–2245 [85] C Kittel (1996), Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, eighth edition [86] P W Koh et al (2014), “Effect of Transition Metal Oxide Doping (Cr, Co, V) in the Photocatalytic Activity of TiO2 for Congo Red Degradation under Visible Light”, J Teknologi Sci & Engineering, 69:5, 45–50 [87] W Kohn and L J Sham (1965), “Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects”, Phys Rev., 140 [88] E Kowalska et al (2010), “Visible–light–induced photocatalysis through surface plasmon excitation of gold on surfaces”, Phys Chem Chem Phys [89] N Kryukovaa et al (2003), “Structural study of titanium–doped vanadia and vanadium-doped titania catalysts”, React Kinet Catal Lett, vol 80 [90] A Kubacka et al (2010), “M F N– and/or W–(co)doped TiO2 –anatase catalysts: effect of the calcination treatment on photoactivity”, Appl Catal B, 95, 238–244 [91] M Kurtoglu (2011), Effect of doping on the photocalytic, electronic and mechanical properties of sol–gel titanium dioxide films, A Thesis Submitted to the Faculty, Drexel University [92] V N Kuznetsov et al (2006), “Visible Light Absorption by Various Titanium Dioxide Specimens”, J Phys Chem B, 110, 25203–25209 [93] M Lakshmi (2001), “Studies on Chemical Bath Deposited semiconducting copper Selenide and Iron Sulfide thin films useful for photovoltaic applicaNCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 163 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương tion“, PhD thesis, Cochin University of Science and Technology [94] M Landmann et al (2012), “The electronic structure and optical responsc of rutile, anatase and brookite TiO2 ”, J Phys: Condens Matter [95] Y.-J Lee et al., “Low-temperature solution processed molybdenum oxide nanoparticle hole transport layers for organic photovoltaic devices”, Advanced Energy Materials, In press [96] D.Y.C Leung et al (2010), “Hydrogen Production over Titania–Based Photocatalysts”, Chem Sus Chem., 2010, 3, 681 — 694 [97] N Li et al (2012), “Preparation of porous MoS2 via a sol–gel route using (NH4 )2 Mo3 S13 as precursor”, Mater Lett [98] M A Lieberman et al (2005), “Principles of plasma discharges and materials processing 2nd ”, John Wiley & Sons, New Jersey [99] C Liu et al (2015), “Vertical single or few–layer MoS2 nanosheets rooting into TiO2 nanofibers for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution”, Appl Catal B 164, 1–9 [100] G Liu et al (2008), “Synergistic effects of B/N doping on the visible-light photocatalytic activity of mesoporous TiO2 ”, Angew Chem Int Ed [101] J Liu et al (2008), “TiO2 nanotubes supported V2 O5 for the selective oxidation of methanol to dimethoxymethane”, Microporous and Mesoporous Materials, 116, 614-–621 [102] Y Liu et al (2013), “Green Synthesis of Feather-Shaped MoS2 /CdS Photocatalyst for Effective Hydrogen Production”, Inter J Photoenergy [103] C D Lokhande et al (1998), “Process and characterisation of chemical bath deposited manganese sulphide (MnS) thin films”, Thin Solid Films [104] R Long et al (2009), “First–principles calculation of nitrogen–tungsten codoping effects on band-structure of anatase–titania”, Appl Phys Lett [105] R Long et al (2010), “Synergistic Effects on Band Gap–Narrowing in Titania by Codoping from First-Principles Calculations”, Chem Mater [106] R Long et al (2010), “Tailoring the electronic structure of TiO2 by cation NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 164 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương codoping from hybrid density functional theory calculations”, Phys Rev B., 83, 155209 [107] T Lopez et al (2001), “Photodecomposition of 2,4–dinitroaniline on Li/TiO2 and Rb/TiO2 nanocrystallite sol-–gel derived catalysts”, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 167(1–2):101–107 [108] M Lukesova (2009), Preparation of structured thin layers of titanium dioxide, Bachelor’s thesis, Faculty of Chemistry, BRNO Uni of Technology [109] M A Mamun et al (2014), “Directly hydrothermal growth of ultrathin MoS2 nanostructured films as high performance counter electrodes for dye – sensitised solar cells”, Royal Society of Chemistry, 4, 21277 – 21283 [110] F Mange et al (1993), “Effects of sodium and calciumions on the aggregation of titanium dioxide, at high pH, in aqueous dispersions”, Journal of Colloid Interface Science, 159:58–67 [111] H P Maruska et al (1978), “Photocatalytic decomposition of water at semiconductor electrodes”, Solar Energy, Vol 20 pp.443–458 [112] C Martin et al (1992), “Structural and surface characterisation of the polycrystalline system Crx Oy TiO2 employed for photoreduction of dinitrogen and photodegradation of phenol”, J Catal., 134, 434–444 [113] P M Martin (2009), Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings 3rd , Elsevier, William Andrew, Oxford [114] A Mattsson et al (2010), “Adsorption and Photoinduced Decomposition of Acetone and Acetic Acid on Anatase, Brookite, and Rutile TiO2 Nanoparticles”, J Phys Chem C, 114(33), 14121–14132 [115] S Y Mendiola–Alvarez et al (2017), “Synthesis of Cr3+ –doped TiO2 nanoparticles: characterization and evaluation of their visible photocatalytic performance and stability”, Environmental Technology, DOI: 10.1080/09593330.2017.1380715 [116] Q Meng et al (2013), “Understanding electronic and optical properties of anatase TiO2 photocatalysts co-doped with nitrogen and transition metals”, NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 165 MSNCS: 1132001 GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương Luận án Tiến sĩ Vật lý Phys Chem Chem Phys, 15(24): 9549–9561 [117] A Mills et al (1997), “An overview of semiconductor photocatalysis”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 108:1–35 [118] Y Mingxiao et al (2015), “Recent Advancement on the Optical Properties of Two–Dimensional Molybdenum Disulfide (MoS2 ) Thin Films”, Photonics [119] H J Monkhorst et al (1976), “Special points for Brillouin–zone integrations”, Physical Review B, vol 13, no 12, 5188–5192 [120] T Morikawa et al (2001), “Band–gap narrowing of titanium dioxide by nitrogen doping”, Japan J Appl Phys., 40, L561–L563 [121] D Morris et al (1997), “Nature of band–gap states in V–doped TiO2 revealed by resonant photoemission”, Phys Rev B [122] M Movahedi et al (2015), “Synthesis of ZnO/Bi2 O3 and SnO2 /Bi2 O3 /Bi2 O4 mixed oxides and their photocatalytic activity”, Iranian Chem Commun., vol 3, pp 374-387 [123] W Mu et al (1989), “Room Temperature Photocatalytic Oxidation of Liquid Cyclohexane into Cyclohexone over Neat and Modified TiO2 ”, Catal Lett., (1), 73 – 84 [124] K Nagaveni et al (2004), “Structure and Photocatalytic Activity of Ti1−x Mx O2±σ (M = W, V, Ce, Zr, Fe, and Cu) Synthesized by Solution Combustion Method”, J Phys Chem B., 108(52), 20204–20212 [125] P K Nair et al (1991), “Photoaccelerated chemical deposition of PbS thin films: novel applications in decorative coatings and imaging techniques”, J Phys D, 24, 1466 [126] R Nakamura et al (2004), “Mechanism for Visible Light Responses in Anodic Photocurrents at N–Doped TiO2 Film Electrodes”, J Phys Chem B, 108(30):10617–10620 [127] P K Nair et al (1999),“High thin–film yield achieved at small substrate separation in chemical bath deposition of semiconductor thin films”, J Crystal Growth, 206, 68 NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 166 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương [128] R A Neville et al (1976), “The Band Edge Excitons in 2H–MoS2 ”, Phys Status Solidi (b), 73, 597–606 [129] M T Nguyen et al (2012), “The Visible Light Activity of the TiO2 and TiO2 :V4+ Photocatalyst”, Nanomaterials and Nanotechnology [130] N T Nolan (2010), Solgel synthesis and characterisation of novel metal oxide nanamaterials for photocatalytic applications, PhD thesis, Dublin Institude of Technology [131] H Obaid et al (2012), “Characterization of nanocrystalline PbS thin films prepared using microwave-assisted chemical bath deposition”, Materials Science in Semiconductor Processing, 15(5) [132] J P Perdew et al (1996), “Generalized Gradient Approximation Made Simple”, Phys Rev Lett., 77, 3865—3868 [133] P A K Reddy et al (2010), “Photocatalytic degradation of isoproturon pesticide on C, N and S Doped TiO2 ”, J Water Resource and Protection [134] Ch V Reddy et al (2016), “Synthesis and characterization of CdS nanoparticles using a chemical precipitation method”, Advanced Materials, Mechanical and Structural Engineering, Taylor & Francis Group, London [135] J A Rengifo–Herrera et al (2010), “Photocatalytic activity of N, S co– doped and N doped commercial anatase TiO2 powders towards phenol oxidation and E coli inactivation under solar light irradiation”, Solar Energy [136] S Sajjad (2011), Synthesis, Characterization and Applications of Nanomaterials in the Field of photocatalysis, Doctoral thesis, East china university of Science and Technology [137] S Sato (1986), “Photocatalytic activity of NOx –doped TiO2 in the visible light region”, Chem Phys Lett., 123, 126–128 [138] N Seifvand et al (2017), “TiO2 /in-situ reduced GO/functionalized with an IL-Cr complex as a ternary photocatalyst composite for efficient carbon monoxide deterioration from air”, Applied Catalysis B: Environmental [139] N Serpone (2006), “Is the Band Gap of Pristine TiO2 Narrowed by Anion– NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 167 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương and Cation–Doping of Titanium Dioxide in Second–Generation Photocatalysts?”, J Phys Chem B., 110(48), 24287–24293 [140] R D Shannon (1976), “Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides”, Acta Cryst [141] Y Shao (2004), “Lattice deformation and phase transformation from nanoscale anatase to nano scale rutile TiO2 prepared by a solgel technique”, China Particuology, 2(3):119–123 [142] Y Shen et al (2009), “Phosphorous, nitrogen, and molybdenum ternary co–doped TiO2 : preparation and photocatalytic activities under visible light”, J Sol-Gel Sci Technol., 50(1):98–102 [143] G Silversmit et al (2004), “Determination of the V–2p XPS binding energies for different vanadium oxidation states (V5+ to V0+ )”, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 135, 167–175 [144] A Splendiani et al (2010), “Emerging photoluminescence in monolayer MoS2 ”, Nano Lett, 10(4), 1271–1275 [145] L S Steven (2013), New and Future Developments in Catalysis: Catalysis by Nanoparticles, Elsevier [146] V Subramanian et al (2004), “Catalysis with TiO2 /gold nanocomposites Effect of metal particle size on the Fermi level equilibration”, J Am Chem Soc., 126(15), 4943–4950 [147] L Sun et al (2009), “An electrochemical strategy of doping Fe3+ into TiO2 nanotube array films for enhancement in photocatalytic activity”, Solar Energy Mater Solar Cells, 93(10):1875–1880 [148] A Suresh et al (2014), “Electronic gap reduction in co–doped (Cu-N) anatase TiO2 : A DFT study”, Inter J Chem Tech Research [149] I Tacchini et al (2011), “Preparation of a TiO2 –MoS2 nanoparticle–based composite by solvothermal method with enhanced photoactivity for the degradation of organic molecules in water under UV”, Mic & Nano Lett [150] H Tada et al (2009), “Rational design and applications of highly effiNCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 168 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương cient reaction systems photocatalyzed by noble metal nanoparticle–loaded titanium(IV) dioxide”, Chem Soc Rev [151] M Takeuchi et al (2005), “Mechanism of photoinduced superhydrophilicity on the TiO2 photocatalyst surface”, J Phys Chem B [152] J Tang et al (2004), “Photocatalytic decomposition of organic contaminants by Bi2 WO6 under visible light irradiation”, Catal Lett [153] J Tao et al (2015), “Effect of interfacial coupling on photocatalytic performance of large scale MoS2 /TiO2 hetero–thin films”, Appl Phys Lett., 106, 081602 [154] C M Teh et al (2011), “Roles of titanium dioxide and iondoped titanium dioxide on photocatalytic degradation of organic pollutants in aqueous solutions: a review”, J Alloys Comp., 509, 1648–1660 [155] T L Thompson et al (2006), “Surface science studies of the photoactivation of TiO2 –new photochemical processes”, Chem Rev [156] B Tian et al., “Flame sprayed V–doped TiO2 nanoparticles with enhanced photocatalytic activity under visible light irradiation”, Chem Eng