Nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu nano ti02 bằng phương pháp thủy nhiệt

khẳng định phương pháp thuỷ nhiệt có thể tổng hợp các thanh nano, dây nano, ống Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới cận xích đạo với thời lượng chiếu sáng hàng năm của mặt trời rất cao nên

Sưu tầm: Thạc sĩ Ngô thị thuỳ Dương

Một trong những vật liệu nano đang được quan tâm nghiên cứu nhiều

ngành công nghiệp như quang xúc tác, pin mặt trời, vi điện tử, điện hoá học [1] Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ nano,

sản xuất ceramic dẫn điện [2]

sol-gel, vi sóng, thuỷ nhiệt, micelle, … Phương pháp thủy nhiệt là khá đơn

với đường kính nhỏ, chiều dài lớn, diện tích bề mặt cao So với các phương pháp khác thì phương pháp thuỷ nhiệt có nhiều ưu điểm Nhiều nghiên cứu như của Chien-Chen Tsai, J Nian, H.Teng [3], Zang và cộng sự [4] khẳng định phương pháp thuỷ nhiệt có thể tổng hợp các thanh nano, dây nano, ống

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới cận xích đạo với thời lượng chiếu sáng hàng năm của mặt trời rất cao nên tiềm năng ứng dụng của vật liệu xúc

tác quang TiO2 là rất lớn Tuy nhiên, các công trình công bố nghiên cứu về vật liệu nano ở nước ta còn ít Do đó, việc tổng hợp vật liệu và nghiên cứu một cách hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp, để thu được vật liệu nano có hiệu suất cao, ứng dụng tốt, và lợi ích kinh tế càng phải được quan tâm và chú trọng.

Vì tất cả những lí do trên, tôi đã chọn đề tài:

nhiệt”

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về TiO 2 có cấu trúc nano [4-7]

1.1.1 Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý của TiO 2

anatase, rutile và brookite

Pha rutile có mức năng lượng miền cấm là 3,05 eV, cao nhất so với hai pha còn lại Rutile có kiểu mạng Bravais tứ phương, được tạo nên từ các đa diện

1.1)

(a) (b)

Hình 1.1 Tinh thể rutile: (a) dạng trong tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể

Anatase: là pha có hoạt tính quang hóa mạnh nhất trong 3 pha Tinh thể anatase thường có màu nâu sẫm, đôi khi còn có màu vàng hoặc màu xanh, có

độ sáng bóng như tinh thể kim loại, tuy nhiên lại rất dễ bị rỗ bề mặt Pha anatase có mức năng lượng miền cấm là 3,25 eV và khối lượng riêng 3,9

hình bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục c của tinh thể bị kéo dài (Hình 1.2)

(a) (b)

Hình 1.2 Tinh thể anatase: (a) dạng trong tự nhiên; (b) cấu trúc tinh thể

Swamy và cộng sự [4] chỉ ra rằng độ bền của pha anatase theo áp suất phụ thuộc vào tinh thể, tinh thể càng nhỏ thì càng bền ở áp suất cao Ở nhiệt

độ cao, pha rutile là bền nhất Li và cộng sự [4] chỉ ra rằng quá trình chuyển

ứng

Brookite: có hoạt tính quang hóa yếu nhất Brookite có mức năng lượng

O Ti

Trong thực tế, pha tinh thể brookite của TiO2 thường ít được đề cập trong các nghiên cứu và ứng dụng.

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể pha Brookite

rutile

Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý của TiO 2 dạng anatase và rutile

TiO2 ở dạng kích thước micromet rất bền về hóa học, không tan trong

gia một số phản ứng với axit và kiềm mạnh

Các dạng oxit, hydroxit và các hợp chất của Ti (IV) đều có tính lưỡng

+ Hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại, cho ánh sáng trong vùng hồng ngoại và khả kiến truyền qua

+ Là vật liệu có độ xốp cao vì vậy tăng cường khả năng xúc tác bề mặt

+ Giá thành thấp, dễ sản xuất với số lượng lớn, trơ hóa học, không độc, thân thiện với môi trường và có khả năng tương hợp sinh học cao

Gần đây, các nhà khoa học phát hiện thêm một tính chất tuyệt vời của

khác nhau: tính siêu thấm ướt và khả năng xúc tác quang Hai tính chất này được áp dụng rộng rãi trong ngành sản xuất kính tạo ra sản phẩm vừa có khả năng tự làm sạch vừa có khả năng chống tạo sương

