CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.5. Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của màng TiO2 và TiO2 pha
3.5.3. Sự phụ thuộc của cường độ dòng quang theo loại ánh sáng
Như chúng ta đã biết khi phân tích kết quả phổ UV- vis màng TiO2 tinh khiết hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại khoảng 340 nm và màng TiO2 pha tạp có bờ hấp thụ dịch sang vùng ánh sáng nhìn thấy. Để chứng minh tác dụng quang của ánh sáng nhìn thấy đối với màng pha tạp tơi tiến hành đo quang điện hóa của hai mẫu màng TiO2 tinh khiết và màng TiO2–V trong dung dịch điện phân là Na2SO4 0.1 M với pH = 11 dưới bóng đèn cao áp thủy ngân và bóng đèn cao áp thủy ngân có chặn kính để hấp thụ vùng tử ngoại. Hình 3.11 cho thấy thủy tinh có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại vùng dưới 350 nm.
200 400 600 800 0 1 2 3 4 D o hap t hu (nm)
Hình 3.11. Phổ hấp thụ của tấm kính thủy tinh
Trước tiên ta thực hiện phép đo với màng TiO2 tinh khiết mà khoảng cách từ điện cực đến bóng đèn là 16 cm dưới ánh sáng bóng đèn cao áp thủy ngân khi có tấm kính chặn và khi khơng có tấm kính.
Trên hình 3.12 trình bày sự phụ thuộc dòng quang vào thế đối với màng TiO2 tinh khiết. Trên hình cho thấy đường a biểu diễn sự phụ thuộc dịng vào thế đối khi chiếu bóng đèn cao áp thủy ngân mà khơng chặn tấm kính, tức là ánh sáng phát ra nằm trong vùng tử ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy. Đường b biểu diễn sự phụ thuộc dịng vào thế khi chiếu bóng đèn cao áp thủy ngân có chặn tấm kính để hạn chế vùng ánh sáng tử ngoại, tức là ánh sáng phát ra nằm trên vùng 350 nm.
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 I( A ) U(V)
a. Khong chan kinh b. Chan kinh
a
b
Hình 3.12. Sự phụ thuộc cường độ dòng quang vào thế của màng TiO2 tinh khiết khi chiếu đèn cao áp thủy ngân có chặn tấm kính và khơng chặn tấm kính tại d= 16 cm
với tốc độ quyét là 20 mV/s.
Nhìn trên hình 3.12 ta thấy cường độ dòng quang của màng khi chiếu ánh sáng của bóng đèn mà khơng chặn tấm kính lớn hơn cường độ dịng quang của bóng đèn khi bị chặn tấm kính. Cường độ dịng quang khi khơng bị chặn tấm kính là 0.97 mA, khi bị chặn tấm kính là 0.057 mA tại thế 0.2 V. Khi khơng bị chắn tấm kính cường độ dòng quang lớn gấp 17 lần so với cường độ dòng khi bị chặn. Do khi khơng bị chặn tấm kính ánh sáng phát ra của bóng đèn cao áp thủy ngân nằm trong cả vùng tử ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy, cịn khi bị chặn tấm kính thủy tinh hầu hết ánh sáng tử ngoại bị hấp thụ. Mà đối với màng titanđioxit tinh khiết thì chủ yếu hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng tử ngoại và gây ra hiệu ứng quang. Chính vì vậy, cường độ dòng quang của màng tinh khiết khi khơng có tấm kính lớn hơn cường độ dịng quang của màng khi có tấm kính chắn. Hay cường độ dịng quang khi màng được chiếu vùng ánh sáng tử ngoại và nhìn thấy lớn hơn cường độ dòng quang khi màng chỉ được chiếu ánh sáng nhìn thấy.
Sau đó để chứng minh khả năng mở rộng vùng hấp thụ của màng TiO2- 10%V ta lặp lại thí nghiệm tương tự như trên và thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang vào thế như hình 3.13. Trên hình 3.13 cho thấy
đường a biểu diễn sự phụ thuộc dòng quang vào thế khi điện cực được chiếu sáng mà khơng chặn tấm kính. Đường b biểu diễn sự phụ thuộc dòng quang vào thế khi điện cực được chiếu sáng mà bị chặn tấm kính.
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 I( A ) U(V)
a.Khong chan kinh b. Chan kinh a
b
Hình 3.13. Sự phụ thuộc cường độ dòng quang vào thế của màng TiO2: 10%V khi chiếu đèn cao áp thủy ngân có chặn tấm kính và khơng chặn tấm kính tại d= 12 cm
với tốc độ quyét là 20 mV/s.
Trên hình 3.13 ta thấy cường độ dịng quang của màng pha tạp dưới ánh sáng bóng đèn khi khơng bị chặn và có bị chặn tấm thủy tinh thay đổi rõ rệt so với màng tinh khiết. Ở đây, cường độ dòng quang của màng pha tạp dưới ánh sáng bóng đèn khi bị chặn tấm kính nhỏ hơn so với cường độ dòng quang khi bị chặn tấm kính. Cường độ dịng quang khi khơng bị chặn tấm kính lớn gấp 3.75 lần cường độ dịng quang khi bị chặn tấm kính. Điều này được giải thích do khi màng được pha tạp thì khả năng hấp thụ ánh sáng mở rộng hơn sang vùng ánh sáng nhìn thấy, nên khi bị chặn tấm kính thì màng vẫn có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Vì vậy cường độ dịng quang của màng pha tạp khi chiếu ánh sáng cả vùng tử ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy lớn hơn cường độ dòng quang màng khi chỉ chiếu ánh sáng vùng nhìn thấy.
Tóm lại, đối với màng tinh khiết cường độ dòng quang dưới ánh sáng bóng đèn cao áp thủy ngân lớn hơn 17 lần so với cường độ dòng quang dưới ánh sáng bóng đèn bị chặn kính thủy tinh. Đối với màng pha tạp cường độ dòng quang dưới bóng đèn cao áp thủy ngân khi khơng bị chặn tấm kính lớn gấp 3.75 lần cường độ dịng quang khi bị chặn tấm kính. Điều này, chứng tỏ màng pha tạp có khả năng hấp thụ vùng ánh sáng nhìn thấy tốt hơn màng tinh khiết.
Tuy nhiên, cường độ dòng quang cịn phụ thuộc vào cơng suất chiếu sáng của bóng nên chúng tơi tiến hành phép đo cường độ dịng quang theo các cơng suất chiếu sáng khác nhau.