4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
3.2.1. Kết quả đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis
Hình 3.7(a) mô tả các đồ thị của phổ phản xạ khuếch tán của các mẫu S0, S025, S05, S1 và S2. Bờ hấp thụ của vật liệu được xác định dựa vào lý thuyết Kubelka-Munk cho quá trình phân tích phổ phản xạ khuếch tán của các mẫu. Trong trường hợp giới hạn mẫu dày vô hạn, độ dày của mẫu và giá giữ mẫu không ảnh hưởng đến giá trị độ phản xạ R. Hàm Kubelka-Munk có thể được xác định bởi phương trình sau:
2 (1 ) ( ) 2 R F R R − = (3.2) Ở đây, R là độ phản xạ và F(R) là hàm Kubelka-Munk.
Bề rộng vùng cấm (Eg) của vật liệu bán dẫn có thể được tính toán từ phép đo phổ phản xạ bằng cách áp dụng hàm Kubelka-Munk:
( ) ( g)n
F R h = A h −E (3.3)
Ở đây, A là hằng số, n là hằng số mũ, xác định kiểu chuyển dời quang học. Trong trường hợp chuyển dời cho phép trực tiếp (chẳng hạn ZnO) thì n
có giá trị ½. Bề rộng vùng cấm của vật liệu được xác định từ đồ thị của
[F(R)h]2 theo h. Theo phương trình (3.3), sự phụ thuộc của [F(R)h]2 theo
h có dạng tuyến tính và khi [F(R)h]2 = 0 thì Eg = h. Do đó, giá trị của Eg
sẽ là điểm gặp trục h (thường là trục hoành) của đường tiếp tuyến tại điểm dốc nhất của đồ thị hàm [F(R)h]2 theo h.
Hình 3.7 (a) Phổ phản xạ khuếch tán và (b) Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của [F(R)*hν]2 theo năng lượng photon [hν] tương ứng của các mẫu S0, S025, S05, S1 và S2
Hình 3.7(b) mô tả quá trình xác định bờ hấp thụ của các mẫu. Bờ hấp thụ của các mẫu S0, S025, S05, S1 và S2 có giá trị lần lượt là 3,27; 3,25; 3,26; 3,22 và 2,95 eV. So với mẫu S0 (ZnO tinh khiết), các mẫu C/ZnO hiển thị sự dịch chuyển đỏ của bờ hấp thụ quang và sự hấp thụ ánh sáng tăng lên trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Quá trình hấp thụ ánh sáng tăng lên trong vùng ánh sáng nhìn thấy là rất quan trọng cho các vật liệu C/ZnO trong ứng dụng xúc tác quang. Bờ hấp thụ quang của ZnO giảm dần khi nồng độ cacbon tăng lên
có thể được giải thích là do quá trình pha tạp các nguyên tử C trong mạng tinh thể ZnO trong suốt quá trình chế tạo, dẫn đến sự dịch chuyển lên trên của dải hóa trị đối với hệ C/ZnO so với ZnO tinh khiết. Ngoài ra, đối với mẫu S025 (nồng độ C nhỏ), một bờ dải hấp thụ xuất hiện tại bước sóng lân cận 720nm. Điều này chứng tỏ có sự hình thành các mức tạp chất sâu ở giữa vùng cấm của ZnO do pha tạp cacbon, nút khuyết oxy,... trong mạng nền ZnO.