1.1.2 Tính chất quang xúc tác của TiO 2 có cấu trúc nano [1,8]

Theo lý thuyết vùng năng lượng, cấu trúc điện tử của bán dẫn gồm có một vùng gồm những obitan phân tử liên kết với nhau được xếp đủ electron, được gọi là vùng hóa trị (Vanlence Band - VB) và một vùng gồm những obitan phân tử còn trống electron, được gọi là vùng dẫn (Conductace Band - CB) Hai vùng này được chia cách bởi một hố năng lượng được gọi là vùng

TiO2 ở dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn rutile, điều này được giải thích dựa vào cấu trúc năng lượng Vùng hóa trị của anatase và rutile xấp xỉ bằng nhau, điều này chứng tỏ chúng có khả năng oxi hóa mạnh Khi được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp, các electron hóa trị

sẽ tách ra khỏi liên kết chuyển lên vùng dẫn và tạo ra một lỗ trống mang điện tích dương ở vùng hóa trị Các electron khác có thể nhảy vào vị trí này để bảo hòa điện tích tại đó, đồng thời tạo ra một lỗ trống mới ngay tại vị trí mà nó vừa đi khỏi Như vậy, lỗ trống mang điện tích dương có thể tự do chuyển động trong vùng hóa trị (Hình 1.4)

Các electron chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O2 hấp phụ lên bề

quan trọng trong cơ chế quang phân hủy các hợp chất hữu cơ

1.1.3 Ứng dụng tính chất quang xúc tác của TiO 2 có cấu trúc nano

ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và sản xuất Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xử lí môi trường, làm sạch không

UV trong phân hủy các chất ô nhiễm như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, thuốc

tích bề mặt càng lớn, khi đó số nguyên tử định cư trên bề mặt càng nhiều làm tăng hoạt tính xúc tác của chúng Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy có một

nm là tối ưu để phân hủy choloroform Chao và cộng sự [4] nghiên cứu thấy

đều cho hoạt tính quang xúc tác tốt

Trong hai thập kỉ gần đây, quá trình xúc tác quang hóa bán dẫn trên

phương pháp truyền thống để xử lí các chất hữu cơ trong môi trường nước hoặc không khí

1.2 Các phương pháp tổng hợp TiO 2 có cấu trúc nano

1.2.1 Phương pháp thủy nhiệt [4, 10-13]

Khái niệm “thủy nhiệt” lần đầu tiên được nhà địa chất học Murchison

đề cập khi mô tả sự hình thành của các khoáng vật ở lớp vỏ bên trong của trái đất Ngày nay, phương pháp thủy nhiệt được rất nhiều nhà nghiên cứu sử dụng

để chế tạo các vật liệu có cấu trúc nano Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng rộng rãi như vậy nhưng cho đến nay người ta vẫn chưa đưa ra được một định nghĩa chính xác về nó, các định nghĩa này không đưa ra điều kiện dưới về nhiệt độ và áp suất Tuy nhiên, cách đây vài năm người ta đã đưa ra một định nghĩa khá đầy đủ: “Thủy nhiệt là sự tiến hành các phản ứng hóa học với sự có mặt của một dung môi (có thể là nước) trong một hệ kín ở điều kiện trên nhiệt

độ phòng và áp suất lớn hơn 1atm” Phương pháp thủy nhiệt có những đặc tính vật lý đặc biệt làm cho rất nhiều phản ứng xảy ra đồng thời trong dung môi nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như: tổng hợp những vật liệu phức tạp, chế tạo vật liệu có cấu trúc nano, tách kim loại ra khỏi quặng,… Trong công nghiệp gốm đây là phương pháp hữu hiệu để tổng hợp các vật liệu

có kích thước nhỏ

Phương pháp thủy nhiệt sử dụng các dung dịch trong điều kiện nhiệt độ hoặc áp suất cao, có tác dụng làm tăng độ hòa tan và tốc độ phản ứng giữa các pha rắn Để thực hiện được điều này, dung dịch hòa tan vật liệu được đặt trong một nồi hấp kín và đốt nóng Dựa vào nhiệt độ và lượng dung dịch đưa vào nồi hấp ta có thể biết được áp suất tạo ra bên trong nồi hấp Phương pháp thủy

nhiệt TiO2 với các loại bazơ khác nhau (như NaOH, KOH, LiOH,…) sẽ cho sản phẩm có cấu trúc đơn, kích thước tương đối nhỏ, và diện tích bề mặt lớn

bền và nồng độ của bazơ Sự ảnh hưởng bản chất của bazơ được sử dụng và nồng độ của bazơ trong sự hình thành cấu trúc nano được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ Raman, chụp ảnh hiển vi điện tử quét và truyền qua, phép đo diện tích bề mặt

