Đặc trưng về liên kết hóa học của các mẫu vật liệu được tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR. Kết quả trình bày ở Hình 3.8 cho thấy, tất cả các mẫu đều có pic dao động hóa trị của nhóm OH
do nước hấp phụ vật lí (3435,22 cm-1); dao động biến dạng của nhóm OH do nước hấp phụ hóa học (1632,78 cm-1). Và sự hiện diện của nhiều nhóm hydroxyl trên bề mặt vật liệu được cho là có khả năng làm tăng hoạt tính của chất xúc tác trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ [55], [60].
Hình 3.8. Phổ FT-IR của các mẫu vật liệu
Bên cạnh đó, ở các mẫu BiOI và C0.15 xuất hiện pic dao động với cường độ khá mạnh ở 1383,20 cm-1 được cho là dao động hóa trị của liên kết BiO-I [50], [65]. Trong khi đó, các mẫu TiO2 và C0.15 xuất hiện pic ở vùng 667,78 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Ti-O-Ti. Ngoài ra, trên phổ FT-IR của mẫu composite còn xuất hiện pic ở khoảng 1060,89 cm-1, tại vị trí này được cho là dao động hóa trị của liên kết Bi-O-Ti hình thành trên bề mặt giữa BiOI và TiO2 [50], [66]. Như vậy, kết quả từ giản đồ XRD và phổ FT-IR đã minh chứng cho thấy composite đã được chế tạo thành công.
Trạng thái hóa học bề mặt của mẫu vật liệu C0.15cũng được xác định theo phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS), kết quả quét phổ tổng quát
của vật liệu được trình bày ở Hình 3.9.a.
Hình 3.9. Phổ XPS: (a) phổ tổng quát của mẫu C0.15; TiO2 và (b) phổ phân giải cao C1s
Kết quả từ phổ tổng quát (survey) ở Hình 3.9a. đã chỉ ra sự có mặt đầy đủ các nguyên tố tạo nên composite (mẫu C0.15). Ngoài ra, cả mẫu C0.15 và TiO2 đều có sự xuất hiện đỉnh pic ở 284,6 eV (Hình 3.9b) ứng với C 1s trong liên kết C=C của nguyên tố carbon nền từ thiết bị đo XPS [14], [68].
Phổ phân giải cao của Bi 4f được thể hiện trong Hình 3.10a cho thấy, các pic với cường độ mạnh ở 159,1 và 164,3 eV tương ứng với Bi 4f7/2 và Bi 4f5/2 cho biết trạng thái của Bi3+ tương ứng với liên kết Bi-O trong BiOI. Ngoài ra, xuất hiện 2 pic với cường độ yếu hơn ở 156,9 và 162,3 eV được cho là của Bi 4f7/2 và Bi 4f5/2 tương ứng với liên kết Bi-I trong cấu trúc lớp [Bi2O4]2+2I- [47], [59]. Hình 3.10b cho thấy phổ XPS độ phân giải cao của I 3d có 2 cực đại năng lượng ở 630,3 và 618,6 eV lần lượt được quy cho I 3d3/2 và I 3d5/2, điều này cho thấy trạng thái hóa trị của iodine là -1 trong BiOI [32], [53]. Phổ XPS phân giải cao của O 1s trong Hình 3.10c cho thấy, cả 2 mẫu TiO2 và C0.15 đều có xuất hiện đỉnh năng lượng ở 529,9 eV được cho là của O 1s
trong liên kết Ti-O. Bên cạnh đó, ở mẫu C0.15 còn có dải năng lượng bị chồng lấp một phần ở vùng 531,9 eV tương ứng với O 1s trong các liên kết liên kết Bi-O và nhóm hydroxyl ở bề mặt của TiO2, và điều này có thể làm tăng hoạt tính quang xúc tác của mẫu vật liệu C0.15 so với các cấu tử riêng lẻ tạo nên composite [9].
Phổ XPS phân giải cao Hình 3.10d cho thấy có sự thay đổi về các đỉnh năng lượng khá rõ ràng của Ti 2p trong TiO2 và C0.15. Sự phân tách giữa Ti 2p1/2 và Ti 2p3/2 đều là 5,8 eV đối với TiO2 và C0.15 cho thấy trạng thái bình thường của Ti4+ đối với hạt nano TiO2 tinh khiết và BiOI/TiO2 [54], [69]. Tuy nhiên, đối với composite BiOI/TiO2 thì năng lượng liên kết của Ti 2p3/2 ở 458,8 eV, cao hơn 0,3 eV so với hạt nano TiO2 tinh khiết (458,5 eV). Điều này có thể được giải thích như sau: khi các hạt nano TiO2 (vật liệu bán dẫn loại n) và các tấm BiOI (vật liệu bán dẫn loại p) kết hợp với nhau sẽ xảy ra sự khuếch tán các điện tử từ nano TiO2 đến BiOI, từ đó tạo thành các dị liên kết p-n (p-n heterojunctions) [29], [49], [52]; Điều đó sẽ làm tăng thêm phần điện tích dương trong vùng điện tích không gian của TiO2 và dẫn đến sự tăng năng lượng liên kết của các electron ở phân lớp 2p của titanium. Kết quả này cũng tương tự như kết quả nghiên cứu đã được công bố về các dị liên kết p-n có trong composite tạo ra từ các tấm nano p-MoO3 và nano n-TiO2 [29], [36] Như vậy, các kết quả đặc trưng về trạng thái hóa học bề mặt của vật liệu theo phương pháp FT-IR và XPS đã minh chứng rõ ràng rằng, vật liệu composite BiOI/TiO2 đã được điều chế thành công theo phương pháp phản ứng pha rắn trong môi trường ẩm.