graphic cacbon nitric (g-C3N4) và titan dioxide (TiO2) đã đƣợc Rachel Fagan và cộng sự chọn làm mô hình để nghiên cứu khả năng quang xúc tác trong điều kiện tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy. Việc sử dụng g-C3N4 đã đƣợc chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm tái hợp thông qua sự tƣơng tác giữa TiO2 và g-C3N4. Nhóm nghiên cứu này đã điều chế g-C3N4 thông qua quá trình nhiệt phân melamine, sau đó thêm vào vật liệu TiO2 không pha tạp để tạo thành hệ thống TiO2 - g-C3N4. Khi các mẫu TiO2 pha tạp với 4% g- C3N4 đƣợc phân tích dƣới ánh sáng nhìn thấy thì khả năng quang xúc tác không cải thiện đáng kể so với TiO2 tinh khiết. Tuy nhiên, dƣới điều kiện chiếu xạ tia cực tím, khả năng xúc tác quang của các mẫu pha tạp tăng 43,9% so với TiO2 không pha tạp [37].
Yu và các cộng sự đã tổng hợp các hạt nano TiO2-g-C3N4 bằng phƣơng pháp nhiệt với nguồn TiO2 là P25 và urê và cho hiệu suất cao hơn khi phân hủy HCHO so với các thành phần g-C3N4 và TiO2 riêng rẽ [38]. Lei và các cộng sự đã chế tạo thành công TiO2-g-C3N4 bằng phƣơng pháp thủy nhiệt với nguồn TiO2 là hợp chất cơ kim và cho hiệu suất xúc tác quang phân hủy của thuốc màu axit orange 7 (AO7) [39]. C. Miranda và cộng sự đã chế tạo thành
33
công vật liệu composite TiO2-g-C3N4 với trọng lƣợng g-C3N4 khác nhau bằng phƣơng pháp nhiệt phân, cho kết quả tốt khi phân hủy của phenol dƣới bức xạ cực tím [40].
H. Wu và các cộng sự đã chế tạo thành công các siêu tụ điện hiệu suất cao dựa trên các điện cực TiO2 cấu trúc ống nano đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp điện hóa. Do TiO2 cấu trúc ống nano tinh khiết có độ dẫn điện tử kém làm ảnh hƣởng đến các ứng dụng thực tế nên nhóm nghiên cứu này sử dụng phƣơng pháp hydrat hóa để cải thiện đáng kể tính dẫn điện và hiệu suất điện hóa của các điện cực này. Các điện cực TiO2 cấu trúc ống nano đƣợc xử lý có điện dung trung bình rất cao 20,08 mFcm− 2 với mật độ dòng 0,05 mAcm− 2, gấp 20 lần so với các điện cực ống nano TiO2 tinh khiết [41].
Y. Li và các cộng sự [42] đã kết hợp TiO2 và g-C3N4 để chế tạo các mảng nanorod TiO2 @ g-C3N4 với các tỷ lệ khối lƣợng khác nhau của g-C3N4 thông qua quá trình tăng trƣởng thủy nhiệt, lắng đọng hóa học và sử dụng Co- Pi để trang trí trên bề mặt TiO2 @ g-C3N4 bằng phƣơng pháp điện di. Kết quả cho thấy Co-Pi đã đƣợc trang trí thành công trên các mảng nanorod TiO2 @ g-C3N4 lai (ký hiệu CCNR). Các phép đo quang hóa (PEC) đã chứng minh rằng các CCNR đƣợc chuẩn bị đóng vai trò là một điện cực quang hiệu quả và ổn định để phân tách nƣớc biển bằng quang điện hóa tách nƣớc. Mật độ dòng quang điện đạt 1,6 mA/cm2
dƣới 100 mW/cm2 (AM1.5G) chiếu sáng ở mức 1,23 V (RHE) (Hình 1.20). Đáng kể hơn, điện cực quang CCNR khá ổn định trong quá trình tách nƣớc biển và hiệu suất vẫn không bị giảm đi ngay cả sau mƣời giờ chiếu sáng liên tục [42].
34
Hình 1.20. Mật độ dòng quang của TiO2 NRs, TiO2/g-C3N4 NRs và CCNR [42]
Hui Zhang và các cộng sự [43] đã tổng hợp thành công các hạt nano g- C3N4/TiO2 bằng phƣơng pháp sol-gel kết hợp với quá trình nung. g-C3N4 kết hợp cùng với TiO2 không chỉ tăng diện tích bề mặt của g-C3N4 mà còn tăng hiệu suất tách hyđro. Tốc độ tách hydro cao nhất là 40 µmol/h, cao hơn khoảng 2,7 lần so với các hạt nano tinh khiết g-C3N4.
35
Hình 1.21. Mật độ dòng quang điện (a) và Hiệu suất chuyển đổi quang (b) của các điện cực g-C3N4/TNTAs, TNTAs, TiO2 và g-C3N4/TiO2 [44]
Hình 1.21 là kết quả công trình nghiên cứu của Changhai Liu và cộng sự [44]. Nhóm nghiên cứu này đã chế tạo thành công điện cực g-C3N4/TiO2 cấu trúc ống nano. Chức năng chuyển tiếp dị thể g-C3N4/TNTAs tăng cƣờng hiệu quả hoạt động quang điện tách nƣớc bằng năng lƣợng mặt trời. Nó mở rộng phạm vi hấp thụ quang học của TNTAs, tăng tốc độ di chuyển của hạt tải, và ức chế sự tái tổ hợp của các cặp lỗ điện tử thông qua sự liên kết dải phổ hiệu quả giữa TiO2 cấu trúc ống nano và g-C3N4. Mật độ dòng quang điện và hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng khoảng 0,86 mA/cm2 và 0,25%. Mật độ dòng quang điện của g-C3N4/TiO2 và TiO2 vô định hình đƣợc xác định là 0,19 và 0,07 mA/cm2, thấp hơn so với g-C3N4/TNTAs và TNTAs.
36
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM