(TIỂU LUẬN) vật liệu xúc tác quang vô cơ

Đặc điểm xúc tácHoạt tính được đo bằng năng lượng chất đầu tham gia phản ứng trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị của lượng chất xúc tác Xúc tác không gây nên phản ứng , không

Vật liệu xúc tác

quang vô cơ

Nhóm 9

Nội dung Tổng quan

Kết luận

A Tổng quan

Xúc tác cho quá trình sản xuất nhiên

liệu

1918-1945

Từ kinh nghiệm đến khoa học

B Nội dung

Khái quát

B.I

Đặc điểm xúc tác

Hoạt tính được đo bằng năng

lượng chất đầu tham gia phản

ứng trên một đơn vị thời gian

trên một đơn vị của lượng chất

xúc tác

Xúc tác không gây nên phản ứng , không làm thay đổi tính chất nhiệt động

Xúc tác làm thay đổi cơ chế và năng lượng hoạt hoá của phản ứng

Xúc tác không làm chuyển dịch vị trí cân bằng , chỉ tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng để nhanh chóng đạt tới cân bằng

Xúc tác có tính chọn lọc:

mỗi chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ cho một hoặc một vài phản ứng

Quá trình chuyển hóa chất

vô cơ thành cacbohidrat

Cơ chế

Một số khái niệm

1

a) Khái niệm xúc tác quang trong hoá học nó dùng

để nói đến những phản ứng:

 xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc

tác và ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng

chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp

cho phản ứng xảy ra.

 Chất xúc tác quang là vật liệu hấp thụ ánh

sáng để đưa nó lên mức năng lượng cao hơn

và cung cấp năng lượng đó cho chất phản ứng

để phản ứng hóa học xảy ra.

Khái niệm Xúc tác quang

electron được gọi là vùng dẫn (conduction band-CB)

Hai vùng này được chia cách nhau bởi một khoảng cách năng lượng gọi là vùng cấm (band gap energy) chính là độ chênh lệch năng lượng giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn

Vùng hóa trị, vùng dẫn

và năng lượng vùng

Cặp electron lỗ trống quang sinh

 Khi được kích thích bởi proton có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm các electron vùng hóa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn

Điều kiện xúc tác

2

Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang

Có hoạt tính

quang hóa.

Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng

nhìn thấy

Có giá thành rẻ, dễ chế tạo, bền trong quá trình

sử dụng, dễ thu hồi và không gây ô nhiễm

Phân loại xúc tác

3

Quá trình và cơ chế

xúc tác

4

Các giai đoạn của

Các chất tham gia phản ứng được hấp thụ lên bề mặt chất xúc tác

Vật liệu quang xúc tác hấp thụ photon ánh sáng, electron chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích với sự chuyển mức năng lượng của electron

Phản ứng quang hóa được chia làm 2 giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa sơ cấp trong đó các phân tử bị kích thích ( các phân tử chất bán dẫn ) tham gia trực tiếp vào phản ứng

bị hấp phụ Phản ứng quang hóa thứ cấp, còn gọi là giai đoạn phản ứng “tối” hay phản ứng nhiệt đó là giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc giai đoạn sơ cấp

Nhả hấp phụ các sản phẩmKhuếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc pha lỏng

Các giai đoạn của phản ứng xúc tác quang dị thể

 Giai đoạn 1: Chất bán dẫn hấp thụ năng lượng photon ánh sáng

 Giai đoạn 2: Electron hóa trị bị kích thích được tách ra khỏi vùng hóa trị dưới bức xạ có năng lượng photon cao hơn hoặc bằng năng lượng vùng cấm của chất bán dẫn, đồng thời để lại lỗ trống tích điện dương trong vùng hóa trị

 Giai đoạn 3: Cặp electron – lỗ trống quang sinh di

chuyển đến bề mặt chất bán dẫn

 Giai đoạn 4,5: Sự tái tổ hợp electron – lỗ trống quang sinh bên trong ở giai đoạn 4 và trên bề mặt ở giai đoạn

5 của chất bán dẫn

 Giai đoạn 6,7: Các phản ứng trên bề mặt chất bán dẫn

gồm quá trình khử đối với electron ở giai đoạn 6 và quá trình oxy hóa đối với lỗ trống ở giai đoạn 7

Các yếu tố ảnh hưởng

5

 Lượng xúc tác (A),

Hiểu biết về

một số chất xúc

1

CẤU

TRÚC

Ti có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion được ion bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có công thức

Hình khối bát diện của tinh thể

OxiTitan

Tính chất

vật lý Tính chất hóa học

- TiO2 là chất rắn màu trắng, khi

nung nóng có màu vàng, khi làm

- Tác dụng với axit khi đun nóng

lâu, với kiềm nóng chảy.

Lỗ trống oxi hóa các phân tử nhường e-.

Cơ chế phản ứng quang hóa của TiO2

Biện pháp cải thiện:

- Trộn thêm các nguyên tố khác: Fe, Pt,

C, N, S,… lên TiO2 để giảm năng lượng

kích hoạt.