J [157] W C Topp and J J Hopfield (1973), “Chemically Motivated Pseudopotential for Sodium”, Phys Rev B, [158] S Tosoni et al (2012), “Electronic Structure of F–Doped Bulk Rutile, Anatase, and Brookite Polymorphs of TiO2 ”, J Phys Chem C [159] J Trimboli et al., (2006), “Interaction of Water with Titania: Implications for High–Temperature Gas Sensing”, J Phys Chem B, 110(11), 5647-5654 [160] D Tsukamoto et al (2011), “Selective photocatalytic oxidation of alcohols to aldehydes in water by TiO2 partially coated with WO3 ”, Chem Eur J [161] T Umebayashi et al (2002), “Analysis of electronic structures of 3d transition metal–doped TiO2 based on band calculations”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 63:1909–1920 [162] C D Valentin et al (2007), “N–doped TiO2 : theory and experiment”, Chem Phys., 339(1), 44–56 NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 169 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương [163] B Viswanathan et al (2012), “Nitrogen Incorporation in TiO2 : Does It Make a Visible Light Photo–Active Material?”, International Journal of Photoenergy, Vol 2012, Article ID 269654, 10 pages [164] A T Vu et al (2010), “Synthesis and characterization of TiO2 photocatalyst doped by transition metal ions (Fe3+ , Cr3+ and V5+ )”, Advances in natural sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 1(1), 015009 (4pp) [165] Q Xiang et al (2012),“Synergetic effect of MoS2 and graphene as cocatalysts for enhanced photocatalytic H2 production activity of TiO2 nanoparticles”, J Am Chem Soc., 134 (15), pp 6575–6578 [166] J Xu et al (2008), “Synthesis of fluorine–doped titania–coated activated carbon under low temperature with high photocatalytic activity under visible light”, J Phys Chem Solids, 69(1), 2366–2370 [167] C Wang et al (2017), “Controlled formation of TiO2 /MoS2 core – shell heterostructures with enhanced visible – light photocatalytic activities”, Part Part Syst Charact., 33, 221 – 227 [168] C Wang et al (2007), “PbSe Nanocrystal/TiOx Heterostructured Films: A Simple Route to Nanoscale Heterointerfaces and Photocatalysis”, J Phys Chem C [169] L Wang et al (2012), “The Effect of Transition Metal on the Optical Properties and Photoactivity of Nano–particulate Titanium Dioxide”, J Mater Sci Research, Vol 1, No [170] R Wang et al (1997), “Light-induced amphiphilic surfaces”, Nature [171] Y Wang et al (2014), Nanoscale Research Letters, “First–principles study on transition metal–doped anatase TiO2 ”, 9:46 [172] Z Wang et al (1999), “Geometrical aspects of a hollow cathode planar magnetron”, Phys Plasmas 6, pp.1655 – 1666 [173] Z M Wang (2014), MoS2 : Materials, Physics and Devices, Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology 21 [174] C Wang et al (2010), “Visible Light Photoreduction of CO2 Using NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 170 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương CdSe/Pt/TiO2 Heterostructured Catalysts”, J Phys Chem Lett [175] G S Wong et al (2003), “Reactivity of monolayer V2 O5 films on TiO2 (110) produced via the oxidation of vapor-deposited vanadium”, Surf Sci., 526 [176] H C Wu et al (2012), “Effects of nitrogen concentration on N–doped anatase TiO2 : Density functional theory and Hubbard U analysis”, J Alloys Compd., 522, 46–50 [177] C Y Wu et al (2017), “Markedly Enhanced Surface Hydroxyl Groups of TiO2 Nanoparticles with Superior Water-Dispersibility for Photocatalysis”, Materials, 10, 566 [178] H Yamashita et al (2002), “Degradation of propanol diluted in water under visible light irradiation using metal ion–implanted titanium dioxide photocatalysts”, J Photochem Photobiol A, 148(1), 257–261 [179] G Yan et al (2011), “Photoelectrochemical and photocatalytic properties of N and S co-doped TiO2 nanotube array films under visible light irradiation”, Mater chem and phys., vol 129, Issues 1–2, 553–557 [180] Y Yang et al (2011), “Photocatalytic mechanisms of modified titania under visible light”, Res Chem Intermed, 37, 91–102 [181] X Yao et al (2011), “Band structure and photocatalytic properties of N/Zr co–doped anatase TiO2 