Nguyên lý và ứng dụng của các kính hiển vi TEM, SEM, A FM

Lâm Quang Vinh M th Gel làm ttr ng thái màch t] ng vàr n phân tấn vào nhau, trong đó m tm ngÌ: Ich trnch a các thành ph nch tl ng Precursor là nh ng phnt banđuđ tonh nghtkeo sol.Nó đ cto

Trang 1

Liên h : thanhlam1910_2006@ yahoo.com 1 CBHD: TS Lâm Quang Vinh

M CL C

M CI C ooG 0 G4 6 9 009090 000888096 00606 080900068089000000080000000080800000080000006 1

DANH M CCACB NGurssssssssssscsssssssscsseess sssssesssssessesessssssssessees sosessessssseeseeeses 3

DANH M_ C HINH 4

M ÐĐÙ V009 6 t0 990000 09098969666888896 06 05890900068080000008080000000080.0009000080000000 7 PH N 1: T NGQUANN co c0 G000 0 g0 00 00000009 9 000 600000.0960600600000660 08 8 CH NG 1: CS LY THUY T -sc5-s<5escsess cesses 8 II Ph áo 0C nh o 8

DLL Gl Ltn UW 8

1.1.2 Các quá trình chính x y ra trong Sol-Gel -‹s+ss< + s+<5<5s2s2ss 9 1.1.3 uớđi mvành ci mc a quá trình Sol-Gel .-< «s 13 114 Mts ngd nghi nnayc aph ng pháp sol-gel 14

11.5 Cacph ng phapt 0 Mang 16

12 H pch t TiOg va cdc ng d NG 20

1.2.1 Cac tinh ch tly-hoa wu 20

1.2.2 Tinh nang quang XUc tac - 22

12.33 5 I cv vtliut làms cCh -ĂS5<<325525555%2 26 55! an 26

ŠŠ/x:š` man e 27

"an 28

13 Cácph ng pháp phân tchm u trong khóa Ìu n 32

13.1 Nguyên lývà ngd ngc aph UV-VIS s s 32 13.2 Nguyên lývà ngd ngc aph nhí ux ta X (XRD) 33

1.33 Nguyên lývà ngd ngc acác kính hi n vi TEM, SEM, AFM 35

1.3.3.1 Kínhhi nviđi nt truy n qua (TEMI) - s <««<2 35 1.3.3.2 Kinhhi nvidi nt quét (SEM) -Ặ-Ă+.2S2562555552 36 1.3.3.3 Kinhhi nvil cnguyént (AEM) s <<cess+2 38 PH N 2: TH CNGHI Marau cccsscssssccsscrscsccses cosscccsscsscsesscsscscsscssons sossesssssssoses 40 CH NGII:T OVAKH OSAT TINH CH TY TLI U 40

2.1 TOV tu TIO¿ cccccc c Q10 00000000006 1 03 1100 111055 66556 40 “5 NH9 0 nan J 40

"5508 19s nh e 40

HG CH tiie 40

D ngc thi nghd Mou ee eccccssesesee cessssnsecssssssnnacasscescesees sesseesseseeeseeesees 40

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 2

CH NG III: K TQU VÀ BÀNLU N «.-ee-eccseceseceeee 51

3.1 Thayd im cnang] ngh pthu Ă5%52+32562555662 522522 31 CAN) 0i ìi0ii) 0909.15.90.10 33

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 3

Trang 4

DANHM CHINH NH

Hinh 1.1 Ph n la: — 10

Hinh 1.2) Ph n ng ng nt wie 11

Hinh1.3 S phattri ne utrictinhth trong đi u ki n xúc tấc acid 12

Hình 14 Š phát trí nc u trúc tnhth trong đi u ki n xúc tác base 12

Hinh 1.5 S phát tri nc u trúc màng trong quá trình sol-gel -««- 13

Hình 1.6 Các nhóm s nph mc aph ng pháp sol-gel - 15

Hình 1.7 Ph ng phapph quay (spin coafing) -s s55 si 232555255 16 Hinh 1.8 Cac giaido nc aph ng phapph quay - s- 16 Hình 1.9 S phát ti nđ day mang pr oe ccesecesccceesteesesseeeseeeeseees 18 Hinh 1.10 Quá trình ph nhúng - - 555 25 <<5<5111123325335.55255555252 18 Hình 1.11 Thi tb ph phun (súng phun) 2< 55 6+ s3 2113352355 555555525552 19 ;10.) 809V i0 0n van a 19

Hình 1.13 C u trúc pha tnhth rutile 5-2 5555 5++22255566223255⁄2 21 Hình 1.14 C u trúc pha tnhth Anatase - - s6 c2 55133221 1 133155555255⁄2 22 Hình 1.15 C u trúc pha tnhth brookI(e - ¿55255553555 <5*++2<<s+ssss2 22 Hình 1.16 Cácc ch dchchuy nởi nt .< -<<<<<<<<2 23 Hình 1.17 Quá trình quang hoá v 1s kích ho tc acác phân( TIO; 24

Hình 1.18 B r ng khenăngÌ ngc am ts ch tbánd n 25

ÿ1).)8 96000 năng ốn 27

Hình 1.20 Hi u ng lá sen 2 0111663640 111146645 3111182411111 8222 27 Hinh 1.21 C ch chuy nt tinhk n csangtinh an ccaTiO,khid c 3i08:8+i;0707070707Ẽ7— 29

Hình 1.22 B m tk n cC a TÌHO: - -QS Ăn ĂĂ S22 SE se 30 Hình 1.23 S5 phânhu cácch th uc làml nhóm -OH - 30

Hình 1.24 Quá trìnhh pph v tlý các phânt n c 30

Hình 1.25 N ckhu ch tán vào trongb m tV fÌI U ‹.<<<«« 3l Hình 1.26 CC ch t làms chkth ptínhch tsiêuthm_ t 32

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 5

Hình 127 CC ngớđ tia sáng trongph ng pháp đo UV-VIS 33

Hình 1.28 Máy UV-Vis Cary 100 Conc - Varlant .- <5 5+3 2s s++2sss+2 33 Hình 1.29 ŠS đ tánx tiaX b I1nguyên ( . c72 225555 <<+<<s2 34 Hình 1.30 S d nhỉ ux tiaXb 1tinh(th 25 Ặ 2255555333525 2522 34 Hinh 1.31 Maych p ph XRD wwe - 35

Hinh 1.32 S doc ut 0 may TEM 35

Hinh 1.33) May JEM — 1400.00 .- 36

Hinh 1.34 S do cut o may na 37

Hinh 1.35 May Jeol 6600 38

Hinh 1.36 May Nanotec Electronica S.L ww ccsesseccccser sececsssssacsescessssaeseoees 38 Hinh 1.37 S do cut 0 may AFM 39

Hinh 1.38 D th các vùng ho tđ ngc am 1dỊ < +55 <<<+<<<<<s++2 39 Hình 2.1 S đ to sol SnO: c-cG 1H00 1600006551666 5 111155555 se 41 Hình 2.2 S đ t o sol T1O¿:SnOg, - 0 CC c0 090111 1 1 1v s3, 44 Hình 2.3 Máy nhúng màng (dip—-coating) . - 5 ccc c2 131355355155555222 46 Hinh 2.4 L9 0.2200 19:9) 49

Hình3.1 Ph UV-VISc amàng ngv lcáấcn ng 51

Hinh 3.2 S d dchchuy ndi nt trong TIO¿z:SnÕ¿ -s5+ <<<<<<<5 52 Hinh 3.3 Ph h p thu c a cac mang T1O;:SnO; pha tp v icéc n ngởđ khác "8n no 53

Hinh 3.4 Ph nhi ux taXc am ub t T¡iO;t icác nhi tđ khác nhau 54

Hinh3.5 Ph nh ux tia Xc am ubt T¡iO;SnO; v icácn ngởđ phatp khác nhau t ¡ 500C c6-55++ + 2221211221111 1111.211 55

Hình 3.6 nh TEMc am u T1O2:SnỠ¿ c5 ccc c1 11155 585 55 56 Hình 3.7 nh SEMc am u T1Os:ŠnỠs + - << cc s62 2512515555 55 57 Hinh 3.8 nh AFM cùam u màng TiO¿:SnO; (30%) t ¡ 500C 57

Hinh3.9 D th biudinn ngd MB theo th Igian ng v icác m upha t p S190 1i 0 — ỐƠỎỎ 58

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 6

9080010010117 —— 62 Hình nh khu nÌ c trên ổ a D€fTI - 5-55 ĂS 232 662552552554 63

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 7

M DU

V th u TiO, la ch t band nco tinh nang quang xtc tac r t m nh trong vi c

ng d ng môitr ng, có r tnhi u công trình trong và ngoàin cnghiénc uvt

li u này [1,6,34].Ch b ng vi c chi u sáng, các nhà nghiên c u nh nth y các ch t huc ,cácch tbnb phân hu.Đ cbi ttrong môit ngn c,d 1tấc d ng

c a ánh sáng vàs có m tc a TIO;, cach pchtonhi md dang b phân h y Tính ch tnàyđ cápd nglàms chn c, không khí và di t khu n

Vid r ng ving c m kho ng 3,2eV - 3,5eV, v t li u TiO, ch cóth cho

hi ung xtc tac trong vung 4nh sang t ngo i (UV) Tuy nhién, b cx UV ch chì m kho ng 4%-5% năng Ì ngm ttr Inênhiu ng xúc tấc ngoài tr ith p [26]

