CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.6. Vật liệu TiO2 pha tạp
Độ rộng vùng cấm của TiO2 tương đối lớn (3,23 eV đối với TiO2 ở dạng anatase) nên vật liệu này chỉ sử dụng được khi có kích thích ánh sáng tia tử ngoại (λ ≤ 380 nm) mà phần ánh sáng tử ngoại này chỉ chiếm 3-5% trong phổ mặt trời. Do đó, một thách thức cho các nhà khoa học là làm tăng tính quang hóa của TiO2 trong miền ánh sáng nhìn thấy [17]. Những năm gần đây giải pháp được đưa ra nhiều nhất là pha tạp vào trong nền bán dẫn các nguyên tố kim loại chuyển tiếp như (Fe, Cr, Mn, Pt,…)
hoặc phi kim (như N, C, S,…) vào trong mạng lưới tinh thể của TiO2 để tạo ra các mức năng lượng trung gian trong vùng cấm nhằm giảm độ rộng của năng lượng vùng cấm và cho bước sóng kích thích dịch chuyển sang vùng bước sóng dài [24].
Sự pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp hoặc các ion kim loại nhóm đất hiếm được khảo sát một cách rộng rãi để tăng cường sự hoạt động quang hóa của TiO2 [24, 61]. Choi và cộng sự [24] đã tiến nghiên cứu phản ứng quang của 21 loại ion kim loại được pha tạp vào TiO2. Kết quả cho thấy, sự pha tạp ion kim loại có thể mở rộng hoạt tính quang của TiO2.
Khi thực hiện pha tạp các kim loại chuyển tiếp, một phần Ti4+ trong khung mạng được thay thế bởi cation kim loại chuyển tiếp và khi pha tạp với các phi kim, một phần O2- được thế bởi các anion phi kim [13]. Theo báo cáo kết quả của nhóm các nhà nghiên cứu Nghiêm Bá Xuân và Mai Tuyên cho rằng khi pha tạp TiO2 với kim loại chuyển tiếp (V, Cr, Fe...) và pha tạp TiO2 với á kim (N) ta có thể nhận thấy sự dịch chuyển bước sóng từ vùng ánh sáng tử ngoại (bước sóng ~ 380 nm) sang vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 400 – 500 nm) [13]. Việc điều chế thành công các vật liệu TiO2 pha tạp sẽ phát triển đa dạng ứng dụng hơn nữa của loại vật liệu này vào thực tế đời sống.