Khi chất bán dẫn được chiếu ánh sáng có mức năng lượng photon thích hợp (hν) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Egh (hν ≥ Egh) điện tử sẽ bị kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Khi đó một lỗ trống sẽ mang điện tích dương ở vùng hóa trị dẫn đến chất bán dẫn hấp thụ photon ở bước sóng thích hợp gây ra phản ứng.
Chƣơng 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tổng hợp CeO2 nano
So sánh với một số phương pháp tổng hợp khác, chúng tôi nhận thấy phương pháp tổng hợp đốt cháy có nhiều đặc điểm nổi bật như: kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp, tiết kiệm thời gian và tiêu thụ ít năng lượng, có thể sản xuất với khối lượng lớn, tạo ra bột CeO2 nano siêu nhỏ, đồng thể và có hoạt tính cao. Q trình tổng hợp đi từ chất đầu là alanin CH3 – CH(NH2)- COOH (đóng vai trị nhiên liệu) và amoni xeri nitrat (NH4)2Ce(NO3)6 (vai trò là nguồn cung cấp ion ceri và là chất oxi hóa) và amoni nitrat NH4NO3. Sở dĩ chúng tôi lựa chọn tổng hợp vật liệu CeO2 nano đi từ các chất ban đầu như trên là do một số nguyên nhân sau:
Thứ nhất, alanin là một trong những axit amin rẻ tiền nhất, nó được biết đến với vai trò như một tác nhân tạo phức cho một số ion kim loại. Trong phân tử chứa một nhóm amin và một nhóm cacboxyl với điểm đẳng điện PI = 6,00; alanin thể hiện tính lưỡng tính, nó mang lại hiệu quả tạo phức
cho các ion kim loại có kích thước khác nhau, cản trở sự kết tủa để duy trì tính đồng nhất về thành phần giữa các cấu tử. Bên cạnh đó trong phân tử alanin còn chứa gốc hidrocacbon no CH3 là gốc không kị nước, điều này làm cho khả năng tạo phức của alanin với các ion kim loại càng dễ dàng hơn. Hơn nữa, alanin thường được sử dụng như một loại nhiên liệu trong phản ứng đốt cháy khơng bị oxi hóa bởi ion nitrat.
Thứ hai, sử dụng amoni xeri nitrat là nguồn cung cấp ion xeri, trong quá trình tổng hợp khơng làm thay đổi trạng thái oxi hóa của ion xeri trước và sau phản ứng, dẫn tới sự hình thành CeO2 xảy ra dễ dàng và đạt hiệu quả cao hơn. Mặt khác, amoni xeri nitrat không hút ẩm nên có nhiều thuận lợi trong quá trình tổng hợp.
Thứ ba, sử dụng amoni nitrat trong quá trình tổng hợp nhằm mục đích duy trì mức oxi hóa Ce4+ trước và sau phản ứng, đồng thời cung cấp ion nitrat cho thành phần của sản phẩm trung gian (gel) chứa ion nitrat để sau khi nung thu được sản phẩm CeO2 thu được thêm phần tơi xốp hơn.
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo thành pha tinh thể và kích thƣớc hạt CeO2
3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung
Nhiệt độ nung mẫu là yếu tố rất quan trọng đối với sự hình thành pha và kích thước của các hạt oxit tạo thành. Để tìm được nhiệt độ nung thích hợp cho sự tạo thành pha tinh thể chúng tôi tiến hành điều chế gel với tỉ lệ mol Ce4+/alanin/NH4NO3 = 1:3:2; pH = 4; nhiệt độ tạo gel 800C; tốc độ khuấy được giữ ổn định cho đến khi kết thúc quá trình khuấy. Chất lỏng nhớt được sấy khô ở 700
C và ghi giản đồ phân tích nhiệt DTA và TGA. Tốc độ nâng nhiệt là 100/phút trong mơi trường khơng khí, khoảng nhiệt độ từ 300C đến 8000
C. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.1. Từ giản đồ phân tích nhiệt cho thấy, sự phân hủy sản phẩm chủ yếu xảy ra ở vùng nhiệt độ thấp hơn 3500C. Trong quá trình tổng hợp oxit CeO2 xuất hiện một hiệu ứng thu nhiệt và một hiệu ứng tỏa nhiệt. Hiệu
ứng thu nhiệt ở 1500
C có sự giảm 8,9492% về khối lượng ứng với sự mất nước,
hiệu ứng tỏa nhiệt ở 2300C có sự giảm 79,1441% về khối lượng ứng với quá
trình cháy và phân hủy gel. Trên 4000C đường TGA hầu như nằm ngang và
không quan sát thấy hiệu ứng nào chứng tỏ sự tạo pha tinh thể CeO2 xảy ra trong vùng nhiệt độ này.