Kết quả cho thấy:
x Giá trị từ độ bão hòa của vật liệu Fe3O4 là Ms = 77,2 emg/g khi từ trường đạt giá trị H = 15 kOe.
x Giá trị từ trường được đặt vào để loại bỏ từ độ hay cảm ứng điện từ của vật liệu, lực kháng từ Hc = 14,52 Oe.
x Giá trị từ độ còn giữ lại trong vật liệu sau khi từ trường bên ngoài được loại bỏ là Mr = 2,17 emu/g.
Như vậy, Fe3O4 là vật liệu có tính chất từ tính, dễ đáp ứng với từ trường bên ngoài và phục hồi lại khi loại bỏ từ trường.
3.3 Đặc trưng cấu trúc vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4 3.3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4 3.3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4
Cấu trúc tinh thể vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4 được thể hiện qua giản đồ nhiễu xạ tia X.
Hình 3.10 Phổ nhiễu xạ tia X của BiOI, BiOI/rGO5%, BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
47
x Pic đặc trưng của vật liệu BiOI là 2θ = 10,96°, 25,6°, 30,56°, 32,36°, 46,48°, 53,56°, 57,92°, 67,86° tương ứng với các đỉnh nhiễu xạ (001), (101), (102), (110), (200), (114), (212), (220) phù hợp với các đỉnh nhiễu xạ của BiOI [63].
x Pic đặc trưng của vật liệu graphen oxit đã khử (rGO) là 2θ = 26,2º, pic đặc trưng của vật liệu Fe3O4 là 2θ = 30,2º, 35,4º, 43,28º, 53,38º, 57,78º và 62,72º. Tuy nhiên, trong vật liệu BiOI/rGO5% và BiOI/rGO/Fe3O4(5%), các đỉnh nhiễu xạ của BiOI thể hiện rõ ràng hơn do hàm lượng rGO và Fe3O4 trong tổ hợp xúc tác thấp. Ngoài ra, điều này cũng cho thấy sự phân tán hoàn toàn của xúc tác thành phần đạt được trong quá trình tổng hợp xúc tác [62].
Như vậy, dựa trên giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) có thể cho thấy quy trình tổng hợp vật liệu BiOI, BiOI/rGO5% và BiOI/rGO/Fe3O4(5%) đã được thực hiện thành cơng.
3.3.2 Hình thái vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4
Hình thái học của vật liệu bismuth oxyiodide (BiOI), BiOI/rGO5% và BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) được thể hiện qua ảnh hiển vi điện tử quét (FE-SEM):
Hình 3.11 Ảnh FE-SEM của BiOI (a,b)
Hình 3.12 Ảnh FE-SEM của BiOI/rGO5% (c,d)
48 Quan sát các ảnh SEM có thể rút ra một số nhận xét sau:
x Ảnh FE-SEM của BiOI cho thấy vật liệu bismuth oxyiodide (BiOI) có hình dạng các tấm xếp xen kẽ với nhau, đây là hình thái phổ biến của vật liệu BiOI theo phương pháp kết tủa [13].
x Ảnh FE-SEM của BiOI/rGO5% cho thấy các tấm BiOI đã có sự thay đổi, tuy nhiên cần các nghiên cứu đặc trưng khác để quan sát rõ hơn sự hiện diện của rGO.
x Ảnh FE-SEM của BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) cho thấy vật liệu Fe3O4 có hình cầu nằm phân bố trên các tấm BiOI, rGO và được bao phủ một lớp mỏng của các thành phần cấu thành khác.
3.3.3 Thành phần nguyên tố trong vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4
Thành phần nguyên tố, thành phần khối lượng và phân bố nguyên tố vật liệu được thể hiện qua ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp với phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) như sau:
Hình 3.14 Phổ EDS của BiOI/rGO5%
49
Hình 3.16 Ảnh Mapping của BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Kết quả cho thấy:
x Phổ EDS của BiOI/rGO5% và BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) giúp xác định sự hiện diện của các nguyên tố Bi, I, C, O, Fe trong tổ hợp xúc tác.
x Ảnh Mapping của BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) cho thấy sự phân bố khá đồng đều của các nguyên tố trong tổ hợp xúc tác quang.
