6. Cấu trỳc luận văn
1.4. Giới thiệu về vật liệucomposite g-C3N4/BiVO4
Trong thời gian gần đõy, BiVO4 cũng đó thu hỳt được sự chỳ ý rất lớn của nhiều nhà khoa học trờn thế giới do tớnh chất quang xỳc tỏc của nú dưới ỏnh sỏng khả kiến, và được kỳ vọng sẽ là một trong những chất cú thể thay thế TiO2. Vật liệu BiVO4 cú năng lượng vựng cấm vào khoảng 2,4 eV và thường được tổng hợp bằng phương phỏp thủy nhiệt [5], [47], cú thể được dựng một mỡnh hoặc kết hợp với cỏc hợp chất khỏc như CdS, g-C3N4, ZnO, WO3, ZnFe2O4, FeVO4, V2O5, α-Fe2O3, .. để tạo thành hệ vật liệu lai ghộp cú hoạt tớnh quang xỳc tỏc cao bằng cỏc phương phỏp như thủy nhiệt, siờu õm, ngõm tẩm, kết tủa và nhiệt pha rắn [9], [23], [22], [25], [29], [33], [44]. Vớ dụ, Sun và cộng sự đó sử dụng súng siờu õm để phối trộn và phõn tỏn BiVO4 và melamine đều vào nhau, sau đú tiến hành polyme húa hỗn hợp bằng phương phỏp nhiệt pha rắn để tổng hợp hệ vật liệu BiVO4/g-C3N4[37]. Kết quả chụp ảnh TEM của vật liệu cho thấy: BiVO4 và g-C3N4 cú sự tiếp xỳc tốt với nhau, khụng xuất hiện mặt phõn cỏch giữa hai chất bỏn dẫn hay đồng nghĩa với việc cỏc nhà khoa học đó tổng hợp thành cụng hệ quang xỳc thế hệ mới (Hỡnh 1.12).
Hỡnh 1. 12 Ảnh chụp TEM của vật liệu BiVO4/g-C3N4 [37]
Do BiVO4 tiếp xỳc tốt với g-C3N4 nờn cỏc electron quang sinh cư trỳ trờn vựng dẫn của BiVO4 cú thể chuyển dịch về vựng húa trị của g-C3N4, do đú, ngăn cản sự tỏi kết hợp của cỏc electron và lỗ trống quang sinh ở trờn cả hai vật liệu. Cỏc electron trờn vựng dẫn của g-C3N4 và cỏc lỗ trống ở vựng húa trị của BiVO4 sẽ tham gia cỏc phản ứng oxi húa khử với nước và oxi để sinh cỏc gốc HO• và •O2-, là những tỏc nhõn tham gia vào cỏc phản ứng oxi húa khử tiếp theo để phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ ụ nhiễm thành CO2 và H2O. Cơ chế hoạt động của hệ xỳc tỏc quang BiVO4/g-C3N4 trong vựng ỏnh sỏng khả kiến được túm lược ở Hỡnh 1.13[51].
Zhang và cộng sự [28] cũng đó tổng hợp thành cụng vật liệu xỳc tỏc quang lai ghộp liờn hợp g-C3N4/BiVO4 bằng phương phỏp thủy nhiệt kết hợp với phương phỏp nhiệt pha rắn, vật liệu thu được cú khả năng xỳc tỏc phõn hủy tốt Rhodamine B (hiệu suất đạt 90% sau 60 phỳt xử lý). Sự kết hợp của hai vật liệu bỏn dẫn vụ cơ-hữu cơ này đó làm giảm sự tỏi tổ hợp của cỏc cặp electron và lỗ trống quang sinh (Hỡnh 1.13), dẫn đến làm tăng hiệu quả chuyển điện tử đến cỏc tỏc nhõn phản ứng và do vậy hiệu quả quang xỳc tỏc phõn hủy Rhodamine B tăng trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy. Trong nghiờn cứu này, tinh thể Bi(NO3)3 được hũa tan trong axit nitric và NH4VO3 hũa tan trong nước núng khoảng 80 oC trong điều kiện khuấy liờn tục. Trộn hai dung dịch trờn, đem siờu õm, thu được hỗn hợp nhóo màu vàng, sau đú điều chỉnh đến pH = 9 sử dụng dung dịch NH3. Hỗn hợp bột nhóo tiếp tục được đem thủy nhiệt. Mẫu thu được đem ly tõm, rửa bằng etanol và nước khử ion, sấy khụ, nung ở nhiệt độ 600 oC thu được vật liệu BiVO4. Sau đú, một lượng g-C3N4 và BiVO4 thớch hợp cho vào etanol ngõm, đem phõn tỏn bằng rung siờu õm, cho bay hơi etanol dưới thiết bị bay hơi quay ở 80 oC, chất rắn thu được đem nung ở 500 oC trong 2 giờ, thu được vật liệu BiVO4/g-C3N4.