Hình 3.28. Phổ nhiễu xạ tia X của màng SZO (2%) theo thời gian phún xạ.
Bảng 3.8. Kích thước hạt của màng SZO (2%) theo thời gian phún xạ.
Màng Mẫu 46 (15’ ) Mẫu 8 (25’) Mẫu 45 (35’)
Màng độ dày 1489A0 ( thời gian phún 15 phút): do bề dày quá mỏng nên lượng vi tinh thể không nhiều và kết quả nhiễu xạ tia X (hình 3.28) cho thấy rằng đỉnh (002) không được ưu tiên mạnh. Bậc tinh thể thấp vì vậy khả năng quang xúc tác kém.
Màng có độ dày 2471 A0 (thời gian phún 25 phút): cường độ đỉnh (002) cao nhưng vẫn đảm bảo độ xốp của bề mặt màng do đó khả năng quang xúc tác tốt.
Màng có độ dày 5084A0 (thời gian phún 35 phút): mặc dù định hướng tinh thể tốt, đỉnh (002) khá cao nhưng thời gian phún xạ càng lâu, lượng nguyên tử đến đế tăng lên độ dày tăng và cấu trúc màng xếp chặt hơn, dẫn đến làm giảm độ xốp cũng như độ gồ ghề của màng vì vậy khả năng quang xúc tác kém hơn.
Để giải thích rõ hơn, chúng tôi so sánh ảnh AFM của ba mẫu: Mẫu 46 (1489A0), mẫu 8 ( bề dày 2471A0) và mẫu 45 ( bề dày 5084A0).
Mẫu 46 (1489A0).
RMS: 30.8nm.
Mẫu 8 (2471A0).
Hình 3.29. Ảnh AFM của màng SZO (2%) theo độ dày khác nhau.
Theo hình 3.29, ta có:
Mẫu 46 (1489A0): Màng quá mỏng nên lượng vi tinh thể không nhiều điều này phù hợp với kết quả nhiễu xạ Xray nói trên, độ gồ ghề bề mặt thấp.
Mẫu 8 (2471A0): Hình thái bề mặt màng khá đồng đều, kích thước hạt nhỏ do đó diện tích bề mặt hiệu dụng lớn nên khả năng quang xúc tác tốt.
Mẫu 45(5084A0): Hình thái bề mặt không đồng đều, thời gian phún xạ lâu nên hạt xếp chặt hơn và hình thành những khối có kích thước lớn, diện tích bề mặt hiệu dụng giảm đi, màng có khả năng xúc tác kém đi.
Tiến hành đo phổ hấp thu của dung dịch MB 1ppm không chứa màng và dung dịch MB 1ppm chứa màng SZO 2% (25 phút phún xạ) theo thời gian chiếu UV bằng máy đo phổ truyền qua UVis. Kết quả thu được như hình 3.30 và hình 3.31.
Mẫu 45 (5084A0).
Hình 3.30. Phổ hấp thu của ddMB 1ppm theo thời gian chiếu UV.
Hình 3.31. Phổ hấp thu của ddMB 1ppm chứa SZO 2% theo thời gian chiếu UV.
Theo hình 3.30 khi không có màng, ta thấy đỉnh hấp thu cực đại ban đầu của dung dịch MB là ở bước sóng 662 nm, sau thời gian 150 phút chiếu UV thì ta vẫn còn thấy khá rõ đỉnh hấp thu cực đại này.
Theo hình 3.31, khi có màng SZO 2%, ta thấy đỉnh hấp thu cực đại 662 nm ban đầu sau 150 phút chiếu UV đã biến mất.
Như vậy, sau 150 phút chiếu UV tới dung dịch MB chứa màng SZO 2%, ta thấy rằng chúng đã làm phân hủy mạnh dung dịch MB. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả quang xúc tác trình bày ở hình 3.26 bên trên.
3.4.5 Khảo sát tính năng siêu thấm ướt của màng SZO (2%)
Sau khi khảo sát các điều kiện phún xạ, ta thấy màng SZO (2%) cho điều kiện quang xúc tác tốt nhất ở các thông số là:
o Nồng độ pha tạp: 2% o Công suất phún xạ: 50W
o Thời gian phún xạ: t = 25 phút.
o Khoảng cách bia đế: h = 3,5 cm x 3,5 cm.
