Nhƣ chúng ta biết TiO2 có năng lƣợng vùng cấm khá cao 3,25 eV, do đó đặc tính quang xúc tác của nó chủ yếu thể hiện trong vùng tử ngoại UV. Việc pha tạp Fe, N, S vào nhằm mục đích hạ thấp năng lƣợng vùng cấm, kéo dài sự hấp thụ ánh sáng của TiO2 về vùng VIS, kết quả chúng tôi thu đƣợc nhƣ sau:
45
Hình 3.2 . a) Phổ UV-VIS của TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo tỷ lệ số mol S : Ti khác nhau
b) Năng lượng vùng cấm TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các tỷ lệ số mol S :Ti khác nhau
Hình 3.3. a) Phổ UV-VIS của TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các nhiệt độ khác nhau
b) Năng lượng vùng cấm TiO2 và TiO2 pha tạp Fe, N, S theo các nhiệt độ khác nhau
Do TiO2 có năng lƣợng vùng cấm khá cao 3.25 eV, vì vậy, đặc tính quang xúc tác của nó chủ yếu thể hiện trong vùng tử ngoại UV. Việc pha tạp Fe, N, S vào nhằm mục đích hạ thấp năng lƣợng vùng cấm, chuyển dịch sự hấp thụ ánh sáng của TiO2 về vùng VIS, kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.3 .
Bảng 3.3. Bước sóng hấp thụ cực đại và năng lượng Ebg của TiO2, TiO2 pha tạp Fe, N, S
Mẫu λmax (nm) Ebg (eV)
TiO2-450 410 3.02
TiO2-FeNS-450-(1,75%) 512 2.42
TiO2-FeNS-450-(2%) 566 2.19
TiO2-FeNS-450-(2,25%) 555 2.28
Từ kết quả bảng 3.3 cho thấy việc pha tạp Fe, N, S vào TiO2 đã làm giảm mạnh năng lƣợng vùng cấm của TiO2 (từ 3.02eV về 2.19eV), năng lƣợng vùng cấm
46
giảm nhanh khi tỷ lệ S : Ti càng lớn , đồng nghĩa với việc vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng có bƣớc sóng dài hơn, cụ thể là ở vùng khả kiến.
Kết hợp với các kết quả ở Bảng 3.1 và 3.3, chúng tôi chọn mẫu vật liệu TiO2- FeNS-450-(2%) để khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung 3500C, 4500C, 5500C đến tính chất của vật liệu.
Kết quả ở Hình 3.3 và Bảng 3.4 cho thấy nhiệt độ nung cũng làm thay đổi năng lƣợng vùng cấm một cách rõ rệt . Giá trị Ebg thấp nhất đạt đƣợc khi nung vật liệu ở 4500C, do đó chúng tôi chọn nhiệt độ nung vật liệu tối ƣu là 4500C. Năng lƣợng vùng cấm giảm mạnh nhất thể hiện ở mẫu TiO2-FeNS-450-(2%), do đó có thể dự đoán vật liệu TiO2-FeNS-450-(2%) sẽ có hoạt tính xúc tác tốt nhất.
Bảng 3.4. Bước sóng hấp thụ cực đại và năng lượng Ebg của TiO2, TiO2 pha tạp Fe, N, S theo nhiệt độ
Mẫu λmax ( nm) Ebg (eV)
TiO2-450 410 3.02
TiO2-FeNS-350-(2%) 558 2.22 TiO2-FeNS-450-(2%) 566 2.19 TiO2-FeNS-550-(2%) 531 2.34