Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.5. Phổ hấp thụ UV-vis của vật liệu
Hình 3.11 trình bày phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu g-C3N4 được chế tạo theo thời gian nung khác nhau. Kết quả cho thấy, bờ hấp thụ của các mẫu ở khoảng bước sóng từ 420-460 nm, tương ứng với dịch chuyển mức năng lượng từ vùng hóa trị được hình thành bởi các obitan 2p của N tới vùng dẫn tạo bởi obitan 2p của C [51]. Khi thời gian đốt tăng từ 1h lên 4h, bờ hấp thụ có xu hướng dịch về phía ánh sáng có bước sóng dài. Từ bờ hấp thụ trên phổ hấp thụ, sử dụng công thức 𝛼ℎ𝜈 =
𝐴(ℎ𝜈 − 𝐸𝑔)𝑛có thể xác định được giá trị độ rộng vùng cấm Eg [52]. Trong công thức
trên, A là một hằng số và n phụ thuộc vào việc chuyển mức năng lượng: n = 1/2 nếu chuyển mức là trực tiếp cho phép, n = 2 nếu chuyển mức gián tiếp được phép. Theo các công bố trên vật liệu g-C3N4, độ rộng vùng cấm của vật liệu này được xác định vùng cấm xiên [46, 51]. Do đó, độ rộng vùng cấm của các mẫu được xác định bằng cách ngoại suy phần tuyến tính của đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của (h)1/2
theo năng lượng (h) (Tauc plots). Hình 3.6 minh họa sự phu thuộc của (h)1/2 theo năng lượng (h). Các giá trị độ rộng vùng cấm được trình bày trong bảng 3.3. Kết quả thu được từ bảng 3.3 thấy rằng thời gian nung ảnh hưởng đến độ rộng vùng cấm của các mẫu g-C3N4. Khi tăng thời gian đốt từ 1h đến 4h thì độ rộng vùng cấm của các mẫu giảm từ 2.63 eV về 2.52 eV. Theo công bố của tác giả Fang [49], sự thu hẹp độ rộng vùng cấm có liên quan đến sự gia tăng của mức độ polymer hóa và tăng cường hệ thống liên kết pi. Như vậy, sự thu hẹp động rộng vùng cấm liên quan đến sự tăng cường các liên kết giữa các điện tử trong obitan pi hay chính là sự gia tăng tính ổn định của cấu trúc hóa học hay chất lượng tinh thể của g-C3N4. Kết quả thu được từ phổ nhiễu xạ XRD và FTIR cho thấy rằng chất lượng tinh thể của g-C3N4 tăng khi khi tăng thời gian phản ứng. Như vậy, kết quả nghiên cứu của chúng tôi một lần nữa cho thấy là vật liệu g-C3N4 có độ tinh thể cao thì độ rộng vùng cấm sẽ thu hẹp lại. Với độ rộng vùng cấm của các mẫu trong khoảng 2.63 eV- 2.53 eV hứa hẹn tăng cường khả năng quang xúc tác trong vùng ánh sáng nhìn thấy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.11. Phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu g-C3N4 được chế tạo
theo các thời gian khác nhau
Hình 3.12. Phổ năng lượng vùng cấm UV-vis của các mẫu g-C3N4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bảng 3.3. Kết quả đo giá trị độ rộng vùng cấm của hệ vật liệu g-C3N4 Mẫu Giá trị vùng cấm xiên (eV) Mẫu Giá trị vùng cấm xiên (eV)
1h 2,63
2h 2,57
3h 2,55
4h 2,52