ngoại trên nền gạch men.
Với mục đích tạo màng mỏng mang đặc tính siêu ƣa nƣớc và có khả năng tự làm sạch, với độ bám dính cao, bền cơ học, chúng tôi đã chế tạo hệ dung dịch TiO2/SiO2 đi từ hai tiền chất là hai loại alkoxide kim loại Ti(OC3H7)4 và Si(OC2H5)4. Một số công trình nghiên cứu trƣớc đây [5, 7, 14, 17, 27, 35] đã chứng minh rằng khi thêm SiO2 vào lớp phủ TiO2 không những có tác dụng tăng độ bám dính của màng trên vật liệu nhƣ kính, gạch men, củng cố khả năng kết tinh của TiO2 mà còn ngăn cản hiện tƣợng các ion Na+ trong các loại kính thông thƣờng khuếch tán vào lớp màng TiO2, làm giảm khả năng xúc tác quang của màng. Sự hiện diện của SiO2 trong màng còn gia tăng độ ổn định nhiệt, độ bền cơ tính của màng. Hơn vậy, chính sự có mặt của SiO2 đã cản trở sự chuyển pha của tinh thể TiO2 từ dạng anatase sang dạng rutile, có nghĩa là làm chậm quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile, giữ cho pha anatase bền hơn với nhiệt, nhƣ vậy sẽ tăng hoạt tính xúc tác và sự kết hợp giữa SiO2 và với TiO2 sẽ tạo ra những cơ chế xúc tác mới rất hiệu quả.
Để khảo sát sự khác nhau về sự hình thành và các đặc tính cấu trúc của các dung dịch TiO2/SiO2 với các nồng độ khác nhau của SiO2 chúng tôi đã chế tạo ra các dung dịch với các tỉ lệ mol SiO2:TiO2 lần lƣợt là 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% theo tỉ lệ mol nhƣ Bảng 3.1 dƣới đây.
Bảng 3.1. Thành phần của các hệ dung dịch với thành phần SiO2 khác nhau.
Hệ dung dịch TiO2/SiO2 (%mol) Si(OC2H5)4 (mol) Ti(OC3H7)4 (mol) HCl(1%) (mol) EtOH (ml) LNT – I 95/5 0.002 0.04 0.1120 40 LNT – II 90/10 0.002 0.018 0.0530 40 LNT – III 85/15 0.002 0.011 0.0350 40 LNT – IV 80/20 0.002 0.008 0.0270 40 LNT – V 75/25 0.002 0.006 0.0210 40 LNT – VI 70/30 0.002 0.0046 0.0178 40
* Lƣợng nƣớc tham gia phản ứng đƣợc tính theo công thức (3.1) dƣới đây: 2 SiO TiO O H n n n R (3.1)
Lƣợng nƣớc tham gia phản ứng này sẽ quyết định số nhóm –OH hiện diện trong phân tử hydroalkoxide kim loại đƣợc tạo thành.
M(OR)4 + xHOH M(OR)4-x(OH)x + xROH (3.2) Tùy theo lƣợng nƣớc tham gia phản ứng mà giá trị của x có thể là 1, 2, 3 hoặc 4. Và mỗi loại monomer đƣợc tạo thành này có khả năng khác nhau để tiếp tục thực hiện phản ứng thủy phân với nƣớc hoặc tham gia phản ứng ngƣng tụ với các loại monomer khác. Mặt khác, tỉ lệ R và nồng độ của precursor trong dung dịch cũng quyết định đến xác suất một monomer sẽ gặp và phản ứng với một phân tử nƣớc hoặc một monomer khác chƣa bị thủy phân hoàn toàn.
Đối với alkoxide của titan khi R<1, oligomer mạch thẳng sẽ đƣợc hình thành trong dung dịch. Kích thƣớc các hạt trong dung dịch sẽ tỉ lệ thuận với giá trị của R, trong khi số nhóm -OR trên bề mặt hạt trong dung dịch lại tỉ lệ nghịch với giá trị R. Khi giá trị của R quá lớn, phản ứng thủy phân-ngƣng tụ sẽ xảy ra rất nhanh, tạo thành kết tủa trong dung dịch và rất khó để thu đƣợc gel đồng nhất. Vì vậy trong nghiên cứu của đề tài này, chúng tôi sử dụng tỉ lệ R là 8/3.