điểm hơn hẳn các phương pháp khác: nhiệt độ kết tinh của pha anatase dưới

có kích thước, hình thái và thành phần pha như mong muốn Năng lượng tiêu thụ ít và ít ảnh hưởng đến môi trường

Ứng dụng phương pháp này, ta có thể thu được các tinh thể nano, thanh

thước có thể kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ của tiền chất và thành

có cấu trúc lớp trong môi trường HCl 0,05-0,1M ở 140-170oC từ 3-7 ngày thu

Để nâng cao hiệu quả của phản ứng thủy nhiệt, các nhà nghiên cứu đã kết hợp phương pháp này với các phương pháp vi sóng, siêu âm, trộn cơ học,

và phản ứng điện cơ Phương pháp thủy nhiệt – vi sóng đặc biệt được sử dụng trong việc tổng hợp PZT và các gốm oxit Với kĩ thuật này thì kích thước hạt, hình thái học của vật liệu và sự kết tụ của các gốm oxit khác nhau có thể được điều khiển thông qua sự chọn lựa cẩn thận tỉ số của các vật liệu ban đầu, pH, thời gian và nhiệt độ Tương tự như vậy, năng lượng siêu âm đã được sử dụng

để chế tạo các vật liệu mới và làm tăng nhanh các phản ứng hóa học Vì vậy, khi kết hợp thủy nhiệt và siêu âm, các phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ nhanh hơn so với phương pháp thủy nhiệt thông thường

1.2.2 Phương pháp nhiệt dung môi [10]

Phương pháp nhiệt dung môi tương tự như phương pháp thủy nhiệt, chỉ khác ở điểm dung môi không phải là nước Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiệt độ cao hơn vì dung môi hữu cơ sử dụng thường có nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ sôi của nước Phương pháp này kiểm soát kích thước, hình dạng

hoạt động bề mặt hoặc không Khi trộn lẫn titanium tetraisopropoxide (TTIP)

tinh thể tăng khi tăng tỉ lệ khối lượng TTIP:toluen trong khoảng khảo sát Các

Chiều dài và đường kính của các thanh nano phụ thuộc vào tỉ lệ khối lượng tiền chất chất hoạt động bề mặt dung môi.

dung môi có tính chất vật lý và hóa học khác nhau có thể ảnh hưởng đến độ tan, khả năng phản ứng, khuếch tán của các chất phản ứng, đặc biệt độ phân cực và khả năng tạo liên kết phối trí của dung môi ảnh hưởng đến hình vị và

dây nano nếu sử dụng dung môi là hỗn hợp rượu-nước, nhưng khi thay dung

1.2.3 Phương pháp sol – gel [4,8,14,15]

Phương pháp sol – gel là quá trình chuyển hóa sol thành gel Quá trình sol – gel gồm hai giai đoạn: tạo hệ sol, gel hóa (glation), định hình (aging), sấy (drying), kết khối (stintering) Bằng phương pháp này có thể thu được vật liệu có trạng thái mong muốn như khối lượng, màng phôi, sợi và bột có độ lớn đồng nhất,… Phản ứng định hình của phương pháp sol – gel là phản ứng thủy phân và trùng ngưng Phản ứng thủy phân nói chung xảy ra khi thêm nước vào, là quá trình thế các gốc alkoxide kết hợp với Ti (IV) bằng gốc hydroxyl (OH), phản ứng trùng ngưng là qua trình các liên kết Ti–OH biến thành Ti–O–

Ti và tạo thành các sản phẩm phụ là nước và rượu Nếu số liên kết Ti–O–Ti tăng lên thì các phân tử riêng rẽ tạo thêm chất dính kết bên trong sol hay đông kết với nhau tạo thành gel có cấu trúc mạng Muốn chế tạo màng, người ta dùng phương pháp phủ quay (spin – coating) hoặc hoặc phủ nhúng (dip – coating)

Phương pháp sol – gel ngày càng được áp dụng phổ biến nhờ khả năng tổng hợp dễ dàng, trang thiết bị đơn giản, độ đồng đều và độ tinh khiết khá tốt, chế tạo được màng mỏng và tạo được hạt có kích thước nano khá đồng đều.

1.2.4 Phương pháp sol [4,14,15]

Phương pháp sol giống phương pháp sol – gel nhưng không có phản

với các phân tử cho oxi khác nhau như alkoxide kim loại hay ete hữu cơ

Quá trình trùng ngưng giữa Ti-X và Ti-OR sẽ hình thành liên kết

Ti-O-Ti Các nhóm alkoxide có thể do alkoxide của Ti cung cấp hay được hình

Ứng dung phương pháp này, Trentler và Colvin [14] đã tổng hợp được

tác giả này nhận thấy nếu nhóm thế càng phân nhánh thì tốc độ phản ứng càng

tổng hợp bằng phương pháp này Cozzoli và cộng sự [15] đã thành công trong

giữa TTIP với axit oleic

1.2.5 Phương pháp vi sóng [12]

Phương pháp vi sóng cung cấp nhiệt bằng việc tạo dao động phân tử với tốc độ rất cao Sự cấp nhiệt nhanh và đồng nhất, giống như quá trình thuỷ nhiệt ở nhiệt độ cao Nhiệt sinh ra do sự cọ sát và sự chuyển đổi năng lượng sóng thành nhiệt Quá trình cấp nhiệt được thực hiện ngay bên trong mẫu Ưu điểm chính của việc đưa vi sóng vào trong hệ phản ứng là tạo động học cho sự tổng hợp cực nhanh Phương pháp này đơn giản và dễ lặp lại.

Khi sử dụng lò vi sóng với tần số 2,45 GHz, trong 1 giây các phân tử nước quay theo trường và cọ xát vào nhau 2,45 tỷ lần, do vậy, lượng nhiệt sinh ra rất lớn và đồng đều Đối với vật rắn, tần số 2,45 GHz tương ứng với miền đóng góp của cơ chế hồi phục lưỡng cực và ion xảy ra trong vật liệu Vi

dưới tác dụng của vi sóng

1.2.6 Phương pháp siêu âm [11]

Siêu âm hoá học là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng mới được phát triển gần đây Phương pháp này sử dụng tác động đặc biệt của siêu âm công suất cao để điều khiển các phản ứng hoá học Siêu âm công suất cao có tác động mạnh đến phản ứng hoá học thông qua hiệu ứng sinh lỗ hổng Với tần số lớn hơn 18 kHz được coi là siêu âm

Trong môi trường đàn hồi như không khí và đa số các vật rắn có sự dẫn truyền liên tục nên sóng âm được truyền đi Khi sóng âm được truyền đi, tại mỗi điểm trong môi trường dẫn âm cũng lần lượt bị nén vào giãn ra Tại điểm

bị nén thì áp suất của môi trường là dương (+) còn tại điểm giãn ra thì áp suất của môi trường là âm (-) Trong môi trường không đàn hồi như nước và đa số các chất lỏng, khoảng truyền dẫn liên tục càng dài thì biên độ hay độ lớn của

âm thanh sẽ bé đi tương ứng Khi biên độ tăng lên thì hiển nhiên biên độ của

áp suất âm (-) trong vùng giãn trở thành nguyên nhân làm cho chất lỏng bị loãng và là cơ sở của khái niệm gọi là "sự tạo bọt khí" Các "bong bóng" bọt khí được tạo nên tại những chỗ bị giãn giống như chất lỏng bị loãng ra, bị xé rách vì áp suất âm (-) của sóng âm thanh trong chất lỏng Khi mặt đầu sóng đi qua, các "bong bóng" bọt khí dao động dưới ảnh hưởng của áp suất dương, chúng lớn lên tới một kích thước nào đó Cuối cùng, sự giằng xé dữ dội các

"bong bóng" bọt khí dẫn đến sự nổ tung, gây nên sóng xung kích phát ra từ nơi bọt vỡ Sự giằng xé và nổ tung của vô số các "bong bóng" bọt khí trong toàn bộ khối chất lỏng dưới tác động của siêu âm đạt được hiệu ứng gắn liền với siêu âm Người ta đã có thể tính được rằng tại nơi xảy ra sự nổ tung các

"bong bóng" bọt khí, nhiệt độ đạt tới trên 5000K và áp suất đạt cỡ 1000 atm

Hệ quả cuối cùng của nhiệt độ cao là các phản ứng hoá học dễ dàng xảy ra Áp suất cao dẫn đến tăng số lượng phân tử va chạm, và vì vậy chúng làm tăng độ linh động phân tử và kết quả làm gia tăng tốc độ phản ứng hoá học

