3.1.3.1.Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Để xác định thành phần pha của vật liệu composit thu đƣợc, mẫu vật liệu g-C3N4/SrTiO3 đƣợc đo nhiễu xạ XRD và so sánh với các tiền chất g-C3N4, SrTiO3. Kết quả đƣợc trình bày ở Hình 3.10.
Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C3N4/SrTiO3, g-C3N4 và SrTiO3
Hình 3.10 cho thấy rằng, nhiễu xạ đặc trƣng của SrTiO3 tƣơng ứng tại các mặt (100), (110), (111), (200), (211), (220), (310) và nhiễu xạ đặc trƣng của g-C3N4 tƣơng ứng với mặt (002) đều hiển thị đầy đủ trên mẫu composit g- C3N4/SrTiO3 [42], [43]. Nhƣ vậy, nhiễu xạ tia X đã xác nhận sự hình thành composit g-C3N4/SrTiO3.
3.1.3.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Nhằm xác định các liên kết trong mẫu vật liệu composit g-C3N4/SrTiO3
và so sánh với các chất ban đầu SrTiO3 và g-C3N4, phổ hồng ngoại của các mẫu vật liệu đƣợc trình bày trong Hình 3.11.
Hình 3.111. Phổ hồng ngoại các mẫu vật liệu g-C3N4/SrTiO3, g-C3N4 và SrTiO3
Trên phổ IR của mẫu vật liệu composit g-C3N4/SrTiO3 có sự xuất hiện các pic ở số sóng đặc trƣng của g-C3N4 nhƣ: pic ứng với số sóng 810 cm-1 , 1412–1250 cm-1 và 1576–1632 cm-1 lần lƣợt tƣơng ứng với dao động đặc trƣng của liên kết C-N trong vòng thơm của đơn vị triazin, liên kết C-N ngoài vòng thơm và liên kết C=N [43] hệ liên hợp π trong vòng thơm. Ngoài ra, còn có sự xuất hiện các pic ở số sóng đặc trƣng của SrTiO3 nhƣ: pic ứng với số sóng 586 cm-1
, 3489 cm-1 lần lƣợt tƣơng ứng với dao động đặc trƣng của liên kết Sr-Ti-O, dao động hóa trị của liên kết O-H của các phân tử H2O hấp phụ trên bề mặt các hạt và các liên kết hidro giữa chúng. Tuy nhiên cũng có thể nhận thấy các pic này trên composit có cƣờng độ hấp thụ yếu hơn so với các pic tƣơng ứng của SrTiO3 tinh khiết.
Ở g-C3N4 còn pic ở khoảng 3190 cm-1 (đƣợc quy của dao động của các amin thứ cấp và sơ cấp) nhƣng do các pic này gần hoặc trùng với số sóng với pic đặc trƣng của tiền chất còn lại nên trên phổ của composit, 3 pic này có thể bị che. Với những kết quả trên, có thể khẳng định rằng composit đƣợc tổng hợp ở nhiệt độ thủy nhiệt 180 o
3.1.3.3.Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Hình thái bề mặt của vật liệu composit g-C3N4/SrTiO3 đƣợc đặc trƣng bởi phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả đƣợc thể hiện ở Hình 3.12.
Hình 3.122. Ảnh SEM của vật liệt composit g-C3N4/SrTiO3
Hình 3.12 cho thấy bề mặt vật liệu composit g-C3N4/SrTiO3 ghồ ghề hơn do đó mà diện tích bề mặt riêng của vật liệu này khá lớn, các hạt SrTiO3 nano đƣợc phân tán với g-C3N4 và kích thƣớc các hạt SrTiO3 cũng lớn hơn do đƣợc bao bởi g-C3N4.
3.1.3.4.Phổ tán xạ năng lượng tia X hay EDX (Energy Dispersive X-ray)
Thành phần nguyên tố trong mẫu g-C3N4/SrTiO3 đƣợc xác định bằng phƣơng pháp EDX. Kết quả đƣợc trình bày ở Hình 3.13.