Ð s dngtrctipnăngÌ ngm ttr icóhi uqu hn,cnm rngph hpthu Ti0.v vùng ánh sáng kh ki n(lo 1b cx chmpgn45% năng | ngm ttr 1) [26] nhi u tác gi đã phatpNv 1 TiO, b ng ph_ ng pháp phún x magnetron,

ph ng pháp này đòih 1thỉtb đttn và khó phat pN vin ngđ cao Ð

kh cph cnh nghnch c av tliu TIO; có tính quang xúc tác t t trong vùng ánh sáng kh ki n, chúng tôi t ngh pmàng vàb t TIO; phat pv 1SnO;b ngph ng pháp sol gel, day la ph ng pháp chođ tỉnh khi t cao và cóth phat pv in ng

d cao [16,21,22,24] Sau đó chúng tôi dùng các ph ng pháp quang ph đ nghiên

c utinhch tquangce av tli u TiO, phat p SnO,

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 8

Ph ng phap sol-gellam tk thutt ngh phdéakeod toracacvtlhlu

có hình d ng mong mu n nhi tđ thp.Nóđ chình thành trênc s phn ng

th y phân vàph n ngng ngt t cácch tg c (alkoxide precursors) [17]

Lchs phát tri n:

Gi a nam 1800s quan tam ph ng pháp sol - gel đ tog ms và kính

d cbtđuv 1Ebelman và Graham khi nghiên c uv gel Silic Năm 1950 - 1960 Roy và các c ng tác đãs d ngph ng pháp sol - gelđ (orag ms m 1V 1 thành ph n là các đ ng ch thóa h c, bao g m: §1, AI, Zr mà không s d ng

ph ng pháp g m truy nth ng.B t,s I,đ dày màng và th u kính quang h c thì

đ ctobiiph ng pháp sol - gel [1]

Các khái ni mec b n:[1]

Mth Sollamts phân tấnc acách tr ncó kíchth ckho ng0lđn lum trong m tch tl ng, trong đó ch có chuy nđ ng Brown làmL l ng các h t

a) Kíchth ch tquánh nên!l c hút là không đáng k

b) Lct ngtácgi acách tlàI c Val der Waals

c) Cách tcó chuy nđ ngng u nhiên Brown do trong dung d ch các h t

Trang 9

M th Gel làm ttr ng thái màch t] ng vàr n phân tấn vào nhau, trong đó

m tm ngÌ: Ich trnch a các thành ph nch tl ng

Precursor là nh ng phnt banđuđ tonh nghtkeo (sol).Nó đ cto thành t các thànht kim lo 1 hay á kim, đ c bao quanh b 1inh ng ligand khác nhau Các precursor cóth làch tvôc kim lo Ihayh uc kim lo 1

Cong th c chung c a precursor : M(OR)x

M lakim lo i

R là nhóm alkyl có công th_c: CaHạn,t

Nh ngch thuc kimlo lđ cs dngph bi nnh t là các alkoxysllans,

nh 1a Tetramethoxysilan (TMOS),Tetraethoxysilan (TEOS) D nhiên nh ng alkoxy khác nh là các Aluminnate, Titanate, va Boratc ngd cs dngph bin trong qua trinh Sol-gel

1.1.2 Các quá trình chính x y ra trong Sol-Gel:

Quá trình sol-gel làm tph ng pháphóah c tt ngh pcácph nt( huy n phù d ng keo r n trong ch tÌ ng và sau đó t o thanh nguyén li ul ng phac ab khung ch trn,đ cch ađ y dung môi cho đ n khi x y ra quá trình chuy n ti p

sol-gel [1]

Trong quá trinh sol-gel cac ph nt trung tâm tr Iqua2phn nghóah cc bn: phn ngth y phân vàph n ng ng ngt (d 1 xúc tấc axit ho c baz ) đ hình thành m tm ngÌ 1 trong toàn dung d ch [17]

Trang 11

Liên h : thanhlam1910_2006@ yahoo.com 11 CBHD: TS Lam Quang Vinh

e Thiêu k t sintering): đây là quá trình k tch tkh imng,đ cđiu khi nb inang! ng phân gi 1 Thông qua quá trình này gels chuy nt pha vô

đ nh hình sang pha tnhth d itaécd ngc anhitd cao

Trong toàn b quá trình, hai phn ng thu phân-ng ngt là haiphn ng quy tđnhc u trúc và tính ch tc as nph m sau cùng Do đó, trong ph ng pháp sol-gel, vi cki msoatt cd phn ngthu phan-ng ngt lar tquantr ng

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 12

S phát tri nec u tric tinh th trong quá trình Gel hóa [20]:

Sol ch t nt1 trong m t kho ng th 1 gian Ð nm tth lđi mnh tđnh thì các h thút Ì nnhaud tr thành nh ngph nt lnh n.Các ph nt này tptec phat ti nd nkich th cc Inm thì tùy theo xúc tác có m t trong dung d ch mà phát tri n theo nh ngh ng khác nhau

Xúc tắc axit

Polyme mach nhanh ngau nhién

Hình13 S phdattri nc utric tinh th trong di u kỉ n xúc tác acid

D idiuki n xtc tac acidh ts phat tn n thanh polymer m ch nhanh ng u nhiên ho cm chth ngc b n, đan xen vào nhau

Xúc tắc bazơ

Cluster phan nhanh mirc độ can

Hinh 1.4 SỐ phát trì nc u trúc tnhth trong đi u kỉ n xúc tác base

D 1điukin xúc tác baz các h t phát ti n thành các cluster phân nhánh

m cđ cao nhi uh n, không xen vào nhautr c khit o thành Gel, chúngth hi n

Trang 13

Hình 1.5 Š phát trí nc u trúc màng trong quá trình sol-gel

1.1.3 uđi mvành cđi mc a quá trình Sol-Gel [2]:

u đi m;

eCo th toramang ph liênk tm ngủ mang đ ns dính ch trtttgBI1 a

v tli ukim lo 1 va mang

seCó th t ora màng dày cung c p cho quá trình ch ngs ăn mòn,

seCóth d dàng t ohình các v tÌl¡ u có hình d ngph ct p

eCóth snsutđ cnh ngsnph mcóđ tính khi t cao

esKh năng thiêukt nhi tđ thp,th ngià200- 600đ

seCóth đi ukhi ncácc u trúc v tÌ1 u

sTođdđ chpch tv Iđ phatpl n

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 14

eD khuy ch tán đ ng đ ucao

eCh t o nano thay d ithanh ph nd

eLamvic nhì tđ thphiuqu,kinht,đ ngi nổ s nxu tnh ng màng

có ch tÌ ng cao

+,

~ udimnitrinhtc aph _ ng phap sol-gel lakh nangch tod c

nh ngvtlium icoc utricd ngdu:vt lux p,v tli u microballoon

Nh c đi m:

eS lénk ttrong mang y u

eCod th mth ucao

eR tkhod di ukhind x p

®D brnn ttrong quá trình nung s y

114 M ts ngd nghỉ nnayc aph ng pháp sol-gel [2]:

Ph ng pháp sol-gelđ cs d ngr ng rãi trong ch to và nghiên c u v t

li u oxide kim lo 1 tinh khi t Nh ng nghiénc uc aph_ ng pháp sol-gelch y u

la ch to gel kh i SiO, (silica) va sau dd m_ rng ch to cac oxide kim lo 1 chuy nti pkhaécnh TiO, (titania), ZrO, (zirconia), Hi nnay, ph ng pháp sol- gel đã thành công trong vi cch t ov tli u oxide da thanh ph n (multicomponent oxide: $10,-TiO,, Ti02:SnO, ) va ch to vtthu lai h uc -vé c_ (hybrid

materials)

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 15

Hinh 1.6 Các nhĩm s nph mc aph ng pháp soÏ-gel

Các nhĩm s nph mchínht ph ng pháp sol-gel,đ cmơt trong Hình 1.6, bao g m:

se Mang m ng (thin fiÏm):ch t o màng m ng cĩc u trúc đổ ngduvi nhìu ngd ng trong quang h c,di nt ,pinm ttr 1

se Gcl kh 1 (monolithic geÙ:đ cs d ngớđ ch to các oxide đa kim

lo 1 các d ngc quang h c:g ng nĩng (hot mrror), g ng Ì nh (cold mmror),

th ukính vàb tách tia (beam splitter)

e Gel khi (Aerogel): thud cb ngcachs y siédut ih ngel_ t (wet gel) Gel khícĩ ng d ng trong nhi ulanhv c:h pth nangl ngm ttr 1 (silica aerogel), xúc tác (alumina (AlzO+) aerogel cĩ pha t p kim lo 1), ch t cách đi n và

cach nhi t (silica aerogel)

se Htnano:d nthanh ph nvadathanh ph ncékichth cd ngd ucé

th thud cb ngcacht ok tt atrong giaido nth y phan-ng ngt

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 16

e S$ iceramic:s iquangch tl ng cao và s iceramic cach nhi t 11.5 Cacph ng phapt o mang [2]:

Ph quay (spin coating):

Ph ng phap ph quayd cmot trong hinh 1.7 Dung dch sold cnh gitlénd vachod quay.D 1I1tácd ngc al c ly tâm, dung dchs lan đ utrên

Hinh 1.8 Các giaido nc aph ng pháp ph quay

1) Giai đo n 1 (Fluid dispense): dung dchd cnh gi tinđ.L ng dung dchs dngth ngnhiuhnl ngdungdchc nthi thinh thanh mang

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 17

1) GIai đo n 2 (Ramp-up, spreading): d d cgiatcdnvntcquaycn thi t M tph ndungdchb vangrakhid.D nh tdungdchgquy tdnhd day màng.Đ quay v 1v nt c không đ 1, dung dchti ptcch y lan trênđ d 1 tác

d ngc ađ nh tvài c ly tâm

11) GIai đo n 3 (Evaporation): s bay h idung mdi quy tdnhd day mang

D ti pt cquayv iv nt ckhongd inh ngdongch ynh tkhong dangk

Theo Meyerhofer, do dung mdi bay h ira kh imang,d nh t dung d ch tang dndns gelhóac adung d ch soltrênb m tđ

Ð dày màng thuđ ct ph ng pháp ph quay khá đ ng đ u Meyerhofer vàm t(s tác g1 khác đã đ aracôngth ctinhd day mang ph thu cvaod nh t, tcd bayhic adungdchvat cd quaycad

Ph nhiung (dip coating):

Ph ng pháp ph nhúng cóth đ cmôt nh làm t quá trình trong đó đ cnph đ cnhúng vào dungdchl pph vàsauđóđ c kéo rav im tvntc thichh pd inh ngdiukinv nhitd vaapsutphth p.D day mang ph thu cch yuvaotcd kéo,l ngvtchtrnvad nhtc adungdch.D day mang ph céth d_ c tinh theo cong th c Landau -Levich:

0,.94(nv)""

1/2 Weg)

(1.4) :d dayl pph

:d nh t dung d ch

h

T y:s ccdngb m tl ng-h i

p- Í tr ng

§ il ch pd n

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 18

dung dịch phú khoi dung dich méihinh thành

Hình 110 Quá trình ph nhúng

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 19

Tuy nhién ph ng pháp này cóm ts nh cổi mnh :đ dày màng không

đ ngđu,vi ckh ngch đ dày màng ph thu c vào nhì uy ut (góc kéo, t c đ kéo )

Ph phun (spray coating):

Ph ng pháp ph phun đ cs d ngr ng rai trong công nghi p s n d u Thi tb bao g mm tsúng phun đ cg nv 1 vòi phun áp su tth p (hình 1.11), dung dchl pph đ cđ vào bìnhch asauđóđ cphuntr cti p lên đ

Hinh 1.11 Thị tb ph phun (súng phun)

Ph ch y dong (flow coating):

Mô hìnhh th ngc aph ng pháp này nh sau (hình 1.12):

Hình 112 H th ngịph ch y dòng

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 20

Ð dày màng ph thu c vào góc nghiêng c ađ,đ nh tc a dung dch ph vat cd bayh ic adung mdi Ph ng phápph ch yhiì nnaych yud cs

d ngph các trang thi tb b ngth ytinhc a xe Ôtô

TiO, xu thi ntrongt nhiên không bao gi d ng nguyên ch t, nót nt1

ch y utrongh p kim (v i Fe), trong khoáng ch t và trong các qu ng đ ng

B ng1II Tínhch tquangc a HO; [4]

Trang 21

TiO, lach tband nt nti 3dngc b nsau: Rutile, Anatase, Brookite

Rutile: la tr ng thai tinh th b nc a TiO,, pha rutile cb d_ r ng khe nang

1 ng 3,02 eV Rutile la phacéd d x pchtcao nh tso v i2 pha con 1 1, kh i

1 ng riéng 4,2 g/cm* Rutile c6 ki um ng Bravaist ph ngv i các hình bát di n

Trang 22

Anatase: la pha cé ho t tinh quang hod m nh nh t trong 3d ngtntica

TiO Anatase c6 d r ng khe năngl ng 3,23 eV vakh il ng riéng 3,9 g/cm’

Anatase c ng c6 ki um ng Bravaist ph ngnh rutile nh ng cac hinh bat di n

x pH pxúcc nhv 1nhau và tr cec atinhth b kéo dai (hinh 1.13)

Hinh 1.14 C u tric pha tinh th Anatase

Brookite: co ho t tính quang hoá r ty u Brookite có đ rngkhenang! ng

3,4eV,kh il ngriêng 4,1 g/cm” (hình 1.15)

Do v tli umang m ng vah tnano TiO, ch t nt1_ d ng tht hinh anatase

va rutile, h nn akh năng xúc tác quang c a brookiteh unh không có nên ta s không xét đ n pha brookite trong ph nconlic ad tài,

Trang 23

thai b kích thích ho cv I1cács nph mc aphn ng quang hoátu thu c vào c

ch caphn ng Ch txúc tác quang khiđ cchi ub ng ánh sáng thíchh p có

th toram tlo tdqui trình gi ngnh phn ngoxyhoákh và cácphânt d ng chuy ni pcó kh năng oxy hoá-kh m nh