Năng lượng cần thiết để tạo thành các bọt khí trong chất lỏng tỷ lệ thuận với cả sức căng bề mặt lẫn áp suất hơi Như vậy, áp suất hơi của chất lỏng càng cao thì năng lượng cần thiết để tạo bọt khí càng cao và đồng thời năng lượng sóng xung kích tạo ra khi các bọt khí bị xé tung ra cũng càng lớn

Các quá trình vật lý, hóa học xảy ra tại thời điểm xảy ra sự nổ tung của bọt khí vẫn còn nhiều bàn luận, do nhiệt độ và áp suất của vùng khí bên trong bọt cao (5000K, 1000 atm), khi bọt nổ tung sẽ có một miền trung gian tiếp xúc giữa pha khí và lỏng có nhiệt độ cũng vào khoảng 1900K Sự chênh lệch nhiệt

độ giữa hai miền này là nguyên nhân gây nên sự khuếch tán, sự tương tác phức tạp của vật chất Nhiệt độ cao và áp suất lớn sẽ biến các chất khí trở thành trạng thái siêu tới hạn đặc biệt (Hình 1.5)

Hình 1.5 Sự phân bố nhiệt độ trong và ngoài bọt khí

Nguyên tử tại anôt bị điện tử bắn phá làm cho bốc hơi và bay lên, trở thành ion dương và hướng về phía catot Nhờ đó catot sẽ được phủ một lớp vật chất bay sang từ anôt và cũng có một số hạt rơi xuống trên đường chuyển động Khi chọn được chế độ phóng điện hồ quang hợp lý sẽ có được các hạt nano rơi xuống dưới hoặc tập trung tại catot

1.2.8 Phương pháp vi nhũ tương [19]

Đây là một trong những phương pháp triển vọng để điều chế các hạt có kích thước nano Hệ vi nhũ tương gồm có một pha dầu, một pha chất có hoạt tính bề mặt và một pha nước Hệ này là hệ phân tán bền, đẳng hướng của pha nước trong pha dầu Đường kính của các giọt khoảng 5-20nm Các phản ứng

hóa học xảy ra khi các giọt chất nhũ tương tiếp xúc với nhau và hình thành nên các hạt có kích thước nanomet.

Gần đây, phương pháp vi nhũ tương đã được ứng dụng thành công để

alkoxide của titan và các hệ tạo nhũ khác nhau Tuy nhiên, đây là phương pháp có chi phí cao do phải sử dụng một lượng lớn dung môi và chất hoạt động bề mặt

Chương 2 THỰC NGHIỆM2.1 Tổng hợp vật liệu

+ Lò sấy (Hiệu Lenton)

+ Lò nung (Hiệu Lenton)

+ Máy khuấy từ

+ Đèn UV

+ Cốc thuỷ tinh và các dụng cụ thuỷ tinh khác

2.1.2 Tổng hợp vật liệu TiO 2 có cấu trúc nano

Để tổng hợp vật liệu có kích thước nano, trong luận văn này, chúng tôi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu như: nồng độ NaOH, nhiệt

độ thuỷ nhiệt, loại bazơ, nhiệt độ nung

2.1.2.1 Tổng hợp vật liệu ở những nồng độ NaOH khác nhau

NaOH được pha ở những nồng độ khác nhau, khuấy từ khoảng 30 phút Hỗn hợp sau khi khuấy từ được cho vào bình Teflon và đưa vào nồi hấp đậy kín,

14h

Sau khi thủy nhiệt, bình được để nguội một cách tự nhiên đến nhiệt độ phòng Sản phẩm thuỷ nhiệt dưới dạng kết tủa trắng thu được cho vào cốc 1000ml và cho nước cất vào đầy cốc, để lắng và gạn bỏ phần nước trong rồi

đầy cốc, tiếp tục để lắng, gạn bỏ phần nước trong và cho đầy nước cất vào

mã não, rồi được đưa đi nghiên cứu và thử các tính chất

Bảng 2.1 trình bày điều kiện tổng hợp vật liệu ở những nồng độ NaOH khác nhau

Bảng 2.1 Điều kiện tổng hợp vât liệu ở những nồng độ NaOH khác nhau

Tên mẫu m TiO2(g) V NaOH (ml) C NaOH(M) Nhiệt độ thủy nhiệt (0C

)

