6. Cấu trúc luận văn
3.2.1. Đặc trưng vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 ở các tỉ lệ khối lượng
khác nhau
3.2.1.1. Màu sắc của vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4
Ảnh chụp các vật liệu Ag3VO4, BiVO4 và composite Ag3VO4/BiVO4 được tổng hợp ở mục 2.2.3.1 với các tỉ lệ Ag3VO4/BiVO4 thay đổi lần lượt là 1 : 0,5 (AB-105); 1 : 1 (AB-11); 1 : 2 (AB-12); 1 : 3 (AB-13) được trình bày ở
Hình 3.8.
Hình 3.8. Màu sắc các mẫu Ag3VO4 (a), BiVO4 (d), AB-105 (b), AB-11 (c), AB-
12 (e), AB-13 (f)
Từ kết quả ở Hình 3.8 cho thấy, so với các vật liệu BiVO4 và Ag3VO4 ban đầu thì các vật liệu composite AB-x tổng hợp được ở cùng điều kiện, khác nhau về tỉ lệ có những điểm khác nhau về màu sắc. Khi tỉ lệ Ag3VO4 trong composite càng tăng lên thì màu vàng của vật liệu composite càng đậm.
3.2.1.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
Các đặc trưng về cấu trúc tinh thể của các vật liệu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X và kết quả được trình bày ở Hình 3.9.
Hình 3.9Giản đồ XRD của mẫu Ag3VO4, BiVO4, và các mẫu composite AB-105, AB- 11, AB-12, AB-13
Kết quả từ giản đồ nhiễu xạ tia X ở Hình 3.9 của của mẫu Ag3VO4, BiVO4, và các mẫu composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13 cho thấy, các đỉnh nhiễu xạ xuất hiện ở khoảng 2θ bằng 28,82o và 30,6o lần lượt tương ứng với mặt tinh thể (112) và (004), một số đỉnh nhiễu xạ có cường độ thấp hơn ở vị trí 34,51o; 48,43o; 54,20o và 60,21o lần lượt tương ứng với mặt tinh thể (002), (024), (116), (026) đặc trưng cho sự tồn tại của BiVO4 (Theo JCPDS: 019-1291) [40]. Các đỉnh ở vị trí 31,0o; và 32,4o tương ứng với mặt tinh thể (- 121) và (121) và một số đỉnh có cường độ thấp hơn (theo thẻ chuẩn JCPDS 45-0543) đặc trưng cho sự tồn tại của Ag3VO4. Sau khi tạo hỗn hợp composite của Ag3VO4 với BiVO4 ở các tỉ lệ khác nhau, các mẫu vật liệu này vẫn giữ nguyên các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của vật liệu ban đầu, cường độ và độ rộng của các đỉnh có thay đổi nhưng không đáng kể. Như vậy, khi đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X chúng tôi nhận thấy sự có mặt của cả hai hợp phần Ag3VO4 và BiVO4 trong các mẫu vật liệu composite Ag3VO4/BiVO4 và rõ ràng nhất đối với vật liệu AB-12.
3.2.1.3. Phương pháp phổ kích thích electron
Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến của các vật liệu tổng hợp được trình bày ở Hình 3.10.
Hình 3.10. Phổ UV-Vis trạng thái rắn của vật liệu Ag3VO4, BiVO4 và các mẫu
vật liệu composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13
Kết quả từ phổ hấp thụ UV-Vis mẫu rắn ở Hình 3.10 cho thấy, bờ hấp thụ của mẫu Ag3VO4, mẫu BiVO4 và các mẫu composite với các tỉ lệ khác nhau AB-105, AB-11, AB-12, AB-13 đều có đỉnh và bờ hấp thụ nằm trong vùng ánh sáng khả kiến. Điều này, chứng tỏ các vật liệu composite thu được có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng khả kiến. Nhìn chung, các vật liệu composite có bờ hấp thụ ánh sáng mạnh hơn BiVO4 nhưng yếu hơn Ag3VO4, tuy nhiên sự kết hợp hai vật liệu riêng lẻ hứa hẹn sẽ làm giảm cặp electron và lỗ trống quang sinh.
Để xác định năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu Ag3VO4, BiVO4 và các composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13, chúng tôi sử dụng phương trình Kubelka-Munk (αhν)2 = (hν - Eg) và vẽ đồ thị sự phụ thuộc của hàm này vào năng lượng photon hấp thụ, kết quả được biểu diễn ở Hình 3.11.
Hình 3.11. Đồ thị của sự phụ thuộc hàm Kubelka-Munk theo năng lượng ánh
sáng bị hấp thụ của các mẫu vật liệu Ag3VO4 (a), BiVO4 (b), AB-105 (c), AB-11 (d),
AB-12(e), AB-13 (f)
Giá trị năng lượng vùng cấm của vật liệu Ag3VO4, BiVO4, và các mẫu composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13 tổng hợp được trình bày ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Năng lượng vùng cấm của vật liệu Ag3VO4, BiVO4 và các mẫu composite
AB-105, AB-11, AB-12, AB-13
Mẫu
Năng lượng vùng cấm (eV)
Ag3VO4 2,12 BiVO4 2,37 AB-105 2,27 AB-11 2,25 AB-12 2,20 AB-13 2,22
Kết quả ở Bảng 3.2 cho thấy giá trị năng lượng vùng cấm của các vật liệu composite tổng hợp được hầu như giảm so với năng lượng vùng cấm của vật liệu BiVO4. Việc thay đổi giá trị năng lượng vùng cấm, cho phép dự đoán vật liệu composite tổng hợp được có hoạt tính quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy nhờ sự xúc tác hiệp trợ của cả hai hợp phần Ag3VO4 và
BiVO4.
3.2.1.4. Phương pháp phổ huỳnh quang
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu bán dẫn bị ảnh hưởng rất lớn bởi tốc độ tái tổ hợp cặp electron và lỗ trống quang sinh. Trong nghiên cứu này phổ PL được sử dụng để đánh giá sự tái tổ hợp chúng. Phổ huỳnh quang các vật liệu composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13 được trình bày ở Hình 3.12.
Hình 3.12. Phổ huỳnh quang các mẫu vật liệu composite AB-105, AB-11, AB-12, AB-13
Từ kết quả phổ huỳnh quang ở Hình 3.12 cho thấy, có sự giảm đáng kể cường độ phát quang từ mẫu vật liệu AB-13 đến AB-12. Các mẫu vật liệu composite bị kích thích ở 400 nm, có đỉnh phát xạ mạnh ở khoảng 504 nm, trong đó mẫu composite AB-12 có cường độ phát xạ thấp hơn nhiều so với các mẫu com posite các tỉ lệ khác. Kết quả PL đã chứng minh khả năng tái tổ hợp cặp electron và lỗ trống của AB-13 > AB-105 > AB-11> AB-12. Điều này chứng tỏ, mẫu vật liệu AB-12 sự tái tổ hợp electron và lỗ trống được hạn chế hiệu quả hơn so với các composite còn lại trong vùng khảo sát, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khuếch tán electron ra ngoài bề mặt để tương tác với các chất được hấp phụ trên bề mặt và để tăng hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm. Do đó mẫu vật liệu AB-12 được xem là mẫu composite tối ưu trong vùng khảo sát và dự đoán khả năng hoạt động quang xúc tác cao hơn các mẫu composite khác [42], [53].