Hình 3.13. Phổ tán xạ năng lƣợng tia X của g-C3N4/SrTiO3
Thành phần của các nguyên tố trong g-C3N4/SrTiO3 đƣợc hiển thị đầy đủ. Cụ thể, ngoài sự hiện diện của ba nguyên tố Sr, Ti, O còn có mặt của các nguyên tố C, N với tổng khối lƣợng đƣợc trình bày trong Bảng 3.3. Đáng chú ý, thành phần không xuất hiện bất kì nguyên tố nào khác. Điều này chứng tỏ, mẫu tạo thành là khá tinh khiết. Đây là một trong những minh chứng rõ ràng cho sự tổng hợp thành công vật liệu. Từ kết quả, thành phần các nguyên tố trong mẫu g-C3N4/SrTiO3 đƣợc trình bày ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thành phần các nguyên tố trong mẫu g-C3N4/SrTiO3 Nguyên tố % khối lƣợng % nguyên tố
Sr 7,34 1,26 Ti 2,29 0,72 O 24,79 23,22 C 26,19 42,13 N 39,39 32,67 Tổng 100,00 100,00
Ngoài ra, kỹ thuật mapping của hệ thống phổ EDX cũng đƣợc sử dụng để xác định sự phân bố của các nguyên tố của vật liệu nền (SrTiO3) và các
nguyên tố của vật liệu phủ (g-C3N4) trong mẫu composit g-C3N4/SrTiO3. Kết quả đƣợc trình bày ở Hình 3.14.
Hình 3.14. Sự phân bố các nguyên tố trong vật liệu composit g-C3N4/SrTiO3 đƣợc xác định bằng kĩ thuật mapping
Từ hình ảnh này cho thấy, các nguyên tố phân bố khá đồng đều trong mẫu vật liệu composit. Các nguyên tố C, N phân bố khá dày đặc. Đặc điểm này chỉ ra rằng, trong composit, thành phần g-C3N4 chiếm tƣơng đối, thành phần của SrTiO3 chiếm ít hơn. Kết quả này phản ánh khá đúng với kết quả nhận đƣợc từ phép phân tích EDX về thành phần khối lƣợng SrTiO3 chiếm 34,42% còn g-C3N4 chiếm 65,58% (Bảng 3.3).
3.1.3.5.Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-vis-DRS)
Nhằm xác định vùng hấp thụ và năng lƣợng vùng cấm để làm cơ sở đánh giá hoạt tính xúc tác quang của các mẫu vật liệu sau khi biến tính, các vật liệu đƣợc đặc trƣng bằng phƣơng pháp UV-Vis trạng thái rắn. Kết quả đƣợc trình bày trong Hình 3.15.
Hình 3.15. Phổ UV-Vis-DRS (hình lớn) và năng lƣợng vùng cấm (hình nhỏ) của mẫu vật liệu g-C3N4/SrTiO3
Quan sát Hình 3.15 cho thấy, composit có hai bờ hấp thụ ánh sáng, một nằm sâu trong vùng UV ( < 390 nm), một trải dài trong vùng vis ( > 390 nm). Điều này cho phép dự đoán, vật liệu có hoạt tính quang xúc tác trong vùng ánh sáng khá rộng, cả trong vùng khả kiến và trong vùng tử ngoại. Đặc điểm này không những cải thiện những hạn chế của hai vật liệu đơn phần g- C3N4 và SrTiO3 mà còn hƣớng vật này đến gần với ứng dụng vào thực tế trong việc sử dụng ánh sáng mặt trời để xử lý môi trƣờng.
Để khẳng định điều này, chúng tôi tiến hành khảo sát hoạt tính quang xúc tác vật liệu g-C3N4/SrTiO3 bằng phản ứng phân hủy MB trong dung dịch nƣớc.