H t mang ổi n linh đ ng cóth đ ctorabng3c ch khác nhau: kích thích nhi t, kích thích quang và quá trình pha t pcht.NÑ ub r ngkhenăng| ng Egớđ nh (nh hn}1⁄2eV) quá trình kích thích nhi t có th làm electron nh y t vùng hoá tr lên vùng d n V Ic ch t ngt,m telectron cóth nh yt vùng hoá tr lên vùng d nb ng cáchh pth m tphoton có năng Ìl ngl nh n hay ít

nh t lab ng năng l ng Eg (quá trình kích thích quang).C ch th 3đ to các

h t mang di n linh đ ng là pha các t p ch tthíchh p (b?›mh 1.16).Š dch chuy n

c acách tmang đi n linh đ ng này d nt 1 quá trình oxy hoá-kh c acácch th p

ch t xtc tac (c pe-1 tr ngs b b ytib m t) va tham gia vào quá trình ph n

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 24

ng hoáh c v 1 các phânt ch t cho (D-donor) hay ch t nh n (A-acceptor) (hình 1,17) Electron vùng d ncóth kh các phânt thích h p nh n electron (ph n

ng kh 1.5) trong khil tr ngcóth oxy hoá các phânt cho electron (ph n ng oxy hoá 1.6)

M ttinh ch td ctr nge ach t bán d n oxyt km lo 1 là kh năng oxy hoá

m nhc al trngh”.Cácl tr ng này cóth phn ngtr cfpv ¡HO (1.7) đ ( orag c hydroxyl có ho t tính cao (sOH).C 1 tr ngvàg chydroxyl đ u có kh năng oxy hoá r tm nh, chúng cóth oxy hoáh uh tcácch tbnhuc bám lên

b mt:

H,0 +h” +°OH + h* (1.7) Nói chung, oxy trong không khí đóng vai trò là ch t nh n electron (1.8) t o thành ion super-oxide *O, Super-oxide c ng la phan t cého t tinh cao, no cé th

đ cdùngđ oxy hoá cácch th uc

Trang 25

ve «— Nlức cao niuLất của Là

ving hoa tri

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 26

Hai y ut quy tđnh tính năng quang xúc tác c a màng là di ntíchb m t

hi ud ng vàb ctnh th

* Dị ntíchb m thi ud ng

B m tmàng làn Ic u trúc tnhth dang d -n 1saih ngm ng Tính năng quang xúc tác c a mang Ti0, m nh hay y u, ph thu c vao hai di ntinx yra

d ng th iténb mt mang lién quand nhotd ngc acécc pdint -l tr ng:

di nti ntiche claphn ngoxyhoa-kh vadi nti ntiéuc clas taih p

Do đó, màng T1O; có tính năng quang xúc tác m nh đáng k ch khi nó có dintichb mthiud ngln.Dintichb mthiud ngc a mang TiO, co th

d cxac dnh thong qua thi tb AFMdod g gh căn quânph ng (Rrms)c a

mu

* B ctinh th

Bctnhth là khái n mch d xacatrtt s px ptinhth trong v tly

ch tr n Mang Ti0,c utric vo dnhhinh cé6trtt spx ptinhth g nnénco

b c tinh th th p khong dang k Mang TiO, da tinh th cétr tt s px p tinh th

xa nên có b ctinhth cao đáng k

Mang TiO, c6 b c tinh th cang cao, mtd cacc pdint -l tr ng càng nhi u, tính năng quang xúc tác càngm nh

123 § I cv v tliut làms ch[1l]:

1.2.3.1 Góc tỉ p xúc:

Khinh m tgi tch tl ngiênb m tm tv tÌi ur n, góc t p xúc là góc đo giab mtvtlurnvad ngth ng vuông góc v 1 bán kínhc a gi tch tl ng tid mt pxticcagitchtl ngvib mtrncavtlhuvamoditr ng khí quy n Góc ti p xtc lién quant is ccangb mtd ctinht ph_ ng trinh Young thông qua vi cnghiéne ut ngtácr n-l ng Góc tỉ pxúcb ng0?đivivtliu thm_ thoàn toàn, góc tỉ pxúcn m trong kho ng gi a 0” và 90” làm cho gi tch t

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 27

Ì ngtr ir ngratrênb m t.Cu icùng, góc tỉ pxúcl nh n90°t clàch t1 ng có khuynhh ngt o thành gi tho cng ngt trênb m tVv tÌi ur n,

1.2.3.2 Tinhk n c:

V th ucétinhch tnays ftho ckhongth mn c.Khin cnh lénb mt vtliuk n cs cókhuynhh ngng ngt thanhnh nggitrircténb mt vthuVthuk n cc6égdcti pxtcl nh n 70° Géc ti p xtic cang 1 n, nang