from first-principles”, J Mol Catal A: Chem [182] W J Yin, H Tang, S H Wei, M M A Jassim, J Turner and Y Yan (2010), “Band structure engineering of semiconductors for enhanced photoelectrochemical water splitting: the case of TiO2 ”, Physical Review B, 82(4), 045106 [183] J G Yu et al (2002), “Effects of calcination temperature on the photocatalytic activity and photoinduced super–hydrophilicity of mesoporous TiO2 thin film”, New J Chem., 26:607–613 [184] S Yu et al (2015), “FeOx –VOx –WOx –MnOx –CeOx /TiO2 as a catalyst for selective catalytic reduction of NOx with NH3 and the role of iron”, Indian J Chem NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 171 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương [185] A Zaleska (2008), “Doped–TiO2 : A Review”, Rec Patents on Engineering [186] G Zhang et al (2014), “Visible light-sensitized S, N and C co-doped polymorphic TiO2 for photocatalytic destruction of microcystin-LR”, Appl Catal.s B: Environmental [187] J Zhang et al (2010), “Development of Modified N Doped TiO2 Photocatalyst with Metals, Nonmetals and Metal Oxides”, Energy Environ Sci [188] M Zhang et al (2014), “Enhancement of visible–light–induced photocurrent and photocatalytic activity of V and N codoped TiO2 nanotube array films”, J Electrochem Soc., Vol 161, 6, H416–H421 [189] P Zhang et al (2015), “Efficient charge separation on 3D architectures of TiO2 mesocrystals packed with chemically exfoliated MoS2 shell in synergetic hydrogen evolution”, Journal Name, 51(33), 7187–7190 [190] W Zhang et al (2015), “Fabrication of TiO2 /MoS2 @zeolite photocatalyst and its photocatalytic activity for degradation of methyl orange under visible light”, Appl Surf Sci., 358, 468–478 [191] X D Zhang et al (2008), “Electronic and optical properties of Ti1−x Cdx O2 : A first–principles prediction”, Appl Phys Lett., 93, 012103 [192] Z Zhang et al (2010), “Electrospun nanofibers of V–doped TiO2 with high photocatalytic activity”, J colloid and interface science [193] D Zhao et al (2008), “Enhanced photocatalytic degradation of dye pollutants under visible irradiation on Al(III)-modified TiO2 : Structure, interaction, and interfacial electron transfer”, Environ Sci Technol., 42(1):308-14 [194] Z Zhao et al (2008), “Designed highly effective photocatalyst of anatase TiO2 codoped with Nitrogen and Vanadium under visible–light irradiation using first–principles”, Catal Lett., 124:111–117 [195] W Zheng et al (2016), “Patterned Growth of p-Type MoS2 Atomic Layers Using Sol–Gel as Precursor”, Advance Functional Materials [196] W Zhou et al (2013), “Synthesis of few-layer MoS2 nanosheet-coated TiO2 nanobelt heterostructures for enhanced photocatalytic activities”, Small NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 172 MSNCS: 1132001 Luận án Tiến sĩ Vật lý GVHD: TS Lê Vũ Tuấn Hùng, PGS TS Dương Ái Phương [197] X Zhou et al (2017), "Thin MoS2 on TiO2 nanotube layers: An efficient co-catalyst/harvesting system for photocatalytic H2 evolution", Electrochemistry Communications, vol 73, pp 33-37 [198] J Zhu et al (2006), “Hydrothermal Doping Method for Preparation of Cr3+ –TiO2 Photo–Catalysts with Concentration Gradient Distribution of Cr3+ ”, Appl Catal., B, 62(1), 329–335 [199] W Zhu et al (2009), “Band Gap Narrowing of Titanium Oxide Semiconductors by Noncompensated Anion–Cation Codoping for Enhanced Visable–Light Photoactivity”, Phys Rev Lett., 103, 226401 NCS: Phùng Nguyễn Thái Hằng Trang 173 MSNCS: 1132001 ... NGUYỄN THÁI HẰNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MÀNG QUANG XÚC TÁC TiO2 HOẠT ĐỘNG TRONG VÙNG KHẢ KIẾN BẰNG CÁCH ĐỒNG PHA TẠP NITƠ, KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỊ THỂ Ngành: Quang học Mã số... tác TiO2 vùng khả kiến màng TiO2 pha tạp đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, N với màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp, N tương ứng... xuất chế giải thích tăng cường tính quang xúc tác vùng khả kiến màng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 125 3.5 Chế tạo nghiên cứu màng mỏng cấu trúc dị thể MoS2 /TiO2 đồng pha tạp kim loại chuyển tiếp,