Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.4. Phổ huỳnh quang (PL): Đo ở2 ánh sáng kích thích là 325 nm
Hình 3.7 trình bày phổ huỳnh quang của các mẫu được kích thích bởi laser có bước sóng là 325 nm. Trên phổ huỳnh quang có thể thấy dải kích thích của các mẫu tương đối rộng với khoảng bước sóng từ 350 nm đến 650 nm. Độ mở rộng dải kích thích tăng dần theo thời gian nung, đặc biệt ở mẫu 4h phổ kích thích mở rộng một cách rõ rệt. Đối với các mẫu 1h đến 3h có thể quan sát thấy cường độ huỳnh quang giảm dần theo thời gian nung, tuy nhiên mẫu 4h không tuân theo quy luật này. Việc
1 h 2 h
4 h 3h
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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.
Để hiểu rõ hơn về bản chất và nguồn gốc tái hợp điện tử lỗ trống trong các mẫu g-C3N4 chế tạo theo thời gian khác nhau, chúng tôi sử dụng phương pháp làm khớp hàm Gauss các đỉnh phổ PL của các mẫu. Kết quả làm khớp được trình bày trên bảng 3.4, vị trí các đỉnh phổ phát xạ phù hợp với một số nghiên cứu trước đây về g- C3N4 [45, 48, 49]. Các mẫu g-C3N4 được xác định gồm 4 tâm phát xạ với đỉnh P1 (428 nm) không thay đổi khi tăng thời gian đốt mẫu. Theo kết quả nghiên cứu của một số công bố trước đây trên vật liệu g-C3N4, trạng thái vùng cấm được được hình thành bởi các dải δ bao gồm các liên kết sp3 C-N, dải 𝜋 bao gồm các liên kết sp2 C-N và dải LP bao gồm các cặp điện tử lẻ cặp của nguyên tử N. Phổ huỳnh quyang của g-C3N4 có nguồn gốc từ 3 q trình chuyển mức khác nhau δ*LP, π*LP và π*π. Trong
đó, δ* và π* là các trạng thái phản liên kết, còn δ và π là các mức liên kết [48]. Từ kết quả trên bảng 3.4, có thể đưa ra mơ hình tái hợp cặp điện tử lỗ - trống và cơ chế phát xạ ánh sáng trong mẫu chế tạo như sau: Khi bị kích thích bởi ánh sáng bước sóng 325 nm, điện tử ở vùng hóa trị 𝛿 chuyển lên vùng dẫn 𝛿*, nguồngốc của phát xạ P1 liên quan đến đỉnh phát huỳnh quang cho chuyển mức năng lượng điện tử giữa dải σ* ở vùng dẫn về dải LP vùng hóa trị [50]. P2 đặc trưng cho đỉnh phát huỳnh quang của chuyển mức giữa dải σ* vùng dẫn và dải 𝜋 vùng hóa trị, sự tái hợp điện tử-lỗ trống này có thể xảy ra giữa liên kết cầu của nguyên tử N và vòng the tri-s-triazine [49]. Fang và cộng sự cho rằng khi tính ổn định của cấu trúc vòng tri-s-triazine được tăng cường, sẽ làm giảm mức năng lượng của obitan 𝜋, do đó có thể xảy ra chuyển mức σ* vùng dẫn và dải 𝜋 vùng hóa trị [49]. Đỉnh phát xạ P2 có thể do chuyển mức từ dải
𝜋 * ở vùng dẫn về dải LP ở vùng hóa trị [48]. Đỉnh P4 có thể là kết quả của chuyển
mức năng lượng điện tử từ 𝜋 *→ 𝜋. Có thế thấy khi tăng thời gian phản đốt mẫu, đỉnh P2 có sự dịch về bước sóng thấp trong khi đó các đỉnh phát xạ P3 và P4 được mở rộng và dịch về bước sóng dài. Sự thay đổi vị trí đỉnh phát xạ P2, P3 và P4 có thể được giải thích là do sự mở rộng của mạng tinh thể cũng như tăng cường các liên kết của các nhóm amino vào vịng tri-s-triazine khi tăng thời gian nung mẫu. Do đó giảm tính ổn định của vòng tri-s-triazine và dải 𝜋 sẽ được mở rộng, gây nên sự thu hẹp của độ rộng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vùng cấm của liên kết sp2 C-N [48]. Kết quả này phù hợp với kết quả thu được từ phổ FTIR, khi tăng thời gian nung, thì cường độ dao động gắn với liên kết của vòng tri-s- triazine giảm và dao động của các nhóm amino được tăng cường.
Bảng 3.2. Kết quả vị trí các đỉnh phổ phát xạ g-C3N4 Mẫu Vị trí đỉnh Mẫu Vị trí đỉnh P1(nm) Vị trí đỉnh P2(nm) Vị trí đỉnh P3(nm) Vị trí đỉnh P4(nm) 1h 428 449 480 526 2h 428 447 481 527 3h 428 446 481 528 4h 427 447 484 531
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang của các mẫu dưới ánh sáng kích thích
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.7. Phổ huỳnh quang và kết quả khớp hàm Gaussian của mẫu 1h
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang và kết quả khớp hàm Gaussian của mẫu 3h
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn