Cơ chế quang xúc tác của Ag3VO4

6. Cấu trúc luận văn

1.3.2. Cơ chế quang xúc tác của Ag3VO4

Ag3VO4 là một chất bán dẫn có Eg = 2 eV. Nếu được kích thích bằng photon có năng lượng lớn hơn 2 eV (>400 nm) thì các electron từ vùng hóa trị sẽ kích thích ra khỏi vùng hóa trị chuyển lên vùng dẫn, tạo ra một lỗ trống

mang điện tích dương ở vùng hóa trị chuyển lên vùng dẫn, tạo ra một lỗ trống mang điện tích dương ở vùng hóa trị.

Ag3VO4 + hν → h++ e‾

Các electron khác có thể dịch chuyển vào vị trí này để bão hòa điện tích tại đó, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà nó vừa đi khỏi. Như vậy lỗ trống mang điện tích dương có thể chuyển động tự do trong vùng hóa trị.

Mặt khác, Ag3VO4 có giá trị thế vùng dẫn phù hợp (âm hơn thế khử của cặp (O2-/O2) do vậy các electron quang sinh chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O2 thành O2-, sau đó ion này tạo ra hydro peoxit là sản phẩm trung gian của phản ứng oxy hoá, sau đó hydro peoxit nhận electron tạo thành O2-. Quá trình hình thành gốc HOvà O2- được hình thành như sau:

Các electron quang sinh trên bề mặt hạt xúc tác khử O2 tạo gốc tự do O2- .Ag3VO4 (e-) + O2 → Ag3VO4 + O2-

Gốc O2- này phản ứng với ion H+ (do H2O phân ly) để sinh ra HO2 H+ + O2- → HO2

Từ các gốc O2- và HO2, có thể tạo thành H2O2 theo các phản ứng sau: 2O2- + 2H2O → H2O2 + 2OH- + O2

Ag3VO4 (e-) + HO2 + H+ → H2O2 + Ag3VO4 Sau đó, H2O2 bị phân tách, tạo ra các gốc OH

H2O2 + hν → 2OH

H2O2 + O2- → OH + O2 + OH- H2O2 + Ag3VO4 (e-) → OH + OH- + Ag3VO4

Gốc OH và O2- là hai dạng có hoạt tính oxi hóa cao, có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành H2O và CO2. Các gốc OH, O2- được tạo thành có hoạt tính oxi hoá cực mạnh.

Cần chú ý rằng, các electron quang sinh và các lỗ trống quang sinh có xu hướng kết hợp lại với nhau, kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng.

e-( Ag3VO4 ) + h+( Ag3VO4 ) → Ag3VO4 + (nhiệt/ánh sáng)