6. Cấu trỳc luận văn
3.6. Khảo sỏt sự ảnh hưởng của chất dập tắt gốc tự do
Khi được chiếu sỏng, cỏc vật liệu hấp thụ ỏnh sỏng cú bước súng thớch hợp, hỡnh thành cỏc cặp electron và lỗ trống quang sinh.Cỏc electron và lỗ trống quang sinh được hỡnh thành, di chuyển đến bề mặt tiếp xỳc và tương tỏc với cỏc chất bị hấp phụ trờn bề mặt vật liệu như oxi và nước. Cỏc electron ở vựng dẫn và cỏc lỗ trống quang sinh khử O2 thành •O2−và H2O thành HO•. Để khẳng định nhận định này, nhiều tỏc giả đó sử dụng cỏc chất dập tắt (quencher) cỏc chất trung gian làm cho chỳng khụng hoạt động được [14], [52].
trỡnh xỳc tỏc quang, chỳng tụi tiến hành khảo sỏt trờn mẫu vật liệu GB-10- 530. Quỏ trỡnh xỳc tỏc quang phõn hủy TC được tiến hành ở những điều kiện giống nhau về lượng chất xỳc tỏc, nồng độ TC, cường độ chiếu sỏng, thời gian chiếu sỏng nhưng lần lượt cú mặt bốn loại chất dập tắt khỏc nhau. Cỏc chất được chọn gồm: 1,4-Benzoquinone (BQ) được sử dụng để bẫy cỏc gốc anion•O2−, tert-butyl ancohol (TBA) để bẫy cỏc gốc hydroxyl (•OH), DMSO để dập electron quang sinh và Ethylene Diamine Tetracetic Acid (EDTA) để bẫy h+[14], [52]. Cỏc chất dập tắt này được cho cựng với 40 mg mẫu GB-10-530, 80 ml TC 10 mg/L ngay tại thời điểm ban đầu xỳc tỏc. Cỏc bước tiếp theo tiến hành tương tự như quỏ trỡnh khảo sỏt xỳc tỏc quang.
Hỡnh 3. 32 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ của TC theo thời gian trờn vật liệu GB-10-530 (a) và hiệu suất chuyển húa TC (b) trong 120 phỳt khi cú mặt cỏc chất dập
tắt gốc tự do
Kết quả thu được ở Hỡnh 3.32 cho thấy, khi cú mặt cỏc chất dập tắt BQ thỡ hiệu suất phõn hủy TC trờn vật liệu composite GB-10-530 chỉ đạt 29,40%, cũn khi sử dụng EDTA thỡ hiệu suất giảm xuống 21,18%. Trong khi đú, cỏc chất dập tắt TBA, DMSO hầu như ảnh hưởng khụng đỏng kể đến hiệu suất phõn hủy TC của vật liệu composite GB-10-530 (hiệu suất là 72,61% và
71,70%). Điều này chứng tỏ cú sự hiện diện của cỏc anion •O2− và lỗ trống quang sinh trong quỏ trỡnh xỳc tỏc quang phõn hủy TC, anion •O2− và lỗ trống quang sinh là hai tỏc nhõn chớnh quyết định đến hiệu suất quỏ trỡnh xỳc tỏc quang của vật liệu GB-10-530.
Cú thể giải thớch cơ chế xỳc tỏc quang trờn vật liệu composite GB-10- 530 như hỡnh 3.33.
Hỡnh 3. 33 Cơ chế xỳc tỏc quang của vật liệu composite g-C3N4/BiVO4
Khi vật liệu composite g-C3N4/BiVO4 được kớch thớch bởi ỏnh sỏng nhỡn thấy, điện tử trờn vựng hoỏ trị của g-C3N4 sẽ chuyển đến vựng dẫn và tham gia phản ứng với O2 hoà tan trong nước sinh ra gốc •𝑂2− ngay tại vựng dẫn của g-C3N4, một phần điện tử từ vựng dẫn của g-C3N4 sẽ di chuyển xuống vựng dẫn của BiVO4.Trong khi đú, khi bị kớch hoạt bởi ỏnh sỏng nhỡn thấy, điện tử từ vựng húa trị của BiVO4 bị tỏch ra, di chuyển đến vựng dẫn, điện tử từ vựng dẫn của BiVO4cú thể chuyển sang vựng húa trị của g-C3N4 hạn chế sự tỏi tổ hợp cặp điện tử - lỗ trống theo kiểu hệ Z và lỗ trống ở vựng húa trị của BiVO4phản ứng với H2O trực tiếp tạo ra gốc •OH hoặc phản ứng trực tiếp phõn huỷ TC [37], [52]. Cơ chế phản ứng cú thể mụ tả như sau:
g-C3N4 + hν→
𝑒𝐶𝐵− (g-C3N4) + ℎ𝑉𝐵+ (g-C3N4) BiVO4+ hν→𝑒𝐶𝐵− (BiVO4)+ℎ𝑉𝐵+ (BiVO4)
•𝑂2−+ H+ → 𝐻𝑂2• 𝑒−+ 𝐻𝑂2•+ H+ → H2O2 𝑒−+ H2O2→•OH + −OH VB h+ ( BiVO4) + H2O →•OH + H+ TC + (•𝑂2−, ℎ𝑉𝐵+ (g-C3N4), •OH) → CO2 + H2O