2.1.2.2 Tổng hợp vật liệu bằng các loại bazơ khác nhau

bazơ nồng độ 10M, khuấy từ khoảng 30 phút Hỗn hợp sau khi khuấy từ được cho vào bình Teflon, toàn bộ thiết bị phản ứng được đặt trong tủ sấy duy trì ở

Sau khi thuỷ nhiệt nồi hấp được để nguội một cách tự nhiên đến nhiệt

độ phòng, quá trình rửa, lọc sản phẩm tương tự như trên Sản phẩm thu đươc nghiền mịn bằng cối mã não, rồi được đưa đi nghiên cứu và thử các tính chất

Bảng 2.3 trình bày điều kiện tổng hợp vật liệu ở các loại bazơ khác nhau

Bảng 2.3 Điều kiện tổng hợp vật liệu ở các loại bazơ khác nhau

2.1.2.2 Tổng hợp vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau

NaOH 10M được pha ở những nồng độ khác nhau, khuấy từ khoảng 30 phút

Hỗn hợp sau khi khuấy từ được cho vào bình Teflon, toàn bộ thiết bị phản ứng

Sau khi thuỷ nhiệt nồi hấp được để nguội một cách tự nhiên đến nhiệt

độ phòng, quá trình rửa, lọc sản phẩm tương tự như trên Sản phẩm thu được nghiền mịn bằng cối mã não, rồi được đưa đi nghiên cứu và thử các tính chất

Bảng 2.3 trình bày điều kiện tổng hợp vật liệu ở những nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau

Bảng 2.3 Điều kiện tổng hợp vật liệu ở những nhiệt độ thủy nhiệt khác nhau

Tên mẫu m TiO2(g) V NaOH (ml) C NaOH(M) Nhiệt độ thủy nhiệt (0

2.1.2.4 Tổng hợp vật liệu ở điều kiện nhiệt độ nung khác nhau

nano Bảng 2.4 trình bày điều kiện tổng hợp vật liệu ở những nhiệt độ nung khác nhau

Bảng 2.4 Điều kiện tổng hợp vật liệu ở những nhiệt độ nung khác nhau

Tên mẫu m TiO2(g) V NaOH (ml) C NaOH(M) Nhiệt độ

thủy nhiệt (

0C)

Nhiệt độ nung ( 0 C)

T-800 2,0000 50 10 140 800

2.2 Thử nghiệm hoạt tính quang xúc tác của TiO 2

Hình 2.2 Mẫu TiO 2 sau khi thuỷ nhiệt (trái) và mẫu P-25

thử hoạt tính quang xúc tác Cân 0,0200g vật liệu này cho vào cốc thuỷ tinh cho vào 20ml dung dịch xanh metylen (MB) nồng độ 50mg/l, hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy từ và được chiếu sáng bằng đèn UV khoảng cách khoảng 10 cm, với thời gian 30 phút, 60 phút sau đó được lấy ra, tránh ánh sáng, để lắng, ly tâm và được đo phổ UV-Vis để kiểm tra khả năng phân huỷ xanh metylen của vật liệu này

Cách tiến hành tương tự đối với vật liệu P-25 để so sánh hoạt tính quang xúc tác của hai loại vật liệu

Hình 2.3 Dung dịch MB ban đầu (trái), sau 30 phút chiếu UV có xúc tác P-25

(giữa), xúc tác TiO 2 sau khi thuỷ nhiệt (phải)

2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu

2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét-truyền qua (SEM-TEM)

SEM và TEM đều sử dụng chùm tia điện tử để tạo mẫu nghiên cứu Khi chùm điện tử đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các chùm điện tử phản

xạ và điện tử truyền qua Các điện tử phản xạ và truyền qua này được đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu được khuyếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tương ứng trên màn Độ sáng tối trên màn ảnh phụ thuộc vào lượng điện tử phát ra tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng

mẫ nghiên cứu Tùy theo tương tác giữa chùm điện tử với mẫu nghiên cứu mạnh hay yếu mà trên màn huỳnh quang xuất hiện điểm sáng hay tối

Hình 2.2 Nguyên tắc chung của phương pháp hiển vi điện tử.

Phương pháp SEM thường được dùng để nghiên cứu bề mặt của vật liệu, còn phương pháp TEM được sử dụng rất hiệu quả trong việc nghiên cứu đặc trưng bề mặt và cấu trúc vật liệu

2.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt

Phương pháp DTA (Diferential Thermal Analysis): nghiên cứu các quá trình xảy ra đối với vật liệu mà những quá trình đó có kèm theo hiệu ứng nhiệt