Phân tích quang phổ tử ngoại – khả kiến (UV–Vis) được thực hiện nhằm mục đích xác định đặc trưng hấp thụ năng lượng quang của mẫu vật liệu cần phân tích. Kết quả phân tích quang phổ UV–Vis trong khoảng bước sóng 220 – 800 nm của các mẫu vật liệu Fe-BTC/GO tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt – vi sóng với thời gian kết tinh khác nhau được thể hiện trong Hình 3.6.
Hình 3.6. Kết quả phân tích quang phổ UV–Vis của vật liệu Fe-BTC/GO với
thời gian kết tinh khác nhau
Kết quả phân tích cho thấy, các mẫu vật liệu Fe-BTC/GO tổng hợp với thời gian kết tinh khác nhau thể hiện sự khác biệt tương đối rõ ràng về khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng qung phổ tử ngoại và khả kiến. Điều này ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng với vai trò xúc tác quang cho phản ứng hóa học của các loại vật liệu này.
Cụ thể, năng lượng vùng cấm của chất xúc tác quang được xác định trên cơ sở phương trình Tauc:
hν = (Ahν - Eg)n/2 trong đó:
- Eg là khoảng năng lượng vùng cấm, - h là hằng số Planck,
- A là hằng số hấp thụ, - ν là tần số ánh sáng,
- α là hệ số hấp thụ ánh sáng,
- n là hệ số phụ thuộc vào đặc tính của q trình chuyển đổi trong chất bán dẫn, ví dụ n bằng 1 hoặc 4 tương ứng cho các chuyển đổi trực tiếp hoặc gián tiếp.
Trên cơ sở phương trình Tauc, có thể xây dựng nên đồ thị Tauc. Năng lượng vùng cấm Eg có thể được ước tính trên đồ thị Tauc dựa vào điểm giao giữa trục x (đặc trưng cho năng lượng photon E bằng hν) và đường tiếp tuyến của đồ thị phương trình y = (αhν)1/2, như thể hiện trên Hình 3.6.
Kết quả tính tốn cho thấy, năng lượng bandgap của các mẫu Fe- BTC/GO nằm trong khoảng 2,2 – 2,45 eV, thấp hơn so với năng lượng bandgap của bản thân vật liệu Fe-BTC (khoảng 2,5 – 2,7 eV). Hiện tượng trên có thể giải thích là do sự phân tách hiệu quả hơn của các cặp electron kích thích bởi sự hỗ trợ của chất mang GO. Bên cạnh giúp phân tán một cách đồng đều các tinh thể Fe-BTC hình thành nên cấu trúc tinh thể có kích thước nhỏ, sự có mặt của chất mang GO cịn đóng vai trị rất quan trọng là nhận electron từ vùng dẫn của xúc tác quang MOFs, từ đó giúp làm giảm thiểu và hạn chế khả năng tái kết hợp giữa electron và hốc h+, hình thành hiệu quả tăng hoạt tính xúc tác cũng như độ bền xúc tác.
Trong đó, mẫu vật liệu Fe-BTC/GO-30 có khoảng năng lượng vùng cấm thấp nhất, khoảng 2,2 eV, do độ kết tinh cao nhất và kích thước tinh thể nhỏ nhất. Điều này đã được chứng minh thông qua các kết quả phân tích
XRD và phân tích SEM. Bởi vậy, mẫu vật liệu Fe-BTC/GO-30 được dự đoán là sẽ cung cấp hiệu quả xúc tác quang học cho các phản ứng hóa học tốt nhất, khi so sánh với những mẫu vật liệu Fe-BTC/GO khác trong cùng nghiên cứu này.