Tiến hành đo khả năng thấm ướt. Màng được chiếu sau khoảng thời gian 360 phút, sau đó đem thử tính năng siêu ưa nước bằng cách thử nhỏ giọt nước hình cầu lên bề mặt màng, sau đó chụp lại bằng máy chụp hình Samsung ES17p. Góc tiếp xúc được đo bằng phần mềm chuyên dụng Fta32 video 2.1.
Hình 3.32. Kết quả đo thấm ướt của màng SZO (2%).
Kết quả: Sau 360 phút chiếu UV thì màng có góc thấm ướt là 5.110. Từ đó, ta có thể kết luận màng SZO có khả năng thấm ướt tốt. Với khả năng thấm ướt và quang xúc tác tốt như đã khảo sát, màng SZO (2%) được ứng dụng nhiều trong thực tế, đặc biệt là lĩnh vưc sản xuất kiếng xe. Bởi vì, trong không khí ẩm bị làm lạnh có nhiều hơi nước, do đó chúng rất dễ làm mờ kiếng xe và đọng thành giọt trên bề mặt vật liệu thông thường, điều này gây khó khăn cho người điều khiển giao thông. Nhờ khả năng siêu thấm ướt, kiếng được phủ lớp màng này, những giọt nước sẽ được trãi rộng ra thành một lớp phim nước mỏng trên bề mặt, làm cho khả năng truyền qua tốt hơn, giúp ích rất nhiều cho người điều khiển giao thông.
KẾT LUẬN
Những kết quả đạt được
Từ các kết quả thực nghiệm ở trên, chúng tôi đã đạt được những thành quả sau:
1. Chế tạo thành công bia gốm ZnO thuần và SZO với các nồng độ pha tạp khác nhau.
2. Chế tạo thành công màng SZO trong suốt, có độ truyền qua cao, khả năng định hướng theo mặt mạng (0 0 2) tốt.
3. Chứng minh được sự pha tạp Sn vào ZnO đã cải thiện tính năng quang xúc tác so với màng ZnO thuần dựa trên khả năng phân hủy chất màu Methylene Blue.
4. Xác định được các điều kiện phún xạ phù hợp để cho kết quả quang xúc tác tốt nhất là:
Công suất phún xạ P : 50W.
Khoảng cách bia - đế h: 3.5cm x 3.5 cm. Thời gian phún xạ t: 25 phút.
Nhiệt độ đế TS: 2000C.
Với các điều kiện phún xạ trên chúng tôi đã thu được màng màng SZO có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt hiệu dụng lớn, và cấu trúc tinh thể tốt, khả năng quang xúc tác mạnh.
5. Chứng minh khả năng siêu thấm ướt của màng SZO để ứng dụng trong thực tế.
Hạn chế của đề tài
Quang xúc tác của màng SZO phụ thuộc rất nhiều yếu tố trong khi tài liệu tham khảo có giới hạn nên có những vấn đề chúng tôi chỉ đưa ra những kết quả thực nghiệm mà chưa có lý giải đầy đủ.
Chưa khảo sát được thời gian tồn tại hoạt tính của màng và khảo sát tính diệt khuẩn của màng.
Chưa khảo sát được ảnh hưởng của sự pha tạp khí Nitơ lên quang xúc của màng SZO.
Hướng phát triển
o Khảo sát thời gian tồn tại hoạt tính của màng SZO và tính năng diệt khuẩn để ứng dụng cụ thể trong thưc tế.
o Khảo sát ảnh hưởng của sự pha tạp khí Nitơ lên quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời.
o Nghiên cứu khả năng quang xúc tác của màng ZnO:Sn và ZnO:(Sn, N) phủ lên các loại vật liệu khác nhau: men, sứ, polime để ứng dụng trong các loại vật liệu tự làm sạch.
o Tìm hiểu khả năng quang xúc tác của màng ZnO:Sn và ZnO:(Sn, N) với các chất chỉ thị khác như: Malachite green, Phenol, RhodamineB, Butane… và trên các chất hữu cơ khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Hoàng Thị Bích Liễu (2010), Luận văn thạc sĩ, Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của màng TiO2 pha tạp SnO2 ứng dụng trong các sản phẩm tự làm sạch.
[2] Dương Thị Kim Trọn, Luận văn thạc sĩ, Khảo sát độ nhạy khí ethanol của
màng ZnO:V được chế tạo bằng phương pháp đồng phún xạ.
[3] Huỳnh Chí Cường (2009), luận tốt nghiệp,Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.
Tiếng Anh:
[4] W.J. Fan, X.B.Xia et al, Journal of Applied Physics, 2006, 99, 013702.
[5] Nasrin Talebian, Farzaneh Jafari, Low temperature fabrication and characterization of highly crystalline nanostructure SnO2 by solvothermal method.
[6] Azam Anaraki Firooz, Ali Reza Mahjoub and Abbas Ali Khodadadi,
Hydrothermal Synthesis of ZnO/SnO2 Nanoparticles with High Photocatalytic Activity.
[7] Fawzy A.Mahmoud, G.Kiriakidis (2009), “Nanocrystalline ZnO Thin Film
for Gas Sensor Application”, Journal of Ovonic Research Vol. 5, No.1, p.
15 – 20.
[8] R.L. Mishra, A.K. Sharma, R.K. Srivastava and S.G. Prakash (2008),
“Ethanol Gas Sensitivity of Zinc Oxide Micro-Structural Thin Film”,
Invertis Journal of Science & Technology Vol. 1, No.3, pp. 167-171. [9] L. Perazollia,T, A.Z. Simo˜esa, U. Coleto Jra, F. Moura Filhoa, S.
Gutierreza, C.O.P. Santosa,J.A.G. Carrio´ b, R.F.C. Marquesa, J.A. Varelaa,
Structural and microstructural behaviour of SnO2 dense ceramics doped with ZnO and WO3.
[10] H. ABDULLAH, S. SHAARI, A.AMIR KADHUM, M. N. NORAZIA,
Effect of Heat Treatment on Structural, Optical and Morphology Properties of Tin-doped ZnO thin film.
[11] Yasemin Caglar, Seval Aksoy, Saliha Ilican , Mujdat Caglar Crystalline
structure and morphological properties of undoped and Sn doped ZnO thin films.
[12] Professore Dott. Antonio Licciulli, Studente Daniela Lisi ,Self-Cleaning
Glass.
[13] Xinjian Feng, Lin Feng, Meihua Jin, Jin Zhai, Lei Jiang,* and Daoben Zhu,
Reversible Super-hydrophobicity to Super-hydrophilicity Transition of Aligned ZnO Nanorod Films.
[14] Maolin Zhang, Taicheng An∗, Xiaohong Hu, Cun Wang, Guoying Sheng, Jiamo Fu, Preparation and photocatalytic properties of a nanometer ZnO– SnO2 coupled oxide.
[15] H. Abdullah, M.N. Norazia, S.Shaari, M.Z. Nuawi and N.S. Mohamed Dan, Low- doping Effects of Nanostructure ZnO: Sn tin films annealed at different temperature in Nitrogen ambient to be applied as an Anti-reflecting coating (ARC).
[16] Baoshun Liu, Qi Hu Liping Wen, Xiujian Zhao,The effect of sputtering power on the structure and photocatalytic activity of TiO2 films prepared by magnetron sputtering.
[18] Kate G. Godinho, Aron Walsh, and Graeme W. Watson, School of
Chemistry, Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland ReceiVed: September 1, 2008; ReVised Manuscript ReceiVed: October 7, 2008, Energetic and
Electronic Structure Analysis of Intrinsic Defects in SnO2.
[19] Chien-Yie Tsay, Hua-Chi Cheng, Yen-Ting Tung, Wei-Hsing Tuan, Chung- Kwei Lin, Effect of Sn-doped on microstructural and optical properties of ZnO thin films deposited by sol–gel method.
[20] A. Bougrine, M. Addou, A. Kachouane, J. C. Bérnèdeand M. Morsl,Effect of tin incorporation on physicochemical properties of ZnO films prepared by spray pyrolysis.
[21] G. Torres Delgado (2009), Optical and structural properties of the sol– gel- prepared ZnO thin films and their effect on the photocatalytic activity, Solar Energy
Materials & Solar Cells, 55– 59, Mexico.
