CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
2.5. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC VẬT LIỆU
2.5.3. Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis DRS
Phổ phản xạ khuếch tán nằm ở vùng tử ngoại hay vùng khả kiến còn gọi là phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Vis DRS). Khảo sát phổ UV-Vis DRS cho biết những thông tin về đỉnh hấp thụ của các chất xúc tác cũng nhƣ cho phép tính các năng lƣợng vùng cấm (Eg) - một trong những tính chất quan trọng nhất của vật liệu bán dẫn rắn. Nguyên tắc: Đối với vật liệu hấp thụ ánh sáng khi dịng tia tới có cƣờng độ (I0) chiếu vào vật liệu hấp thụ qua một lớp mỏng có độ dày là I, với hệ số hấp thụ α. Cƣờng độ (I) của tia ló đƣợc tính theo định luật hấp thụ Lambert-Beer (2.5):
I = I e-αl (2.5)
Việc đo cƣờng độ phản xạ khuếch tán đƣợc thực hiện trên một phổ kế UV-Vis gắn với một thiết bị phản xạ khuếch tán (còn gọi là quả cầu tích phân) có khả năng tập hợp dịng phản xạ. Quả cầu tích phân là một quả cầu rỗng đƣợc phủ bên trong vật liệu trắng có mức độ phản xạ khuếch tán xấp xỉ
35
bằng 1. Quả cầu có một khe có thể cho dịng ánh sáng đi qua và tƣơng tác với vật liệu cần đo và vật liệu so sánh. Vật liệu trắng với hệ số khuếch tán cao thƣờng là polytetrafluoroethylene (PTFE) hay barium sulfate (BaSO4).
Giá trị năng lƣợng vùng cấm Eg có thể đƣợc tính tốn đƣợc dựa vào phƣơng trình sau (2.6):
(α.h.υ)n
= A.(h.υ - Eg) (2.6)
Trong đó, h là hằng số Planck, A là hằng số, Eg là năng lƣợng vùng cấm và υ là tần số kích thích. Vẽ đồ thị (α.h.υ)n
( .h. ) theo h.υ, đƣờng thẳng tuyến tính đi qua điểm uốn của đƣờng cong này cắt trục hoành, giá trị hồnh độ ở điểm cắt chính bằng năng lƣợng vùng cấm của vật liệu.
Trong nghiên cứu này, phổ UV-Vis DRS đƣợc đo trên máy Shimazu UV-2450 với bƣớc sóng từ 200 nm đến 800 nm tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý (Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội).
2.5.4. Phƣơng pháp phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Ultra Violet- Visible, UV- Vis)
Phƣơng pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến UV-Vis đƣợc sử dụng để xác định nồng độ của dung dịch chất hữu cơ độc hại trong quá trình thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác của vật liệu.
Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến thƣờng đƣợc viết tắt là phổ UV-Vis. Cơ sở của phƣơng pháp này là dựa vào định luật Lambert-Beer, độ hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ chất hấp thụ (C), chiều dày dung dịch chứa chất hấp thụ (l) và hệ số hấp thụ (ε). Khi một chùm tia đơn sắc, song song, có cƣờng độ I0, chiếu thẳng góc lên bề dày l của một mơi trƣờng hấp thụ, sau khi đi qua lớp chất hấp thụ này, cƣờng độ của nó giảm cịn I. Thực nghiệm cho thấy rằng sự liên hệ giữa I0 và I đƣợc biểu diễn bởi phƣơng trình sau (2.7):
(2.7)
Đại lƣợng
đƣợc gọi là độ hấp thụ, ký hiệu là A (A =
) hoặc đƣợc gọi là mật độ quang. l là chiều dày của lớp chất hấp thụ, tính bằng cm. C
36
là nồng độ của chất hấp thụ, tính bằng mol.L-1.ε là hệ số hấp thụ mol, đặc trƣng cho cƣờng độ hấp thụ của chất hấp thụ.
Cƣờng độ hấp thụ của một chất thay đổi theo bƣớc sóng của bức xạ chiếu vào nó. Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của cƣờng độ hấp thụ theo giá trị của bƣớc sóng (hoặc tần số, hoặc số sóng) gọi là phổ hấp thụ.
Trong nghiên cứu này phổ UV-Vis đƣợc ghi trên máy UV-Vis (Aligent Cary 60, Malaysia) tại phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu ứng dụng, Đại học Nguyễn Tất Thành.