CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2. Vật liệu quang phân hủy
1.2.3. Titan dioxit pha tạp lưu huỳnh trên cơ sở graphene aerogel
1.2.3.1.Giới thiệu
Các nguyên tố phi kim có năng lượng ion hóa cao và độ âm điện lớn như nitơ (N), cacbon (C), bo (B), lưu huỳnh (S), flo (F), clo (Cl) pha tạp vào TiO2 giúp tăng cường hoạt động quang phân hủy dưới ánh sáng nhìn thấy, dẫn đến cải thiện hiệu suất quang phân hủy [33].
Phi kim tác động lên vùng hóa trị thơng qua tương tác với electron O 2p. Phi kim giảm năng lượng vùng cấm của TiO2, mở rộng cũng như tăng cường khả năng hấp thu ánh sáng của TiO2, giúp bước sóng hấp thu dịch chuyển sang vùng ánh sáng đỏ [34].
Trong các nguyên tố phi kim, S là nguyên tố pha tạp hiệu quả. Vật liệu TiO2 sau khi pha tạp S thì khả năng hấp thu ánh sáng tăng lên đáng kể [34]. Tổng hợp TiO2 pha tạp S (S–TiO2), S được cho vào TiO2 dưới dạng anion. Anion S thay thế O2– trong phân tử TiO2 dẫn đến thu hẹp năng lượng vùng cấm và nâng cao hoạt động quang phân hủy. Trong khi pha tạp S dưới dạng cation, S6+ thay thế các Ti4+ trong cấu trúc tinh thể TiO2. Ngoài ra, TiO2 pha tạp cation S có hoạt tính quang phân hủy cao hơn TiO2 pha tạp C, N dưới ánh sáng nhìn thấy [35]. Kết hợp S–TiO2 với các vật liệu trên cơ sở Gr giúp cải thiện đáng kể hiệu suất quang phân hủy so với ban đầu. Cấu trúc nano S–TiO2 trên cơ sở Gr hoặc GA các đặc tính quang học, dẫn điện, diện tích bề mặt riêng lớn đóng vai trị là vật liệu truyền điện tích giúp ngăn cản tái tổ hợp e– và h+. Hơn nữa, các nguyên tử cacbon tích điện dương tiếp xúc với nguyên tử S (C–S) hoặc oxy (C=O) có thể hấp phụ các nhóm OH– làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng tạo gốc tự do và đẩy nhanh quá trình phản ứng [35]. Do đó, kết hợp giữa TiO2/GA và S tạo thành vật liệu titan dioxit pha tạp lưu huỳnh trên cơ sở graphene aerogel (S–TiO2/GA – STG) giúp cải thiện hoạt động quang phân hủy vật liệu không pha tạp.
1.2.3.2.Phương pháp tổng hợp
Hiện nay, có nhiều nghiên cứu pha tạp S lên TiO2/GA bằng các phương pháp khác nhau như trình bày ở Bảng 1.5.
13
Bảng 1.5: Phương pháp tổng hợp vật liệu
Cơng trình nghiên cứu Phương pháp tổng hợp Đặc tính vật liệu
Tổng hợp TiO2–S/rGO ứng dụng quang phân hủy xanh methylene dưới ánh sáng mặt trời [36]
Phương pháp đồng kết tủa –
Tổng hợp S–TiO2/S–rGO ứng dụng tách nước bằng quang điện [37]
Phương pháp đồng kết tủa Năng lượng vùng cấm 2,53 eV
Tổng hợp S–TiO2/GA ứng dụng quang phân hủy metyl da cam trong nước [38]
Phương pháp phối trộn huyền phù: + Tổng hợp S–TiO2 từ muối thioure và TiCl4 + Tổng hợp S–TiO2/GA bằng thủy nhiệt hỗn hợp GO và S– TiO2 Năng lượng vùng cấm 2,87 eV
Hiệu suất quang phân hủy metyl da cam 92,8 % trong 1,5 giờ dưới chiếu xạ UV
Qua Bảng 1.5, vật liệu STG được tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa mang lại những đặc điểm vượt trội như có hiệu suất quang phân hủy cao, phân bố các hạt nano đồng đều trên bề mặt chất nền, và dễ tổng hợp. Do vậy, phương pháp đồng kết tủa được chọn để tổng hợp vật liệu STG.