3.1.2.1. Phổ XRD của vật liệu
Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu ZnO nguyên chất và ZnO pha tạp 1% Mn được chỉ ra trong hình 3.2
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample ZnO
01-089-0510 (C) - Zinc Oxide - ZnO - Y: 78.32 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 3.24880 - b 3.24880 - c 5.20540 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P63mc (186) - 2 - 47.58
1)
File: Thoa mau ZnO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Left Angle: 35.270 ° - Right Angle: 37.340 ° - Left Int.: 5.00 Cps - Right Int.: 5.00 Cps - Obs. Max: 36.257 ° - d (Obs. Max): 2.476 - Max Int.: 1459 Cps - Net Height: 1454 Cps - FWHM: 0.262 ° - Chord Mid.
Lin (C ps ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=2. 814 d=2. 605 d=2. 476 d=1. 910 d=1. 625 d=1. 476 d=1. 406 d=1. 378 d=1. 358
a) Giản đồ XRD của vật liệu ZnO nguyên chất
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample ZnO
00-005-0664 (D) - Zincite, syn - ZnO - Y: 57.87 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 3.24900 - b 3.24900 - c 5.20500 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P63mc (186) - 2 - 47.5
1)
File: Nguyet mau ZnO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° Left Angle: 35.120 ° - Right Angle: 37.550 ° - Left Int.: 5.00 Cps - Right Int.: 5.00 Cps - Obs. Max: 36.221 ° - d (Obs. Max): 2.478 - Max Int.: 648 Cps - Net Height: 643 Cps - FWHM: 0.449 ° - Chord Mid.: 3
Lin (C ps ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=2. 816 d=2. 607 d=2. 479 d=1. 913 d=1. 625 d=1. 478 d=1. 408 d=1. 378 d=1. 358
b) Giản đồ XRD của vật liệu Mn(1%)- ZnO Hình 3.2. Giản đồ XRD của vật liệu
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X của ZnO và ZnO được pha tạp 1% Mn đều thấy xuất hiện các pic đặc trưng tại các vị trí 2θ = 31,68o ; 34,36o; 36,18o tương ứng với các họ mặt mạng (1 0 0), (0 0 2), (1 0 1) của tinh thể ZnO với cấu trúc lục phương wurtzite. Như vậy, việc pha tạp Mn2+ vào ZnO không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của ZnO. Đồng thời, trên giản đồ XRD của ZnO được pha tạp 1% Mn không quan sát được các pic đặc trưng cho mangan oxit. Kết quả này có thể do hàm lượng của mangan oxit khá thấp nằm dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp nhiễu xạ tia X hoặc do một phần Mn2+ đã thay thế Zn2+ trong cấu trúc tinh thể của ZnO.
Từ giản đồ XRD và áp dụng cơng thức Debye- Scherrer, tính được kích thước tinh thể trung bình của ZnO nguyên chất và ZnO được pha tạp 1% Mn tương ứng là 31,9 nm và 18,6 nm.
3.1.2.2. Ảnh SEM của vật liệu Mn(1%)- ZnO
Ảnh SEM của vật liệu ZnO pha tạp 1% Mn được chỉ ra trong hình 3.3 Faculty of Chemisty, HUS, VNU, D8 ADVANE-Bruker- Sample ZnO- 1%Mn
Hình 3.3. Ảnh SEM vật liệu Mn(1%)- ZnO
Từ ảnh SEM cho thấy sản phẩm có kích thước hạt tương đối đều nhau và tương đối nhỏ (khoảng từ 15-30 nm). Kích thước hạt từ ảnh SEM cũng phù hợp với kích thước tinh thể trung bình tính theo cơng thức Debye- Scherrer (khoảng 19nm).
3.1.2.3. Phổ EDX của vật liệu Mn(1%)- ZnO
Để xác định sự có mặt của các nguyên tố có mặt trong sản phẩm, chúng tôi đã chụp phổ EDX của mẫu ZnO pha tạp 1% Mn. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.4:
Bảng 3.2. Thành phần các nguyên tố có trong mẫu Mn(1%)- ZnO
Thành phần nguyên tố
Oxi (O) Mangan (Mn) Kẽm (Zn) Tổng
24,13% 0,71% 75,16% 100%
Trên phổ EDX cho thấy xuất hiện pic đặc trưng của Mn ở vị trí 5,9 keV chứng tỏ sự có mặt của Mn2+ trong vật liệu ZnO và ion Mn2+ đã thay thế một phần các vị trí của ion Zn2+ trong cấu trúc lục phương Wurtzite của ZnO.
Bảng 3.2 đã chỉ ra rằng phần trăm khối lượng của Mn là 0,71% là tương đối phù hợp với tỷ lệ Mn2+ cho vào trong thực tế; còn phần trăm khối lượng của Zn là 75,16% nhỏ hơn so với lượng thực tế cho vào (79,7%), điều này có thể là do Mn2+
đã thay thế
một phần Zn2+ trong mạng lưới của ZnO.
3.1.2.4. Phổ UV-VIS
Như chúng ta biết ZnO có năng lượng vùng cấm khá cao 3,3 eV, nên đặc tính quang xúc tác của nó chủ yếu thể hiện trong vùng tử ngoại. Việc pha tạp ZnO bằng Mn2+ nhằm mục đích làm giảm năng lượng vùng cấm, kéo dài sự hấp thụ ánh sáng của ZnO về vùng khả kiến. Khả năng hấp thụ quang của ZnO nguyên chất và ZnO được pha tạp Mn được xác định bằng phương pháp phổ UV – VIS. Các kết quả được chỉ ra ở hình 3.5
200 300 400 500 600 700 8000.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Abso rbra ce Wavelenght ZnO ZnO-0.5% ZnO-1% ZnO-1.5%
Hình 3.5.Phổ UV-VIS của ZnO nguyên chất và ZnO pha tạp Mn theo các % khác nhau
Từ phổ hấp thụ UV-VIS cho thấy: Trong vùng ánh sáng tử ngoại (λ từ 200 đến 400nm), khả năng hấp thụ ánh sáng của ZnO nguyên chất và ZnO pha tạp Mn đều rất cao, tuy nhiên độ hấp thụ của ZnO pha tạp Mn giảm một ít so với ZnO nguyên chất. Trong vùng ánh sáng khả kiến (λ từ 400 đến 800 nm), khả năng hấp thụ ánh sáng của cả ZnO nguyên chất và ZnO pha tạp Mn đều giảm, sự giảm này thể hiện rõ nhất ở ZnO nguyên chất. Khi λ > 420 nm, độ hấp thụ của ZnO nguyên chất chỉ đạt dưới 0,1 còn độ hấp thụ quang của ZnO pha tạp Mn nằm trong khoảng (0,6 ÷ 0,15). Điều này chứng tỏ độ hấp thụ quang trong vùng khả kiến của ZnO pha tạp Mn được cải thiện rõ rệt. Điều này có thể do một số ion Mn2+ thay thế các vị trí của Zn2+ làm tăng vị trí khuyết tật, đồng thời sự tương tác giữa các electron d của Mn với các electron p của Zn và O dẫn đến việc làm giảm năng lượng vùng cấm của ZnO pha tạp Mn so với ZnO nguyên chất. Kết quả là ZnO pha tạp Mn đã mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng về vùng ánh sáng khả kiến.