Trước khi kết hợp TiO2 với CuBTC, tôi quan tâm đến hoạt tính quang xúc tác của CuBTC. Vì như đã nói ở phần trên đây là vật khung có diện tích bề mặt riêng tương đối lớn, thể tích lỗ trống cao cùng với độ hấp thụ rất lớn (đã được chứng minh trong rất nhiều tài liệu đã công bố) do vậy có thể nói tính chất hấp thụ sẽ lấn át tính chất quang xúc tác của vật liệu. Tuy nhiên, qua nhiều thí nghiệm, tôi thấy rằng, trong điều kiện môi trường bình thường, khi cho CuBTC vào trong xanh methylen thì vật liệu này không có khả năng hấp thụ do trong các lỗ trống của vật liệu chứa đầy các phân tử dung môi và hơi nước do hấp phụ trong môi trường. Nhưng khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 100 thì nó lại hấp phụ rất nhanh xanh methylen. Do vậy, tôi sử dụng CuBTC ở nhiệt độ thường để đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu này. Trên hình 3.16 là phổ hấp thụ của xanh methylen sau khi tiến hành quang xúc tác với CuBTC, rõ ràng sau một khoảng thời gian tương đối dài (75 phút), đỉnh hấp thụ của xanh methylen giảm ít, không đáng kể, nên tính chất quang xúc tác của vật liệu này là rất thấp.
Thông thường, các nhà nghiên cứu thường doping các chất khác vào TiO2 để làm giảm độ rộng vùng cấm và làm tăng hiệu suất quang xúc tác của nó. Tuy nhiên, trong luận văn này, thay vì doping CuBTC vào bên trong cấu trúc của TiO2 chúng tôi sử dụng CuBTC làm khuôn (nền) để cho TiO2 phát triển bên trong khung. Kết
60
quả đạt được là khá tốt, hoạt tính quang xúc tác tăng rất nhiều so với khung nền ban đầu.
Hình 3.16: Phổ hấp thụ của xanh methylen sau khi thƣc hiện phản ứng quang xúc tác
61
Từ hình 3.16 và 3.17, ta thấy rõ rằng, trong khoảng thời gian ngắn 30 phút, nhìn chung trong 3 mẫu CuBTC@TiO2 ở các nhiệt độ khác nhau thì tỉ lệ chất màu xanh methylen bị phân hủy trên 75%. Đặc biệt, chỉ trong 1 phút tốc độ chất màu bị phân hủy tương đối nhiều với 30%, 36.72% và 46.52% tương ứng với CuBTC@TiO2-90, 140 và 110. Tuy nhiên, trong các phút tiếp theo thì tốc độ phân hủy này giảm đáng kể so với các phút đầu. Điều này thể hiện qua sự giảm cường độ đỉnh hấp thụ của xanh methylen ở các thời gian khác nhau. Do đó mà tỉ lệ phân hủy này không đồng đều ở các thời gian chiếu sáng khác nhau. Sự giảm tốc độ phân hủy này do sự hao hụt lượng chất quang xúc tác trong quá trình chiếu sáng khi tiến hành lấy dịch sau mỗi chu kỳ thời gian nhất định. Sau 30 phút chiếu sáng đối với hai mẫu CuBTC@TiO2-90 và 110 ta không thấy rõ đỉnh hấp thụ ở vị trí khoảng 612 nm của xanh methylen mà chỉ còn đỉnh hấp thụ ở 665 nm và đỉnh này dường như trải rộng ra. Đối với mẫu còn lại ta vẫn quan sát được đỉnh ở vị trí 612 nm này. Tốc độ phân hủy của các mẫu này có dạng là hypecbon, trong đó, CuBTC@TiO2-110 có độ dốc lớn hai hai mẫu còn lại đồng thời khả năng phân hủy của nó cũng lớn hơn (hình 3.17). Cũng có dạng đường cong phân hủy giống như CuBTC@TiO2-110 nhưng khả năng phân hủy của CuBTC@TiO2-140 lại thấp hơn đáng kể. Trong khi đó, có một điểm dị thường đối với đường cong của CuBTC@TiO2-90, trong khoảng thời gian 6 phút đầu tiên tốc độ phân hủy có dạng đường cong hypecbon nhưng trong khoảng thời gian còn lại nó đi theo một đường thẳng. Quan sát phổ hấp thụ của mẫu này ta thấy rõ được sự khác biệt so với các mẫu khác, đó là, đỉnh hấp thụ sau 30 phút giảm đáng kể so với 10 phút, giảm đi 21.85 %, trong khi đó chỉ có 7.07% đối với mẫu ở 110 và 5.54% đối với mẫu ở 140 . Qua phân tích, mẫu CuBTC@TiO2-110 có hiệu suất quang xúc tác cao hơn so với hai mẫu còn lại. Điều này có thể được giải thích là do mức độ đồng đều về hình thành và phân tán trong khung của các nano TiO2: tại nhiệt độ 110°C cấu trúc các hạt nano TiO2 là tương đối hoàn hảo hơn so với ở nhiệt độ 90°C, đồng thời cấu trúc tinh thể của vật liệu nền MOF ở nhiệt độ này vẫn giữ được độ trật tự nhất định tốt hơn so với tổng hợp ở nhiệt độ cao 140°C, ở đó đã xảy ra sự phá vỡ cấu trúc MOF.
62