a. Tính chất từ
Số sóng (cm-1) Độ truyền qua( %)
Hình 3.20. Đường M(H) của mẫu Fe3O4@ZnO
Hình 3.20 biểu diễn các đường cong từ hóa của hai hệ mẫu Fe3O4 và Fe3O4@ZnO ở nhiệt độ phòng. Rõ ràng tính chất từ của mẫu hạt Fe3O4@ZnO thay đổi rất nhiều so với mẫu hạt Fe3O4 nguyên chất ban đầu. Cụ thể, từ độ bão hòa ghi lại được của hệ mẫu Fe3O4 là 62emu/g, trong khi đó số liệu ghi lại được của hệ mẫu Fe3O4@ZnO với tỷ lệ 1:5 theo khối lượng chỉ là 17 emu/g giảm so với giá trị từ độ bão hòa của hạt nano Fe3O4, điều này có thể được quy cho sự hiện diện của lớp oxit kẽm diamag từ có thể bao quanh lõi từ tính. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với khối lượng spinel ferrite Fe3O4 tồn tại trong hạt nano composite. Với tính chất như vậy, ta có thể thấy rằng vật liệu nano composite Fe3O4@ZnO có thể thu hồi được bằng nam châm sau khi hoàn thành nhiệm vụ quang xúc tác.
b. Tính chất quang
Phổ hấp thụ
Hình 3.21. Phổ hấp thụ quang của ba hệ mẫu Fe3O4 và Fe3O4@ZnO và ZnO
Ta có thể thấy vật liệu ZnO có bờ hấp thụ ở khoảng bước sóng 388nm tương ứng với mức năng lượng vùng cấm là 3,2eV, còn đối với hệ vật liệu composite Fe3O4@ZnO có bờ hấp thụ dịch chuyển về vùng bước sóng dài bởi sự xuất hiện của một vai hấp thụ mới. Sự dịch chuyển của đỉnh hấp thụ cũng như bờ hấp thụ trong mẫu compoiste được lí giải bởi sự có mặt của các hạt nano Fe3O4. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi khá phù hợp với kết quả nghiên cứu chết tạo hệ vật liệu tổ hợp α- Fe3O4@ZnO [29] Theo nhóm tác giả này, cấu trúc vỏ lõi giữa vật
trình lai hóa giữa đám mây điện tử s và p của hai pha vật liệu tạo nên một vùng năng lượng mới nằm trên vùng hóa trị. Do đó, thu hẹp độ rộng vùng cấm của vật liệu ZnO. Ta thấy do ZnO có năng lượng vùng cấm khá cao 3,2eV, nên đặc tính quang xúc tác của nó chủ yếu thể hiện trong vùng ánh sáng tử ngoại. Trong khi đó, ZnO kết hợp với Fe3O4 tạo thành hệ vật liệu composite Fe3O4@ZnO với tỷ lệ 1:5 ta thấy năng lượng vùng cấm của hệ giảm đi đáng kể, bước sóng hấp thụ nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Nhìn vào hình 3.20 ta thấy, trong vùng ánh sáng khả kiến (từ 400nm đến 800nm) thì khả năng hấp thụ ánh sáng của cả ZnO nguyên chất và vật liệu composite Fe3O4@ZnO đều giảm, nhưng khả năng hấp thụ ánh sáng của ZnO nguyên chất giảm mạnh hơn nhiều so với hệ composite.Trong vùng này, độ hấp thụ của ZnO nguyên chất chỉ đạt xấp xỉ 0,1 trong khi đó độ hấp thụ của hệ composite nằm trong khoảng 0,1 đến 0,6. Điều đó cho thấy độ hấp thụ quang của hệ vật liệu composite trong vùng ánh sáng khả kiến được cải thiện đáng kể khi có thêm Fe3O4 Phổ huỳnh quang 400 500 600 700 800 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Fe3O4@ZnO ZnO
Hình 3.22. Phổ huỳnh quang PL của hai hệ mẫu Fe3O4@ZnO và ZnO
Hình 3.21 trình bày phổ huỳnh quang của các mẫu được kích thích bởi laser có bước sóng là 350 nm. Trên phổ huỳnh quang có thể thấy dải kích thích của các mẫu tương đối rộng với khoảng bước sóng từ 393 nm đến 410 nm. Ta có thể quan sát thấy cường độ huỳnh quang của mẫu composite giảm đáng kể so với mẫu ZnO.
Cường độ(Đ.v.t.y)
Việc suy giảm cường độ phổ PL có liên quan đến suy giảm tốc độ tái hợp cặp điện tử lỗ trống trong mẫu bán dẫn, do đó các mẫu có cường độ phổ PL thấp hơn hứa hẹn sẽ cho hiệu xuất quang xúc tác tốt hơn. Trên phổ huỳnh quang của mẫu composite có thể quang sát thấy ngoài phát xạ tại đỉnh gần cấu trúc bờ vùng của ZnO có thể quan sát thấy phát xạ yếu trong vùng bước sóng từ 450 nm đến 900 nm. Phát xạ này có xu hướng dịch về bước sóng dài so với đỉnh của ZnO. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng phát xạ trong vùng 550 nm-650 nm trong mẫu ZnO có liên quan đến khuyết thiếu Oxi trong mẫu [30], tuy nhiên ở mẫu vật liệu tổ hợp phát xạ này mở rộng và dịch về bước sóng 725 nm. Điều này có thể kiên quan đến cấu trúc vỏ lõi và vai trò của hạt nano Fe3O4 có trong vật liệu tổ hợp.
Hình 3.23. Phổ huỳnh quang PL của hai hệ mẫu Fe3O4@ZnO và ZnO trong vùng bước sóng từ 450nm-900nm
Để hiểu rõ hơn về bản chất và nguồn gốc tái hợp điện tử lỗ trống trong các mẫu Fe3O4@ZnO, chúng tôi sử dụng phương pháp làm khớp hàm Gauss các đỉnh phổ PL của các mẫu. Kết quả sau khi làm khớp vị trí đỉnh phổ phát xạ phù hợp với một số nghiên cứu trước đây về Fe3O4@ZnO [35-37].