Sự tái tổ hợp của cặp điện tử và lỗ trống ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính xúc tác quang của vật liệu. Quá trình tái tổ hợp của cặp e-/h sẽ giải phóng ra năng lượng dưới dạng phát quang, cường độ phát quang càng mạnh thì cặp e-/h tái tổ hợp càng nhanh. Phổ huỳnh quang của các vật liệu TiO2, Cu0.5Mg0.5Fe2O4 và Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 được thể hiện ở Hình 3.20.
Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 đều xuất hiện một đỉnh phát xạ cực đại ở bước sóng 514 nm, cường độ phát quang của vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 thấp hơn nhiều cường độ phát quang của vật liệu TiO2 và Cu0.5Mg0.5Fe2O4. Điều này cho thấy rằng, sau khi pha tạp TiO2 với Cu0.5Mg0.5Fe2O4 đã làm giảm đáng kể sự tái tổ hợp của cặp điện tử và lỗ trống [21].
Hình 3.20. Phổ huỳnh quang của TiO2, Cu0.5Mg0.5Fe2O4 và Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2.
Sự kết hợp giữa hai chất bán dẫn có cấu trúc vùng cấm khác nhau sẽ dẫn đến một cấu trúc điện tử mới nhờ sự hình thành giao diện phân cách pha. Khi được kích thích bởi năng lượng tương đương hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm sẽ hình thành cặp e-/h+ dịch chuyển qua bề mặt phân cách pha làm tăng cường sự phân tách điện tử, làm chậm sự tái tổ hợp của cặp e-
/h+, do đó làm giảm cường độ phát quang của Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 so với Cu0.5Mg0.5Fe2O4 và TiO2. Vì vậy, vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 sẽ có hoạt tính xúc tác quang, có độ bền hơn so với vật liệu TiO2. Điều này tương tự như trong báo cáo của Kim và cộng sự khi so sánh cường độ phổ quang phát quang của vật liệu NiFe2O4/TiO2 với NiFe2O4 và TiO2 cho thấy vật liệu tổ hợp NiFe2O4/TiO2 có cường độ phổ huỳnh quang là thấp nhất [97]. Nhóm
tác giả Arifin so sánh cường độ phổ huỳnh quang của vật liệu CuFe2O4/TiO2 thấp hơn cường độ phổ huỳnh quang của CuFe2O4 [21].
Như vậy, vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 hấp thụ ánh sáng trong dải rộng có năng lượng vùng cấm 2,86 eV, đồng thời quá trình tái tổ hợp của cặp điện tử - lỗ trống diễn ra chậm hơn nên sẽ có khả năng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong vùng ánh sáng khả kiến. Luận án sẽ thực hiện nghiên cứu đánh giá và so sánh khả năng phân hủy quang dung dịch RhB của các vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2, spinel ferrtie Cu0.5Mg0.5Fe2O4 và TiO2.
Kết luận mục 3.2:
- Đã tổng hợp thành công vật liệu TiO2 và vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 bằng phương pháp sol-gel và nung ở 450 oC trong 2 giờ hình thành pha anatas.
- Vật liệu TiO2 và Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 có kích thước hạt trung bình lần lượt là 17,7 nm và 96,96 nm. Từ độ bão hòa của Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 là 11,2 emu/g gần với giá trị từ độ bão hòa của vật liệu MgFe2O4 (Ms = 13,1 emu/g). Với độ từ này, vật liệu tổ hợp sẽ được tách ra khỏi môi trường nước khi sử dụng một nam châm.
- Năng lượng vùng cấm của TiO2 và Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 lần lượt là 3,25 eV và 2,86 eV. Đồng thời, sự phân tách điện tử của vật liệu tổ hợp Cu0.5Mg0.5Fe2O4/TiO2 tốt hơn so với Cu0.5Mg0.5Fe2O4 và TiO2 nên sẽ có khả năng quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong vùng ánh sáng khả kiến.
3.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ Pb2+ của vật liệu Cu0.5Mg0.5Fe2O4