Khi tăng lượng pha tạp thì đỉnh (002) có xu hướng cao lên, dịch về phía góc nhiễu xạ lớn hơn, kích thước hạt tăng dần khi pha tạp 1%, 2%, nhưng 3%-5% lại giảm dần. Điều này được giải thích là do khi pha tạp Sn vào, do có sự thay thế Sn4+ cho Zn2+ làm cho kích thước lượng tử của hạt tăng lên, làm cho độ kết tinh của tinh thể tăng mạnh nên tại 2% đỉnh (002) rất cao. Mặt khác, khi lượng pha tạp tiếp tục tăng lên, lúc bấy giờ Sn4+ thay thế cho Zn2+ nhiều hơn, dẫn đến Zn2+ giảm mạnh trong mạng tinh thể, dẫn đến sự dao động mạnh trong mạng, gây ra ứng suất nội làm mạng tinh thể bị đứt gãy, từ đó phá vỡ cấu trúc tinh thể và kích thước hạt giảm dần. Vì vậy, tại 3%-5%, đỉnh (002) giảm mạnh. [10].
Theo kết quả phổ nhiễu xạ tia X và phổ truyền qua, chúng tôi thấy rằng khi pha tạp Sn vào mạng ZnO, tại 2% độ rộng vùng cấm quang tăng và đạt giá trị lớn nhất, kích thước hạt lớn nhất, do đó độ kết tinh tinh thể cao dẫn đến khả năng tái hợp của cặp quang điện tử-lỗ trống giảm làm cho tính năng quang xúc tác tăng mạnh. [10], [19].
Tiến hành chụp quang phát quang để xác khẳng định sự có mặt của Sn trong
mạng ZnO, chúng tôi thu được kết quả như
Màng ZnO SZO 1% SZO 2% SZO 3% SZO 4% SZO 5%
Kích thước hạt
Hình 3.16. Phổ PL của quang phát quang mẫu ZnO và SZO 2%.
Đỉnh phát quang của màng SZO dịch về bước sóng ngắn so với màng ZnO và cường độ đỉnh phát quang giảm đi rõ rệt. Điều này cho thấy sự có mặt của Sn trong mạng ZnO. Việc pha tạp SnO2 sẽ làm giảm tốc độ tái hợp của cặp điện tử-lỗ trống. Do đó cường độ phát quang giảm đi. [6]
Sau đó, chúng tôi tiến hành chụp ảnh SEM của màng SZO 2% để khảo sát sự ảnh hưởng của việc pha tạp 2% Sn lên hình thái bề mặt của màng ZnO. Hình
3.17.
Hình 3.17. Ảnh SEM của màng SZO (2%) chụp tại Viện Khoa học Vật liệu Hà
Nội.
Màng thu được có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt hiệu dụng lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng quang xúc tác của màng.
Kết luận: pha tạp Sn 2% vào cấu trúc ZnO làm cấu trúc màng có bậc tinh
thể cao, làm tốc độ tái hợp của cặp điện tử lỗ trống giảm đi, đồng thời diện tích bề mặt hiệu dụng lớn dẫn đến tính năng quang xúc tác của màng tốt hơn.Từ đó, chúng tôi chọn lượng pha tạp là 2% và tiến hành khảo sát các điều kiện phún xạ để tìm ra thông số của màng 2% cho kết quả quang xúc tác tốt nhất.
3.4.2 Ảnh hưởng của công suất phún xạ lên tính chất quang xúc tác của màng ZnO
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của công suất phún xạ lên tính năng quang xúc tác của màng SZO. Các thông số tạo màng SZO theo công suất phún xạ như sau:
o Khoảng cách bia đế: h = 3.5 x 3.5 cm.
Bảng 3.3. Số liệu ảnh hưởng của công suất phún xạ lên tính chất quang xúc tác