Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Hình 3.4 là ảnh hiển vi điện tử của các sản phẩm bột TiO2 (nhiệt độ
thủy nhiệt 1400C, mơi trường NaOH 10M) được sấy ở 700C, nung ở các nhiệt
độ 4500C, 6000C và 8000C trong 1 giờ. Kí hiệu mẫu tương ứng là T-70, T-450,
Hình 3.4. Ảnh SEM, TEM của mẫu thủy nhiệt T-10M được sấy và nung ở các nhiệt độ khác nhau
Kết quả cho thấy sản phẩm sau khi sấy ở nhiệt độ 70oC cĩ dạng ống
nano đường kính cỡ 10 nm, chiều dài ống cỡ 500 nm. Hình dạng ống này vẫn
tồn tại khi nung ở nhiệt độ 4500C. Khi nhiệt độ nung là 6000C đã thấy cĩ sự
xuất hiện dạng que nano, và ở 8000C tồn bộ đều chuyển về dạng đốt nano.
Như vậy, hình dạng ống của bột TiO2 chỉ tồn tại ở nhiệt độ trong
khoảng 4500C, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ cao hơn cấu trúc ống bị phá hủy.
Điều này cĩ thể được giải thích rằng, trong quá trình nung ở nhiệt độ cao các
ống bị gãy và sự co lại của các vách đã tạo nên các que nanơ TiO2 [21]. Nhiệt
độ nung cĩ ảnh hưởng đến hình thái và cấu trúc của vật liệu. Khi đánh giá hoạt tính quang xúc tác, cũng như khả năng ứng dụng vật liệu vào thực tiễn cần phải lựa chọn nhiệt độ nung thích hợp và tối ưu nhất.
b c c d T-70 T-450 T-600 T-800
Cơ chế quá trình hình thành các ống nano TiO2 anatase cĩ cấu trúc ống bằng phương pháp thủy nhiệt trong mơi trường kiềm được nhiều tác giả đề
nghị. A.Grimes và các cộng sự [9] đã cơng bố điều chế sợi TiO2 bằng phương
pháp thủy nhiệt trong mơi trường kiềm đậm đặc và đưa ra cơ chế hình thành
cấu trúc ống nanơ TiO2 như Hình 3.5.
Theo Grimes, các ống này hình thành trước hết là do sự phân cắt các liên kết Ti-O-Ti giữa các khối bát diện bằng NaOH hình thành nên các liên kết mới Ti-O-Na và Ti-OH, sau đĩ các bát diện này tự sắp xếp và liên kết lại với nhau để bảo hồ các liên kết dư bị đứt ra. Khi phát triển theo hướng [100] tạo ra cấu trúc dây zic-zắc, khi phát triển theo hướng [001] tạo ra các tấm mỏng. Để đảm bảo các liên kết và giảm diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích và cĩ lợi về mặt năng lượng, các tấm mỏng cĩ khuynh hướng cuốn lại, tạo ra ống
Hình 3.5. Cơ chế hình thành ống nanơ TiO2.
Theo Kasuga và cộng sự [4] các ống nano thu được sau khi rửa sản
phẩm thủy nhiệt bằng axit HCl lỗng và nước cất. Khi bột TiO2 phản ứng với
dung dịch NaOH, các liên kết Ti-O-Ti bị phá vỡ hình thành các liên kết Ti-O- Na, Ti-OH, các liên kết Ti-O-Na, Ti-OH phản ứng với dung dịch HCl và nước cất sẽ hình thành các liên kết Ti-O-Ti mới. Liên kết Ti-OH cĩ thể hình thành nên dạng tấm đơn. Các liên kết Ti-O-Ti hoặc các liên kết Ti-O...H-O-Ti được sinh ra nhờ quá trình dehidrat các liên kết Ti-OH trong dung dịch HCl. Khoảng cách từ nguyên tử Ti này đến nguyên tử Ti khác trên bề mặt nguyên tử giảm, kết quả các tấm cuộn lại và hình thành cấu trúc ống. Trong cơ chế
này, ống nano TiO2 hình thành ở giai đoạn rửa axit và nước cất. Tuy vậy, Du
và cộng sự [4] lại cho rằng các ống nano TiO2 hình thành trong giai đoạn đầu,
tức là giai đoạn xử lý bột trong mơi trường kiềm.
3.2. Các kết quả đặc trưng vật liệu khác3.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD)