1.1 .Tổng quan về hạt nano vàng – AuNPs, nano bạc – AgNPs
1.1.1 .Một số tính chất đặc trưng của vật liệu nano vàng, nano bạc
1.3. Vật liệu composite Ag:TiO2; Au:TiO2
Do TiO2 có độ rộng vùng cấm khá lớn nên chỉ ánh sáng tử ngoại (UV) với bước sóng <380 nm mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng quang xúc tác. Điều này, hạn chế khả năng quang xúc tác của TiO2, để nâng cao giá trị sử dụng của TiO2 cần thu hẹp vùng cấm của nó, một trong những giải pháp để khắc phục yếu điểm này của TiO2 là gắn các ion kim loại để mở rộng khả năng xúc tác quang hóa của vật liệu.
Hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại quý như vàng, bạc có một hiệu ứng đặc biệt đó là cộng hưởng plasmon bề mặt. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích của điện tử tự do bên trong vùng dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng pha. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng.[20, 21, 22, 23]
Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Tuy nhiên khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không
còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ, khi đó các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy, xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào các yếu tố như hình dáng, kích thước của hạt, mật độ của hạt cũng như môi trường xung quanh...
Như vậy, bản chất của phổ hấp thụ không phải do sự dịch chuyển giữa các mức năng lượng mà do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Khi tần số của sóng ánh sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt, hạt nano Au, Ag sẽ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Kích thước, khoảng cách giữa các hạt nano Au, Ag khác nhau sẽ tạo ra các môi trường plasmon khác nhau. Vì thế, Au, Ag có thể hấp thụ các bước sáng khác nhau trong vùng nhìn thấy. Dưới tác dụng của bức xạ nhìn thấy lên bề mặt cộng hưởng plasmon, các điện tử tự do được sinh ra từ các hạt Au sẽ nhảy vào vùng dẫn của TiO2 từ đó hình thành các cặp điện tử và lỗ trống làm giảm đi sự tái tổ hợp, điều này giúp cải thiện tính chất quang của vật liệu, bờ hấp thụ được dịch chuyển về vùng ánh sáng nhìn thấy.
Vì vậy, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, chế tạo ra các mẫu vật liệu plasmonic lên TiO2 nhằm mở rộng hiệu ứng quang hóa của vật liệu sang cả miền ánh sáng nhìn thấy. Trong các phương pháp tạo vật liệu nanocomposite Au:TiO2 thì phương pháp sử dụng plasma trực tiếp là phương pháp không cần sử dụng hóa chất phức tạp, chế tạo đơn giản, dễ sử dụng, đảm bảo các tính chất, yêu cầu của vật liệu.