Mục đích: Nhiễu xạ tia X là một phương pháp dùng để nghiên cứu cấu trúc
tinh thể, xác định thành phần pha rắn (tinh thể) và ước lượng kích thước hạt trung bình của các hạt vật liệu.
Nguyên tắc: Khi tia X chiếu vào một mẫu bột, các lớp tinh thể của mẫu hoạt
động giống như những tấm gương phản xạ chùm tia X (Hình 2.1). Các tia phản xạ từ mặt phẳng nút của tinh thể sẽ giao thoa với nhau khi hiệu số đường đi của các tia là số nguyên lần bước sóng. Điều này thể hiện trong phương trình Bragg:
2d sinθ = nλ Trong đó:
: Bước sóng tia X (Å)
n: Bậc phản xạ (n là số nguyên dương)
: Góc hợp bởi tia tới và mặt phẳng mạng tinh thể d: Độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song
Hình 2.1. Sự nhiễu xạ tia X qua mạng tinh thể
Kích thước cỡ nanomet của tinh thể có ảnh hưởng đáng kể đến độ rộng vạch nhiễu xạ. Khi kích thước hạt giảm, các vạch nhiễu xạ quan sát được mở rộng so với các vạch tương ứng trong vật liệu khối. Kích thước hạt có thể được đánh giá từ độ rộng của vạch nhiễu xạ tương ứng với mặt phẳng phản xạ từ công thức Debye- Scherrer:
Công thức Debye -Scherrer: d = K B.cos Trong đó: d: Kích thước hạt trung bình (nm) K: Hệ số bán thực nghiệm ( K= 0,8 – 1,3) và thường chọn K = 0,9 λ: Bước sóng của tia X đơn sắc (nm)
2θ: Góc nhiễu xạ của vạch nhiễu xạ cực đại (độ) B: Độ rộng nửa chiều cao vạch nhiễu xạ cực đại (rad)
Thực nghiệm: Các giản đồ XRD đựơc ghi trên thiết bị D8-Advance 5005 tại
Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Điều kiện ghi: Bức xạ kα của anot Cu (với bước sóng K = 1,5406 Å), nhiệt độ phịng là 25oC, góc qt 2θ từ 10o đến 70o, tốc độ quét 0,03o/giây.
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM)
Mục đích: Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình thái bề mặt của
vật liệu. Đây là phương pháp đặc biệt hữu hiệu, bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho
Nguyên tắc: Một chùm tia điện tử đi qua các thấu kính điện từ tiêu tụ thành
một điểm rất nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu. Khi các điện tử của chùm tia tới va chạm với các ngun tử ở bề mặt vật rắn thì có nhiều hiệu ứng xảy ra.
Từ điểm ở bề mặt mẫu mà chùm điện tử chiếu đến, có nhiều loại hạt, loại tia được phát ra gọi chung là các loại tín hiệu. Mỗi loại tín hiệu phản ánh một đặc điểm của mẫu tại thời điểm được điện tử chiếu đến (số lượng điện tử thứ cấp phát ra phụ thuộc độ lồi lõm ở bề mặt mẫu, số điện tử tán xạ ngược phát ra phụ thuộc nguyên tử số Z, bước sóng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tố nào…). Cho chùm điện tử quét lên mẫu, và quét một cách đồng bộ một tia điện tử trên một màn hình. Thu và khuếch đại một loại tín hiệu nào đó từ mẫu phát ra để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình, ta thu được ảnh. Nếu thu tín hiệu ở mẫu là điện tử thứ cấp ta có kiểu ảnh điện tử thứ cấp, độ sáng tối trên ảnh cho biết độ lồi lõm trên bề mặt mẫu. Với các mẫu dẫn điện, chúng ta có thể thu trực tiếp điện tử thứ cấp của mẫu phát ra, còn với các mẫu không dẫn điện chúng ta phải tạo trên bề mặt mẫu một lớp kim loại (thường là vàng hoặc platin).
Thực nghiệm: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu vật liệu được chụp
bằng thiết bị Jeol 5410 LV tại khoa Vật Lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
2.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ phản xạ khuyếch tán UV – Vis (UV-DRS)
Mục đích: Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis là một phương pháp quan trọng
dùng để xác định Ebg (khe năng lượng vùng cấm) của vật liệu. Đây là phương pháp dùng để xác định các chất khác nhau và trạng thái tồn tại của chúng.
Nguyên tắc: Phương pháp này dựa trên bước nhảy của electron từ obitan có
mức năng lượng thấp lên obitan có mức năng lượng cao khi bị kích thích bằng các tia bức xạ trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến có bước sóng nằm trong khoảng 200 – 800 nm. Sự chênh lệch về năng lượng giữa mức năng lượng thấp nhất của vùng dẫn và năng lượng cao nhất của vùng hóa trị được gọi là khe năng lượng vùng cấm Ebg. Ebg của vật liệu cách điện thường lớn (>4 eV). Đối với vật
liệu bán dẫn, khi bị kích thích bởi một photon có năng lượng đủ lớn, electron sẽ nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Ebg được tính bằng cơng thức :
1240 ( ) bg E eV
Thực nghiệm: Phổ UV-Vis của vật liệu quang xúc tác được đo tại khoa Vật
Lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.