1 ngdinh tcangnh.Kh nangt lams che avtliud a trén tinh siéuk

n cd chitdnrtlaut vicnghénc ub mtt lams chcalacay, din hình 14 14 sen G n day, v 1 vi c quan sétc utricb mtc ala sencac nha nghién

c ucoth giithichvach tovtliut làms chd atrênhiu ng lá sen Trên

b m tlá sen có r tnhi uvic utrúcnh (hình 1.19), các vic u trúc này làm cho góc tỉ pxúcc an ctrênb mtl nh n120” Đi u này có ngh alàđ bám dính can ccngnh c acácph nt gi mổir tnhìu Khin cũ pxúcv 1b mt vtliunays ngayl pt ccoc mlito thanh gi t.Cécphnt chtbndod bám dính v 1b m tv tli unàyr tthp;khicón c,cacphnt chtbnnays bám dính v 1các gi tn ctth nvà chúng s b cu nđi cùng gitn c làm cho

Trang 28

Kh năngt làm s chc av tlud atrênhlu ng lá sen lànchob m tV t

li u không b dinhbnvab thm tkhin cch yrakhib mt Tuy nhién,

n ctrênb m tv tliuch ch y đi khi có tá d ngc al cc hcnh rung, Ì c, hay nghiêng b m tv tl¡ uđi.N ukhông có các | cc h cnày, các g1 tn cvn nmrirctrénb mt Nh ng gitn cnay làm cho hình nh truy n qua kính (kínhc as , kínhc n, hay kính xe ô tô )b m ,khôngđ c1õ nét,

1.2.3.3 Tinh an ec:

Vtliucótfnh an cth hnálcđivin cVtliu an chiu theo m t cách nôm na là v tl us n sàng hútbánn c.B m thóa h c cho phép vtlhiunàayb thm tvàt othànhl pphmn cm ngtrênb m t lrấi v 1V t liuk_ n c,vtiẲuUu an ccós ccăngb mtcan clnvàcókh năngt o liên k thydrov in c

TiO, tr ng thá bìnhth ng (khôngđ cchi usáng) có tnhk n cnh ng khđ cchi u sáng (ánh sáng trong vùngt ngo 1), HO;lith hị ntính an c Trongtr ngh pnay, electronval t ngvnd ctoranh ng ching ho td ng theo cách khác Trong quá trinh nay, electrons kh cation Ti** thanh Ti**,] tr ng

s oxy hóa anion O” t o thành oxy nguyênt vàb đ arakh im ngtinhth đ li mtch tr ng thu oxy (bình 1.21) Các phầnt n ccóth chỉ mnh ng ch

tr ngoxyv ad ct oranay vat onhdém OH Chính nhóm OH đã làm chob m t TiO, tr nénsiédu an c.B mtvtliuđ c kho ng 30 phút sau khi chỉ u sáng góc ft pxúcc an ctnt10đ,cónghalàn cs tr Irat o thành Ì p phim

m ngtrênb m tv tÌi u

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 29

hy \ / Những lỗ trống oxi quang sinh được thay bằng những pra A H20 28 phan ti’ me lam cho mat mang hấp thụ nước,

v thu, gécti p xtc cang nh tinh an ccàng m nh, HI nnay có r títv tlu

có géc ti pxicc an cnh h n10”,tr các v tcób nch thútn c hay các b mtđãđ cho thóa Tuy nhiên th 1 gian s ngc a các v tÌẰunàyrtngnhn

n a góc ti pxúc nh c ng không duy tìđ c lâu Màng m ngv 1s cóm tc a

ch t xúc tác quang T1O; có tính ch tsiêu an cr tthúv.Đ u tiên, góc ti p xtc can ctrénb mt TiO, kho ng vaich cd ,khid cchi u sang trong ving t ngo 1 góc fl p xúc gi md nd nvàcu 1cùng đ t giá tr 0” Sau đó, khi ng ng chi u sang goc ti p xticc ngch tăng lênm tvàiđ trong nhì ugi mà không c nphi chi u sang N u mu n g1 m góc ti p xúc, chúng ta ch ph 1 làm m t thao tác đ n ginlachiutiat ngoilénb m tmu Tính siêu an cc a TIO; làm ttrong

nh ng ngd ngth ct d thynh tc a HO;

Sau đây chúng ta có th gi 1 thích m tcách đnginc ch chuy nt k

n csangsiéu an cc ab m tVv t£li ukhi cóm t TIO¿

B cï:Nh chúng ta đã bi tT1O; đ trong mditr ngbinhth ngrtd hp

th hóah c nhóm OH (hydroxyl) có trong h 1n c, tuy nhiên các nhóm hydroxyl

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 30

này không n đnh Do đó chúng s hút bám các phânt k n ctnt1s ntrênb mtvtliud chuy nsang tr ng thaib nh n (bình 1.21)

B c2:Khd cchi usáng, ch t xúc tác quang TIO; s phânh y các phân

( huc kn cto thành CO;, H;O hay các axith uc làm cho các nhóm -OH

Trang 31

B c4:N cbhpph vtlýs đổi vào trongc u trúc b ng cách khu ch tấn quab m tv tliuvàđ c nđnh hóa (hình 1.24)

Hình 125 N ckhu ch tắn vào trong b m tV tÌỉ u

ng d ngc afính siêu an ckth pv Ikh năng xúc tấc quang

Tính siêu an ckth pv Ikh năng xúc tác quang r t có ích trong nhi u Inhv cdcbi t trong nganhs n xu tki ng (ki ng xe, ki ngc as c ngnh mt

ki ng )

Nh ching tadabithin crtd lamm g_ ng vaki ng do b 1 mdi

tr ng khong khi mb lam1 nhvat othanhnh nggitn cd ngtrénb mtvt

li uthéng th ng Các gi tn cnaylamchohinh nhtruy nquag ng hay ki ng rtm nht.B mtk n ckhôngth làm ng ng quá trình làmm ki ngtr phi

có s tác đ ngc a gió hay s rung đ ngm nh.Ng clivtluv llpph siêu

an cs ngăn không chon ct o thành gi t mà tr irat o thành m tÌ p phim

n cm ngttênb m tlàm chohình nh truy n qua t th n, rõ néth n mà không cnph1có gió hay s° dao đ ng Đi u này đ c bị t quan tr ng đ 1v 1 các Ìo 1

ki ng dùng trên các ph ng ft nv n chuy n (ki ng chỉ uh u, ki ng ch n gió c a xe), giúp tài X luôn có m t cái nhìn rõ ràng, chính xác khung c nh chung quanh Các lo 1 ki ng này s giúp gi m đấng k các tain n giao thông trong nh ng ngày

Trang 32

c nchúng bám trênb m t.Cácch tbnh uc nàys br a trôi khi tr im ahay khi chúng taphunn cdo cól pphmn cm ngt oratrénb mtsiéu an c

:

ẳ

Hinh 1.26 C ch t lams chk th ptinhch tsiéuth m t

1.3 Cac ph _ ng pháp phân tíchm u trong khóa lu n:

13.1 Nguyénly va ngd nge aph UV-VIS:

Ph UV - Vis la loi ph electron, ng v 1m 1 elctron chuy n m c năng

1 ngtathud cmtvanph rng Ph ngpháấp đoph UV -—- Vis(ph ng pháp

tr c quang) làm tph ng pháp đnhÌ ng xá đnhn ng c a các ch t thông quađ h pthuc adung d ch

Cho chùm ánh sáng cóđ dài sóng xác đ nh cóth thyđ c (V¡s) hay không

th yd c(UV-IR)diquavtth hpthu(th ng dng dung dch) D a vào

l ng anh sang dab h p thu b 1 dung dch ma suy ran ngd (hàm ng)c a dung d ch đó

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 33

I,:C ngd band uc angu n sang

I:C ngđ ánh sáng sau khi đi qua dung d ch

lA:C ngd ánh sángb h pthub 1dung d ch

I:C ngd ánh sáng ph nx b I1 thành cuvet và dung d ch, giátr nàyđ c

lo 1b b ngcáchl pl12]1 n đo

C:N ngđ molch t ban đ u

1: Chi uday 1 p dung d ch ma 4nh sang di qua

Hinh 1.28 Médy UV-Vis Cary 100 Conc - Variant

13.2 Nguyénly va ngd nge aph nhi ux tia X (XRD):

Cóth xem nhí ux làs thay đ Itính ch tánh sáng ho c sóng do s xuyên

sâu vào v (th ,xemxếéts nhiux tiaXd xác đnhc u trúc tinh th

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 34

N uchi um tchùm tia X t 1 nguyên t, thì các electron trong nguyênt s dao đ ng quanh v tri can b ngc a nó Ta nh nth y m tphoton ta Xb hpth

b inguyént thì cóm tphoton khác phát rav 1cùngm cnăngÌ ng Khi không cos thay đ Inăngl ng gi aphotont 1 và photon phát ra, ta nóib cx là tấn x đành I1.NÑ uphotonb m tnăngl ngthìitánx không đàn h 1

Trang 35

Hình 1.31 Máy ch pph XRD 1.3.3 Nguyénly va ngd nge acackinhhi n vi TEM, SEM, AFM: 1.3.3.1 Kinhhi nvidi nt truy n qua (TEM) [13]:

Kính hi n vi đi n( truy n qua (transmission electron microscopy)lam t

th tb nghinc uvic utrúcv trn,s d ngchùm đi nt có năngÌ ng cao chi u xuyên quam uv trnm ngvàs d ngcácth ukínht d to nhvid phóng đ 1l n(cóth t ihangtn ul n), nhcóth t ora trên màn hu nh quang, hay trên ñlm quang h c, hay ghi nh nb ng các máy ch pk thu ts

Nguồn electron

a

j

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	13,26 MB