3.3.4 Diện tích bề mặt riêng và phân bố mao quản vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4
Diện tích bề mặt riêng và kích thước mao quản của vật liệu BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) xác định theo phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp nitơ (N2) và được tính tốn theo phương trình BET.
Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 (a) và đường phân bố mao quản (b) của vật liệu BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Kết quả cho thấy:
x Đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ N2 của BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) là đường loại IV, ứng với vật liệu mao quản trung bình, trong đó đường hấp phụ và đường nhả hấp phụ khơng trùng nhau, tạo vịng trễ. Từ phương trình đẳng
50 nhiệt hấp phụ BET, diện tích bề mặt BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) được xác định là 22,75 m2/g, trong khi diện tích bề mặt của vật liệu BiOI là 11,51 m2/g. Diện tích bề mặt tăng lên cũng đồng nghĩa khả năng hấp phụ và tiếp xúc chất ô nhiễm của vật liệu cũng tăng lên, từ đó tăng cường hoạt tính của xúc tác quang.
3.3.5 Tính chất quang học vật liệu BiOI và BiOI/rGO/Fe3O4
Tính chất quang học vật liệu BiOI, BiOI/rGO5%, BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) như khả năng hấp thụ ánh sáng, năng lượng vùng cấm được thể hiện qua phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-VIS DRS) như sau:
Hình 3.18 Phổ UV-VIS DRS của BiOI, BiOI/rGO5%, BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Kết quả cho thấy:
x Bước sóng hấp thụ ánh sáng của vật liệu BiOI tập trung trong khoảng 630-650 nm, tương ứng với vùng ánh sáng khả kiến. Sau khi bổ sung graphen oxit đã khử (rGO), bước sóng hấp thụ của vật liệu BiOI/rGO5% tăng lên, trong khoảng 730-750 nm và trong khoảng 770-790 nm khi kết hợp thêm vật liệu Fe3O4.
x Năng lượng vùng cấm của tổ hợp quang xúc tác trên có thể dựa trên phương trình Tauc (3.1).
Bảng 3.1 Năng lượng vùng cấm của xúc tác quang
Xúc tác quang Năng lượng vùng cấm Eg (eV)
BiOI 2,08 BiOI/rGO5% 1,76 BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) 1,70
Năng lượng vùng cấm của xúc tác BiOI giảm đi khi kết hợp thêm rGO và Fe3O4, điều này cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu được tăng cường, xúc tác quang dễ dàng bị kích thước bởi năng lượng ánh sáng thấp ( 1,7eV) để hình thành electron và lỗ trống quang sinh cho quá trình phân hủy chất hữu cơ gây ơ nhiễm mơi trường nước.
3.3.6 Tính chất từ tính của vật liệu BiOI/rGO/Fe3O4
Tính chất từ tính của vật liệu được thể hiện qua đường cong từ trễ (VSM) như sau:
51
Hình 3.19 Đường cong từ trễ của Fe3O4 và BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Trong kỹ thuật nghiên cứu trên cho thấy:
Bảng 3.2 Giá trị từ tính của Fe3O4 và BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Vật liệu Fe3O4 BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%)
Từ độ bão hòa - (Ms) 77,2 emu/g 10,6 emu/g Lực kháng từ - (Hc) 14,52 Oe 10,85 Oe
Từ dư - (Mr) 2,17 emu/g 0,15 emu/g
Như vậy, bằng việc bổ sung thêm Fe3O4, xúc tác BiOI/rGO5%/Fe3O4(5%) cho thấy tính chất từ tính của vật liệu, kết hợp với giá trị từ dư và lực kháng từ thấp hơn so với Fe3O4 ban đầu cho thấy vật liệu dễ đáp ứng với từ trường bên ngoài và phục hồi lại khi loại bỏ từ trường, tránh hiện tượng kết tụ tại một điểm, từ đó nâng cao khả năng phân bố đồng đều của xúc tác.
3.4 Hoạt tính quang xúc tác của BiOI/rGO/Fe3O4 trong q trình phân hủy Rhodamin B Rhodamin B
3.4.1 Ảnh hưởng của thành phần khối lượng rGO
Ảnh hưởng của thành phần khối lượng rGO trong tổ hợp xúc tác BiOI/rGO được đánh giá qua phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS và phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-VIS như sau: