B Á O C Á O T Ổ N G K Ế T Đ Ề T À IN G H I Ê N C Ứ U K H O A H Ọ C

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2017– 2018 ĐỀ TÀI: “NGHIÊN C

B Á O C Á O T Ổ N G K Ế T Đ Ề T À I

N G H I Ê N C Ứ U K H O A H Ọ C

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

[Trailer] NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM

HỌC 2017-2018 “NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ

NĂNG XỬ LÝ TẢO LAM CỦA TITAN OXIDE (TiO2)

Nguyen Thanh Tu Group

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM HỌC 2017– 2018

ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ

PHƯƠNG PHÁP QUANG XÚC TÁC”

Thuộc nhóm ngành khoa học: Công nghệ kĩ thuật môi trường

HÀ NỘI, THÁNG 5 – NĂM 2018

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM HỌC 2017 - 2018

TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG XỬ

Ngành học : Công nghệ kĩ thuật môi trường

Người hướng dẫn : TS.LÊ NGỌC THUẤN

HÀ NỘI, THÁNG 5 – NĂM 2018

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài:“Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý tảo lam của Titan Oxit

(TiO 2 ) bằng phương pháp quang xúc tác

- Nhóm Sinh viên thực hiện:

1 Phạm Thị Thu Huyền

2 Trần Thị Việt Hà

3 Nguyễn Thu Hiền

4 Lưu Mai Anh

5 Nguyễn Thị Yến

- Lớp: ĐH5M5 Khoa: Môi trường Năm thứ: 03 Số năm đào tạo: 04

- Người hướng dẫn: TS Lê Ngọc Thuấn

2 Mục tiêu đề tài:

- Mục tiêu chung: Khảo sát, đánh giá hiện trạng và đưa ra đề xuất cho phương

pháp xử lý tảo

- Mục tiêu cụ thể:

• Ứng dụng quang xúc tác của TiO2 trong diệt tảo

• Sử dụng năng lượng thiên nhiên-năng lượng mặt trời trong ứng dụng quang xúc tác của TiO2

• Tái chế, sử dụng nguồn phế liệu trong nghiên cứu phương án diệt tảo.Tính toán và đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm của TiO2

thủy tinh (SiO2) dạng hình cầu – phương pháp này hiện chưa được thực hiện ở Việt Nam

- Sử dụng vật liệu màng Tio2 ứng dụng vào việc diệt tảo Lam trong nước, với phương thức mới này sẽ thu hồi lại được Tio2
không gây độc cho môi trường do lượng TiO2 tồn đọng lại dưới nước, tiết kiệm được hóa chất

- Sử dụng bóng đèn cũ làm bề mặt đế để phủ gelTiO2 mang tính ứng dụng và tính thực tiễn cao

- Đánh giá khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu đối với việc xử lý chất hữu cơ(xanh metylen) và tảo lam trong nước, cho kết quả tốt

4 Kết quả nghiên cứu:

- Đã thành công chế tạo TiO2 dạng sol

- Phân tích xác định được đặc trưng cấu trúc, tính chấtcủa vật liệu thông qua các kết quả phân tích nhiễu xạ tia X, phân tích phổ hồng ngoại IR, chụp ảnh kính hiển vi điện tử SEM, kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, phổ UV- Vis

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội,giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

- Tảo Lam tồn tại rất nhiều trong các ao nuôi tôm, hấp thụ dinh dưỡng và phát

triển.Chúng làm ao nuôi thiếu oxi để tôm phát triển, gây 1 số bệnh về tôm làm giảm chất lượng và năng suất nuôi tôm.Việc ứng dụng vật liệu TiO2giúp cho ao nuôi tôm diệt được tảo mà không dùng đến hóa chất độc hại trên thị trường hiện nay, góp phần lớn vào kinh tế nếu đề tài được quan tâm và phát triển

- Xuất hiện ở hồ Tây và hồ Gươm với mật độ dày đăc gây hiện tượng “tảo nở hoa” làm cá chết hàng loạt khiến cho các giá trị về văn hóa và dịch vụ của hồ bị ảnh hưởng nghiêm trọng Chức năng sinh thái và điều hòa đều bị giảm mạnh do tảo lam gây ra Nghiên cứu mong muốn được áp dụng thực tế giải quyết vấn đề trả lại cảnh quan sạch đẹp cho thành phố

- Dùng bóng đèn cũ làm vật liệu đóng vai trò là chất mang, cố định gel TiO2 thả trên bề mặt ao hồ bị nhiễm tảo Lam, ý tưởng này mang tính chất dùng chính rác thải

để xử lý ô nhiễm môi trường Mang tính sáng tạo của sinh viên Môi trường

- Ô nhiễm nước và nguồn nước không những đe dọa đến cuộc sống và sức khỏe của con người mà còn tác động lớn tới hệ động thực vật nói chung Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang TiO2 và ứng dụng trong việc xử lý tảo lam trong nước

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài

………

………

………

……….………

………

………

……….………

………

………

……….………

………

………

………

…….………

………

………

……….………

………

Hà Nội, Ngày 07 tháng 05 năm 2018

Xác nhận của trường đại học Người hướng dẫn

Lê Ngọc Thuấn

LỜI CẢM ƠN!

Trong quá trình thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ

NĂNG XỬ LÝ TẢO LAM CỦA TITAN OXIDE (TiO 2 ) BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG XÚC TÁC” Chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện

thuận lợi nhất của các quý thầy cô giáo trong trung tâm ứng dụng Khoa học Vật liệu – trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó

Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất đến

 TS.Lưu Mạnh Quỳnh - giảng viên khoa Vật Lý- trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội - người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài nghiên cứu này Thầy đã tận tình chỉ bảo cho chúng em những kiến thức lý thuyết và những thực nghiệm quý báu cùng với

đó là những lời động viên

 TS Lê Ngọc Thuấn – giảng viên khoa Môi trường – trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội – người chịu trách nhiệm hướng dẫn cũng như lên ý tưởng ban đầu để chúng em có bước đệm hoàn thành đề tài nghiên cứu

Tiếp theo, chúng em xin được cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình giảng dạy của các thầy cô tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt chính là nền tảng cho chúng em thực hiện

đề tài nghiên cứu này

Cuối cùng, để có được kết quả như ngày hôm nay, chúng em xin được gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn đến những người thân, bạn bè của mình

Hà Nội, ngày 07 tháng 05 năm 2018

Nhóm sinh viên thực hiện

1.Phạm Thị Thu Huyền 2.Lưu Mai Anh

3.Trần Thị Việt Hà 4.Nguyễn Thu Hiền 5.Nguyễn Thị Yến

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Mục tiêu đề tài 2

3.Phương pháp nghiên cứu 3

4 Tóm tắt các nội dung và kết quả đạt được 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1.Vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 4

1.1.1.Giới thiệu về TiO2 4

1.1.2.Cơ chế xúc tác quang hóa của vật liệu nano TiO2 trong xử lí chất ô nhiễm 6

1.2 Ứng dụng 9

1.3 Vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2 11

1.3.1 Giới thiệu về phương pháp tẩm vật liệu nano trên bề mặt chất mang 12

1.3.2 Các chất mang nano titan dioxit 12

1.3.3 Các loại chất mang 12

1.3.4 Các kỹ thuật cố định xúc tác quang hóa TiO2 lên vật liệu mang 13

1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2 tại Việt Nam và trên thế giới 15

1.5.Chế tạo vật liệu nano bằng phương pháp sol-gel 16

1.6 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng, tính chất cấu trúc của vật liệu 17

1.6.1 Phương pháp phổ phát tán năng lượng tia X 17

1.6.2 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen(XRD–X–Rays Diffraction) 18

1.6.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV- Vis 20

1.6.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 21

1.6.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 22

1.7 Giới thiệu về tảo 22

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 25

2.1 Chế tạo vật liệu màng TiO2. 25

2.1.1.Chế tạo mẫu dạng sol: 26

2.2 Phủ màng TiO2 lên bóng đèn và thử nghiệm diệt tảo Lam 29

2.3.Nghiên cứu khả năng phân hủy chất hữu cơ 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Khảo sát tỷ lệ tối ưu hóa TTIP:AC 34

3.2.Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất vật liệu 36

3.3 Kết quả và nhận xét: 40

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết

tắt

Diễn giải

Abs Độ hấp thụ quang (Absorbance)

SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic

Microscopy)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

UV-Vis Tử ngoại khả kiến (Utraviolet visible)

TEM Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua

1

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Theo Chi cục Thủy sản Hà Nội: Hiện nay, các ao nuôi thủy sản trên địa bàn thành phố Hà Nội đang phải đối mặt với hiện tượng tảo lam phát triển dày đặc gây ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của người nuôi Nguyên nhân là do các yếu tố từ khâu cải tạo ao, lấy nước vào cho đến quản lý môi trường và quá trình chăm sóc, cho ăn trong quá trình nuôi không tốt đã làm tảo phát triển khi gặp điều kiện thuận lợi Khi thả cá người nuôi chưa tính toán đến cân bằng sinh thái trong ao nuôi.

Nước hồ ô nhiễm khiến tảo lam phát triển, trải rộng bề mặt hồ nước, ảnh hưởng tới hệ sinh thái và nguồn nước ở hồ đó

(Hồ Sào, đoạn chảy ra sông Song Kiều, tỉnh An Huy, Trung Quốc xanh biếc màu

tảo lam, trải dài 1,5 km từ bờ đến giữa hồ)

Tảo lam, thực chất là vi khuẩn lam, sinh ra do hiện tượng phú dưỡng nước Nước thừa nitơ, photpho do chất thải nông nghiệp và công nghiệp đổ ra, cộng với thời tiết

ấm áp, tạo điều kiện thuận lợi cho tảo lam "nở hoa" Tảo lam làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước, suy giảm hệ sinh thái thủy sinh Ngoài ra, tảo xanh lá cây có thể sinh ra độc tố gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, suy gan, dị ứng cho người tiếp xúc.Cá chết nổi trên mặt hồ làm cho năng suất giảm mạnh, kinh tế bị ảnh hưởng Tảo lam phát triển còn ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt và tưới tiêu Đun sôi nước không diệt được độc tố của tảo mà còn giải phóng nhiều chất độc hơn, do đó mà nguồn nước hồ không sủ dụng cho mục đích sinh hoạt được.Theo các chuyên gia, cách hiệu quả để

2

ngăn ngừa tảo lam là xử lý nước mưa, nước thải nông nghiệp, công nghiệp trước khi

xả vào hồ, trồng nhiều cây ven sông hồ.nhưng đó là giải pháp lâu dài cần nhiều thời gian để cải tạo và có kết quả tốt Hiện nay, diệt tảo Lam bằng cách rải hóa chất diệt tảo như vôi bột hay một số chất khác trược khi nuôi trồng thủy sản cũng được áp dụng rộng rãi nhưng dư lượng của những hóa chất này làm cho nguồn nước bị suy giảm chất lượng trầm trọng và có thể không phục hồi lại như ban đầu được Gần đây các nghiên cứu khoa học về diệt khuẩn, làm giảm lượng chất chất hữu cơ, giảm hàm lượng kim loại nặng trong nước đang được chú ý và đã mang lại nhiều kết quả đáng kinh ngạc,

dụng TiO2 làm xúc tác quang xử lý môi trường

Trong các hợp chất có tính chất xúc tác quang hóa thìTiO2thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.Do các ưu điểm nổi bật của TiO2 như giá thành

rẻ, bền trong những điều kiện môi trường khác nhau, không độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp Khả năng quang xúc tác của TiO2 thể hiện ở ba hiệu ứng: quang khử nước trên TiO2, tạo bề mặt siêu thấm nước và quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ dưới ánh sáng tử ngoại (có bước λ < 380 nm) Vì vậy hiện nay vật liệu TiO2 đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý môi trường nước và khí với vai trò xúc tác quang hóa.Ở Việt Nam, vật liệu nanoTiO2 đã được nhiều nhà quan tâm với những thành công đáng khích lệ, nhiều công trình về vật liệu nano TiO2 đã được công

bố trong và ngoài nước.Các phản ứng quang hóa trên bề mặt TiO2 đã thu hút nhiều sự chú ý về việc ứng dụng thực tế để làm sạch môi trường như làm sạch gạch, kính,…TiO2 có những lợi thế của sự ổn định hóa học cao, không gây độc, giá thành tương đố thấp Việc sử dụng TiO2 phủ lên bề mặt kính(SiO2) làm liên kết bền Ti-O-Si được hình thành nhờ nhóm –OH và nhóm Si-OH họat tính trên chất nền SiO2 và khả năng truyền tia UV mà thủy tinh được lựa chọn làm chất mang xúc tác TiO2

Xuất phát từ những lý do trên với mục tiêu nghiên cứu phát triển vật liệu xúc tác

quang hóa mới, nhóm nghiên cứu đã đề xuất đề tài“NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM

KHẢ NĂNG XỬ LÝ TẢO LAM CỦA TITAN OXIDE (TiO 2 ) BẰNG PHƯƠNG

PHÁP QUANG XÚC TÁC” và đặt ra mục tiêu sau:

2.Mục tiêu đề tài

3

Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu quang hóa nano TiO2, thử nghiệm đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu để xử lý tảo lam trong nước

3.Phương pháp nghiên cứu

- Tổng quan tài liệu trong và ngoài nước về nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa nano TiO2lên bề mặt thủy tinh(SiO2) ứng dụng để xử lý tảo Lam

- Tổnghợp vậtliệu nano TiO2 có thành phần chính là TTiP và ACID CITRICbằng phương pháp Sol-gel

- Phân tích đặc trưng, cấu trúc của vật liệu bằng các phương pháp: phươngphápnhiễuxạ tia X (X-Rays), phổhồngngoại (IR), phươngpháphiển vi điệntửquét (SEM), điện tử truyền qua (TEM), phương pháp đo độ hấp thụ UV-Vis, Phương pháp phổ tán xạ phân tử (EDX),…

- Sử dụng phương pháp phân tích, so sánh, thống kê để đánh giá kết quả thu được

4 Tóm tắt các nội dung và kết quả đạt được

Báo cáo kết quả nghiên cứu được trình bàygồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan

Giới thiệu về vật liệu xúc tác quang hóa TiO2, các phương pháp chế tạo vật liệu nano, các phương pháp phân tích đặc trưng, tính chất, cấu trúc của vật liệu và giới thiệu về tảo lam

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Trình bày các kết quả thử nghiệm, khảo sát để tìm các điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu

Phân tích, đánh giá các kết quả thu được bằng các phép đo X-ray, SEM, TEMphổ hồng ngoại IR, phổ UV-Vis, EDX

Cuối cùng, kết luận, tài liệu tham khảo và phần phụ lục

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu xúc tác quang hóa TiO 2

1.1.1 Giới thiệu về TiO 2

Titan đioxit (TiO2) là chất rắn màu trắng, khi nung nóng có màu vàng, khi làm lạnh trở lại màu trắng.TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy là

1870oC).TiO2 trơ về mặt hóa học (nhất là dạng đã nung), không phản ứng với các dung dịch axit vô cơ loãng, kiềm, amoniac, các axit hữu cơ TiO2 không tan đáng kể trong dung dịch kiềm [2]

Titan đioxit (TiO2) là vật liệu rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta Chúng được sử dụng nhiều trong việc pha chế tạo màu sơn, màu men, mỹ phẩm và trong

cả thực phẩm.Ngày nay lượng TiO2 được tiêu thụ hàng năm lên tới hơn 3 triệu tấn [1]

a) Cấu trúc của vật liệu:

TiO2 trong tự nhiên tồn tại 3 dạng thù hình khác nhau là rutin, anatat và brookit [6] Cả ba dạng này đều có chung công thức hóa học là TiO2 nhưng có cấu trúc tinh thể khác nhau

-Rutin là dạng bền phổ biến nhất của TiO2; anatat, brookit là các dạng giả bền và chuyển thành dạng rutin khi bị đun nóng

Hình 1.1 Rutin trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

Hình 1.2 Anatat trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

5

- Rutin và anatat ở dạng đơn tinh thể được tổng hợp ở nhiệt độ thấp Hai pha này được sử dụng trong thực tế để làm chất màu, chất độn, chất xúc tác…[1,6]

Hình 1.3.Brookit trong tự nhiên và cấu trúc tinh thể

Các pha khác (kể cả pha ở áp suất cao) chẳng hạn như brookite cũng quan trọng

về mặt ứng dụng, tuy vậy brookite bị hạn chế bởi việc điều chế brookite sạch không

lẫn rutile hoặc anatase là điều khó khăn

Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh oxi chung Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-.Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra.Hình tám mặt trong rutile không đồng đều hơi

bị biến dạng thoi.Các octahedra của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn.Khoảng cách Ti-Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti-O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile Trong cả ba dạng thù hình của TiO2 các octahedra được nối với nhau qua đỉnh hoặc qua cạnh [1,6]

Hình 1.4 Hình khối bát diện của TiO 2

6

Vật liệu màng mỏng và hạt nano TiO2 chỉ tồn tại ở dạng anatat và rutin vì khả năng xúc tác quang của brookit hầu như không có

b) Tính chất quang của vật liệu TiO 2 :

- Anatat có năng lượng vùng cấm là 3.25 eV tương đương với lượng tử ánh sáng

có λ = 388nm

- Rutin có năng lượng vùng cấm là 3.05 eV tương đương với lượng tử ảnh sáng

có λ = 413nm

- Brookit có năng lượng vùng cấm là 1.9 eV [9]

 Năng lượng vùng cấm của TiO2 đều phù hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại

1.1.2 Cơ chế xúc tác quang hóa của vật liệu nano TiO 2 trong xử lí chất ô nhiễm

a) Cơ chế phản ứng quang xúc tác

Xúc tác quang hóa là chất có tác dụng thúc đẩy nhanh phản ứng hóa học dưới tác dụng của ánh sáng, nhưng không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng Các chất bán dẫn có vùng cấm nhỏ hơn 3,5 eV đều có thể ứng dụng làm xúc tác quang hoá Nhiều nghiên cứu liên quan đến cơ chế của quá trình phân hủy quang xúc tác đã được công bố.Đầu tiên, chất hữu cơ hấp phụ lên trên xúc tác quang hóa, sau đó electron chuyển từ vùng dẫn của chất bán dẫn đến cơ chất hoặc từ cơ chất đến lỗ trống ở vùng hóa trị xảy

ra trong suốt quá trình chiếu xạ.Electron và lỗ trống có thời gian tái kết hợp rất ngắn nếu không có mặt của cơ chất

Khi chất bán dẫn bị kích thích bởi các photon ánh sáng có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm thì các e trên vùng hóa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron mang điện tích âm do quá trình bức xạ photon tạo ra gọi là electron quang sinh và trên vùng hoá trị sẽ có các lỗ trống mang điện tích dương H+ được gọi là các lỗ trống quang sinh Electron quang sinh và lỗ trống quang sinh chính là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hoá học xảy ra, bao gồm quá trình oxi hoá đối với lỗ trống quang sinh và quá trình khử đối với electron quang sinh.Khả năng khử và khả năng oxi hoá của các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh là rất cao so với các tác nhân oxi hoá khử đã biết trong hoá học Các electron quang sinh có khả năng khử từ +0,5 đến -1,5 V; các lỗ trống quang sinh có khả năng oxi hoá từ +1,0 đến +3,5V [13]