3.1.2.1. Thành phần pha của vật liệu ZnO nguyên chất và ZnO-tro trấu
Để xác định thành phần pha của vật liệu, chúng tôi đã ghi giản đồ nhiễu xạ tia X của ZnO nguyên chất và ZnO-tro trấu. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.2 và 3.3.
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.
L in (C p s) 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
46
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample ZnO trau
03-065-3411 (D) - Zinc Oxide - ZnO - Y: 77.38 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 3.24950 - b 3.24950 - c 5.20690 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P63mc (186) - 2 - 47.61
1)
File: Ngoc mau ZnO-trau.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.0 Left Angle: 35.180 ° - Right Angle: 37.400 ° - Left Int.: 5.00 Cps - Right Int.: 5.00 Cps - Obs. Max: 36.273 ° - d (Obs. Max): 2.475 - Max Int.: 795 Cps - Net Height: 790 Cps - FWHM: 0.431 ° - Chord Mid.: 3
Lin (C ps ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 d=1. 358 d=1. 378 d=1. 406 d=1. 477 d=1. 624 d=1. 911 d=2. 474 d=2. 603 d=2. 812
Hình 3.3: Giản đồ XRD của mẫu ZnO-tro trấu 6%
Từ giản đồ XRD của các mẫu ZnO và ZnO-tro trấu 6%, chỉ xuất hiện các pic đặc trưng tại các vị trí 2θ = 31,680 ; 34,360; 36,180 tương ứng với các mặt mạng (1 0 0), (0 0 2), (1 0 1) của ZnO có cấu trúc tinh thể lục phương wurtzite. Như vậy, việc pha tạp tro trấu vào ZnO không làm thay đổi cấu trúc lục phương wurtzite của ZnO.
Từ giản đồ và áp dụng công thức Debye – Scherrer tính được kích thước tinh thể trung bình của vật liệu khoảng 19,4 nm.
47
3.1.2.2. Ảnh chụp bề mặt của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Hình 3.4: Ảnh SEM vật liệu ZnO-tro trấu
Từ ảnh SEM cho thấy các hạt có kích thước khá đồng đều khoảng 15-30 nm. Kích thước hạt từ ảnh SEM cũng phù hợp với kích thước tinh thể trung bình tính theo công thức Debye – Scherrer.
3.1.2.3. Phổ EDX
Để kiểm tra sự có mặt của các nguyên tố trong oxit ZnO-tro trấu, chúng tôi tiến hành chụp phổ EDX của mẫu. Kết quả thu được chỉ ra ở hình 3.5.
48
Hình 3.5: Phổ EDX của ZnO-tro trấu 6%
Bảng 3.2: % khối lượng các nguyên tố có trong mẫu ZnO-tro trấu 6%
Thành phần (%) Kẽm (Zn) Oxi (O) Cacbon (C) Sắt (Fe) Silic (Si) Tổng ZnO-tro trấu 66,13% 24,08% 6,25% 1,99% 1,56% 100%
Trên phổ EDX cho thấy xuất hiện pic đặc trưng của Zn với cường độ lớn, đồng thời cũng xuất hiện các pic đặc trưng của C, Fe, Si trong oxit ZnO-tro trấu. Kết quả này đã khẳng định sự có mặt của các nguyên tố C, Fe, Si trong vật liệu ZnO-tro trấu. Chính sự có mặt của các nguyên tố này trong oxit làm giảm năng lượng vùng cấm và tăng độ nhạy ánh sáng vùng ánh sáng trông thấy.
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 biến tính ZnO bằng tro trấu nhằm mục đích hạ thấp năng lượng vùng cấm, mở rộng sự hấp thụ ánh
49
sáng của ZnO về vùng khả kiến. Khả năng hấp thụ quang của ZnO và ZnO-tro được xác định bằng phương pháp phổ UV – VIS. Các kết quả được chỉ ra ở hình 3.6.
Hình 3.6: Phổ UV-VIS của ZnO và ZnO-tro trấu
Từ phổ hấp thụ UV-VIS cho thấy: Trong vùng ánh sáng tử ngoại (λ từ 200 - 400nm) khả năng hấp thụ ánh sáng của ZnO và ZnO-tro trấu đều rất cao và xấp xỉ nhau. Nhưng trong vùng ánh sáng khả kiến (λ từ 400 - 800 nm), khả năng hấp thụ ánh sáng của cả ZnO và ZnO-tro trấu đều giảm. Tuy nhiên, khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến của ZnO giảm rất nhiều: độ hấp thụ của ZnO chỉ khoảng từ 0,05 đến 0,1. Còn độ hấp thụ ánh sáng của ZnO-tro trấu nằm trong khoảng từ 0,08 đến 0,35. Chứng tỏ độ hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến của ZnO-tro trấu được cải thiện khá nhiều. Kết quả này một lần nữa khẳng định tro trấu đã góp phần làm giảm năng lượng vùng cấm và tăng khả năng nhạy sáng của vùng ánh sáng khả kiến của ZnO.
50
3.1.2.5. Phổ hồng ngoại (IR)
Hình 3.7: Phổ hồng ngoại của tro trấu
51
Từ phổ hồng ngoại của tro trấu, ta thấy xuất hiện một số dải đặc trưng Si-OH, OH ở khoảng số sóng 3470 cm-1; dải ở 1632 cm-1 ứng với dao động của các nhóm C=O và C-OH; dải hấp thụ ở số sóng 1089 cm-1 ứng với dao động của nhóm siloxan (-Si-O-Si-OH); các dải hấp thụ tại các số sóng 456 cm-1, 804 cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm Si-H.
Từ phổ hồng ngoại của ZnO-tro trấu, ta thấy xuất hiện dải hấp thụ có cường độ yếu ở số sóng 400 – 500 cm-1 của liên kết Zn-O. Bên cạnh đó, ta vẫn có thể thấy được một số pic có cường độ yếu đặc trưng cho dao động của Si-OH, OH ở số sóng 3438 cm-1; 1644 cm-1, 1114 cm-1, 894 cm-1 đặc trưng cho các dao động C=O, C-OH, -Si-O-Si-OH, -Si-H [12]. Điều này có thể do hàm lượng của tro trấu trong mẫu ZnO-tro trấu quá ít nên các pic xuất hiện không rõ ràng như trong phổ IR của tro trấu.
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình quang phân hủy xanh metylen trên xúc tác ZnO-tro trấu