4. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.1. Khái niệm về xúc tác quang
Nĩi đến phản ứng xúc tác quang là nĩi đến những phản ứng xảy ra dƣới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nĩi cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra. Khi cĩ sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử – lỗ trống và cĩ sự trao đổi electron giữa các chất bị hấp phụ, thơng qua cầu nối là chất bán dẫn.
Xúc tác quang là một trong những quá trình oxi hĩa – khử nhờ tác nhân ánh sáng. Ngày nay vật liệu xúc tác quang đƣợc ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực xử lý mơi trƣờng. Theo lí thuyết vùng, cấu trúc của vật chất gồm cĩ một vùng gồm những obitan phân tử đƣợc xếp đủ electron, gọi là vùng hĩa trị (Valance band – VB) và một vùng gồm những obitan phân tử cịn trống electron, gọi là vùng dẫn (Conduction band – CB). Hai vùng này đƣợc chia cách nhau bởi một khoảng cách
năng lƣợng gọi là vùng cấm, năng lƣợng vùng cấm Eg (band gap energy) chính là
độ chênh lệch năng lƣợng giữa hai vùng hĩa trị và vùng dẫn.
Sự khác nhau giữa vật liệu dẫn, khơng dẫn và bán dẫn chính là sự khác nhau
về giá trị năng lƣợng vùng cấm Eg. Vật liệu bán dẫn là vật liệu cĩ tính chất trung
gian giữa vật liệu dẫn và vật liệu khơng dẫn. Khi đƣợc kích thích đủ lớn bởi năng
lƣợng (lớn hơn năng lƣợng vùng cấm Eg), các electron trong vùng hĩa trị (VB) của
dẫn cĩ điều kiện. Nĩi chung những chất cĩ Eg lớn hơn 3,5 eV là chất khơng dẫn,
ngƣợc lại những chất cĩ Eg thấp hơn 3,5 eV là chất bán dẫn [65]. Chất bán dẫn sử
dụng làm chất xúc tác quang khi đƣợc kích thích bởi các photon cĩ năng lƣợng lớn
hơn năng lƣợng vùng cấm Eg, các electron vùng hĩa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy
lên vùng dẫn. Kết quả là trên vùng dẫn sẽ cĩ các electron mang điện tích âm, đƣợc gọi là electron quang sinh (photogenerated hole hVB ) [46]. Chính các electron – lỗ trống quang sinh là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hĩa học xảy ra bao gồm quá trình oxi hĩa đối với hVB và quá trình khử đối với eCB .