- Sử dụng vật liệu xúc tác có năng lượng

kích hoạt trong vùng khả kiến; kết hợp

với TiO2.

Tuy nhiên bước sóng kích hoạt của TiO2 nằm ngoài vùng tử ngoại.

Với các đặc điểm của vật liệu xúc tác, tiềm năng ứng dụng là rất lớn Ở Việt Nam, nhiều sản phẩm xúc tác được sản xuất ở quy mô công nghiệp và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Các hướng nghiên cứu về vật liệu xúc tác vẫn luôn được chú trọng, quan tâm và phát triển, hứa hẹn nhiều đột phá mới trong ngành vật liệu.

Trong bối cảnh dịch bệnh Codid 19 hiện nay

ta có thể ứng dụng TiO 2 vào các màng lọc, khẩu trang, … để phòng chống dịch một các hiệu quả hơn.

Tiềm

năng

TiO 2 có năng lượng

vùng cấm khá cao,

E g = 3,2 eV, năng

lượng này tương

đương với năng

lượng UV với bước

sóng ≤ 387 nm 𝜆

tức là TiO 2 chỉ có khả năng sử dụng tia UV-A (chiếm một phần rất nhỏ khoảng 3-5% trong dãy phổ mặt trời) để thực hiện xúc tác quang.

Trong nghiên cứu nhiều vật liệu xúc tác cho kết quả tốt nhưng khi áp dụng vào quy

mô công nghiệp lớn gặp khó khăn (điều kiện, chi phí, ).

Hạn chế

Vật liệu ZnO

2

CẤU

TRÚC

ZnO là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O) ZnO có ba dạng cấu trúc gồm: hexagonal wurtzite, zincblende và rocksalt

haxagonal wurtzite có tính chất

nhiệt động lực ổn định

nhất trong điều kiện

nhiệt độ và áp suất môi

trường xung quanh

zinc blende chỉ kết tinh được trên đế có cấu trúc

lập phương

rocksalt chỉ tồn tại ở

áp suất cao

Tính chất

vật lý Tính chất hóa học

- ZnO là chất rắn màu trắng, khi nung nóng trên

300oC nó chuyển sang màu vàng, khi làm lạnh

trở lại màu trắng.

- ZnO có được tổ hợp của nhiều tính chất quý

báu, bao gồm tính chất điện, tính chất quang,

bền vững với môi trường hidro, tương thích với

các ứng dụng trong môi trường chân không

- Ngoài ra ZnO còn là chất dẫn nhiệt tốt, tính

Tính chất quang của

vật liệu ZnO.

‑ So với TiO2 thì ZnO hấp phụ nhiều phổ mặt

trời hơn nên nó có tính quang hóa cao hơn

TiO2. Cơ chế xúc tác của ZnO cơ bản giống

với TiO2.

‑ Sau khi hấp thụ photon ánh sáng dẫn đến

kích thích thì các e- và h+ có thể di chuyển

tới bề mặt của ZnO Quá trình tái tổ hợp e-

và h+ có thể xảy ra, làm giảm năng suất của

quá trình xúc tác.

Cơ chế phản ứng quang hóa của ZnO

Ưu điểm Nhược điểm

Mặc dù ZnO có năng lượng vùng

cấm rộng (3,27eV), nhưng hiệu suất

lượng tử của ZnO tốt hơn TiO2, do

đó hoạt tính quang xúc tác dưới ánh

sáng khả kiến tốt hơn TiO2 Một số

nghiên cứu đã cho thấy rằng ZnO có

thể sử dụng dưới ánh sáng khả kiến

ZnO có thể thu nhận ánh sáng khả

kiến từ năng lượng mặt trời cho

phản ứng phân hủy chất hữu cơ có

trong nước

Sự tái kết hợp nhanh electron và lỗ trống quang sinh làm giảm hiệu quả quang xúc tác

ZnO có năng lượng vùng cấm rộng (3,27 eV), vùng năng lượng cho hiệu quả quang xúc tác tốt nhất dưới ánh sáng cực tím, trong khi ánh sáng mặt trời chỉ có khoảng 5% bức xạ UV Do đó, ZnO thể hiện hoạt tính quang xúc tác thấp dưới ánh sáng mặt trời

C KẾT LUẬN

KẾT LUẬN

Phương pháp sử dụng chất xúc tác là các chất bán dẫn dưới điều kiện chiếu sáng

là phương pháp hiệu quả, an toàn

Vật liệu xúc tác quang trên cơ

sở có hoạt tính xúc tác quang hoá có thể tham gia vào các giai đoạn trung gian của phản ứng hoá học làm thay đổi tốc độ phản ứng và được bảo toàn sau khi kết thúc.

Quang xúc tác làm gia

tăng tốc độ của quá trình

oxy hóa và phân hủy các

chất hữu cơ độc hại để tạo

thành CO2, nước và các

chất vô hại khác.

CẢM ƠN MỌI NGƯỜI ĐÃ CHÚ Ý

LẮNG NGHE

300 giây đặt câu hỏi!!!

START TIMER TIME’S UP!