[22] Nina Kaneva (2010), Photocatalytic activity of nanostructured ZnO films prepared by two different methods for the photoinitiated decolorization of malachite green, Journal of Alloys and Compounds 500, 252–258.
[23] M. Miki-Yoshida(2002), Thin films of photocatalytic TiO and ZnO deposited inside a tubing by 2 spray pyrolysis, Thin Solid Films 419, 60–64.
[24] Dunliang Jian(2009), Synthesis, characterization, and photocatalytic properties of ZnO/(La,Sr)CoO3 composite nanorod arrays, Journal of Materials
Chemistry.
[25] S. Sakthivel (2003), Solar photocatalytic degradation of azo dye: comparison of photocatalytic efficiency of ZnO and TiO2, Solar Energy Materials & Solar
Cells 77, 65–82.
[26] Amina Amine Khodja (2001), Photocatalytic degradation of 2-phenylphenol on TiO2 and ZnO in aqueous suspensions, Journal of Photochemistry and
Photobiology A: Chemistry 141, 231–239.
[27] Abdurrahman Akyol (2008), The degradation of an azo dye in a batch slurry photocatalytic reactor, Chemical Engineering and Processing 47, Pages 2150- 2156.
[28] N. Daneshvar (2004), Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to TiO2, Journal of Photochemistry and
[29] M. Cristina Yeber (2000), Photocatalytic degradation of cellulose bleaching effluent by supported TiO2 and ZnO
,Chemosphere 41, Pages 1193-1197 Chile.
[30] Jing Liqiang (2006), Effects of noble metal modification on surface oxygen composition, charge separation and photocatalytic activity of ZnO nanoparticles,
Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 244, 193–200, China.
[31] Nina V. Kaneva (2010), Tuning of the UV photocatalytic activity of ZnO using zinc ferrite(III): Powders and thin films prepared of powders, Colloids and Surfaces A: Physicochem.
[32] Changle Wu (2010), Synthesis of Na-doped ZnO nanowires and their photocatalytic properties, Journal of Luminescence 130, 2136–2141, China
[33] Tian Tan (2008), Two-step preparation of Ag/tetrapod-like ZnO with photocatalytic activity by thermal evaporation and sputtering, Materials Chemistry
and Physics 111, 305–308, China.
[34] E. Yassıtepe (2008), Photocatalytic efficiency of ZnO plates in degradation of azo dye solutions, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
198, 1–6.
[35] Ronghua Wang, The characteristics and photocatalytic activities of silver doped ZnO nanocrystallites, Applied Surface Science 227 (2004) 312–317, China. [36] Jian Xu(2008), Effect of silver ions on the structure of ZnO and photocatalytic performance of Ag/ZnO composites, Applied Surface Science 255 , 1996–1999.
[37] J. J. VORA (2008), Kinetic Study of Application of ZnO as a Photocatalyst in Heterogeneous Medium, E-Journal of Chemistry, India.
[38] Jian-Hui Sun (2010), Enhanced sunlight photocatalytic performance of Sn- doped ZnO for Methylene Blue degradation, Journal of Molecular Catalysis
A:Chemical, China
[40] E.M. Seftel (2008), SnIV-containing layered double hydroxides as precursors for nanosized ZnO/SnO2 photocatalysts, Applied Catalysis B: Environmental 84, 699–705, Belgium.
[41] Zhijun Yang (2010), Synthesis of ZnO–SnO2 composite oxides by CTAB- assisted co-precipitation and photocatalytic properties, Applied Surface Science 256, 2898–2902, China.
[42] Wang Cun (2002), Preparation, characterization and photocatalytic activity of nano-sized ZnO/SnO2 coupled photocatalysts, Applied Catalysis B:
Environmental 39, 269–279, China.
[43] J. Bandara (2002), Composite Tin and Zinc oxide nanocrystallinerticles for enhanced charge separation in sensitized degradation of dyes, Chemosphere 49, 439–445, Sri Lanka.
[44] Guoying Sheng (2005), Novel preparation of nanosized ZnO–SnO2 with high photocatalytic activity by homogeneous co-precipitation method, Materials