Luận văn tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của màng tio2 zno bằng phương pháp solgel nhằm ứng dụng trong quang xúc tác luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

nhi u tác gi đã phat pNv i TiO, b ng ph ng phap phin x_ magnetron, ph ng phap nay doihithitb dttinvakhé phatpNvinngd cao.D kh cph cnh ngh nch c av thi u TiO, cé tinh quang xtc tac t t tr

Trang 1

Luan van Tong hop va nghiên cứu tinh chat

quang của màng TiO2 ZnO bằng

phương pháp Solgel nhằm ứng dụng

(trong quang xúc tac

Trang 2

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

M CL C

Bàn sosesseneeesessccnsssesscesseses ossseeeesesscs 1

DANHM CCÁC B NG s.56<2S<S2SAH969910 TH 9000090600114005040E 3

.9):8 8e: ) 0.0777 4

li ố ốốẻốéốẻốẻốốốẻ sossscesssesssscsssssssscssones sosessesessssees 7 PH N 1: T NGQUAN o 0G 0 ó 00990 99.09909000 0909499 08060809090060809009900.008 8 CH Ð _NGI:C S LÝ THUY T 5 5555<32 5S 8 1.1 Ph an nh S 8

1.1.1 I 1hị U Q2 0909300099900 10v 990v 000 1 và 8 1.1.2 Các quá trình chính x y ra trong Sol-el «+ ss<<<s<<sse+2 9 1.1.3 uởđi mvành cđi mc a quá trình Sol-Gel . -s+<s «+ 13 11.4 Mts ngd nghi nnayc aph ng pháp sol-gel 14

1.1.5 Cacph ngphấpt 0o màng . + SG Ă Q11 111133553552 16 1.2 HpchtTiO;vàcác ngd ng ui cccssssessseee ceceesesessseesssccsceesseesenee 20 1.2.1 Cac tinh ch tly-héa oo ee eeccceseee ccceesterescesssssssccesssstscee sosseeaees 20 1.2.2 Tinh nang quang XUic tc ou 22

1.2.3 S5 lI cv vtliut làms ch.,, s.sss553<+<3<5<s<3 26 5n! 0Ô 26

Z ỳỈ 5c 27

1.2.3.3 Tim hằ 28

13 Cácph ng phap phan tich m u trong khóa lu n ‹ 32

13.1 Nguyên lývà ngd ngc aph UV-VIS < 32 1.3.2 Nguyên lývà ngd ngc aph nhux tữãäX (XRD) 33

1.3.3 Nguyên lývà ngd ngc a các kính hi n vi TEM, SEM, AEM 35

1.3.3.1 Kinhhi nvidi nt truy n qua (TEM) -<.<-<<- 35 1.3.3.2 Kinhhi nvidi nt quét (SEMI) -5<<<<2<<%2 36 1.3.3.3 Kínhhi nvil cnguyênt (AEM) < <ss+2 38 PH N2:TH CNGHĨ M,., coo 200005 65 6 5909 96 9 99969990 96 696699990956669696 40 CH NGI:T OVÀKH OSÁTTÍNHCH TY TLI U 40

"chan G9 40

2.1.1 — Quá trình O SOÌ 2-.-cĂ CS 101 HS 1H Y9 1 11111 115515 e2 40 “5 1n" 9) 6 40

(U80 — 40

I,:.u i6.) 0 — 40

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 3

"1 Th CHI Der 41

J9 -“-‹ cessscscccccesssssssccsesecssses sosseesessscsscseeesessusesesees 41 II J0 50:00 9 42

2.1.2 Qua trinh tt 0 MANY VAD bron 44

2.1.3 XK VMI Co 47

2.2 Kh 0 Sat Cc timh CH toi 47

2.2.1 Kh osat nang] ng vOnge MEQ seessseeccee cosesesssseteceeesees 48 2.2.2 Kh osát các thành ph n trong m U s75 + ++< << ss<xeseesssss 48 2.2.3 Kh osátcáctínhch tv kíchth cvàb m tmu: 48

2.2.4 Th tính nắng quang XÚC tẤC: . 5Ặồ c2 S2 << 111 13 1533355355552 48 CH NGIHI:K TQU VÀ BÀN LU N - .««c-ce-.oee Š 3.1 Thay đ im cnăng |] ngh p(thu s.ĂẶS2S22ĂĂĂ6651 66 15252 51 3.2 Hinh thanh tinh th T1Oz,SnO;, Q.0 G G9 S990 1 9051116 33 3.3 bá ôi 58

3.3.1 Kh nang phan h y MB ou 58

3.3.2 Tinh si@u an cc amàng., ss s21 S3515 1x2 61 3.3.3 Kh nang di t Khu nh n 63

Tai li U tham Kh

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 4

Liên h : thanhlam1910_2006 @ yahoo.com 3 CBHD: TS Lâm Quang Vinh

DANHM CCÁCB NG

Bongld Tính ch tquangc a T1; .Ặ QẶQ Q9 9 999556 20 Bngl2 S liuv tínhch tvàc utrúcc a T1Ò; - -5- 21 Bng3I B ngktqu gócthm tc acấcm u «s<-<<< 62

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 5

Hinh 1.1

Hinh 1.2

Hinh 1.3

Hinh 1.4

Hinh 1.5

Hinh 1.6

Hinh 1.7

Hinh 1.8

Hinh 1.9

Hinh 1.10

Hinh 1.11

Hinh 1.12

Hinh 1.13

Hinh 1.14

Hinh 1.15

Hinh 1.16

Hinh 1.17

Hinh 1.18

Hinh 1.19

Hinh 1.20

Hinh 1.21

Hinh 1.22

Hinh 1.23

Hinh 1.24

Hinh 1.25

Hinh 1.26

DANHM CHINH NH

Ph n ng th y pran ei 10

Ph N NEN 1 11

S phat tri ne utrictinh th trong đi u ki n xúc tác acid 12

S phát tri nc u trúc tnhth trong đi u ki n xúc tác base 12

S phat tri nc u tric mang trong quá trình sol -geÌ - ‹« 13

Các nhóm s nph mc aph ng pháp sol-gel . - ‹ - 15

Ph ngphápph quay (Spin coatin8) - - << sssss s9 11 9933515 16 Cac giaido nc aph ng phdép ph quay - -. - 16

S phat tri nd dày màng ph_ - 55+ s3<< << sxs<2 18 Quá trình ph nhúng - - - - ĂGĂ 5 0399199 11 118838335511 88853 55 18 Thi tb ph phun (sting phun) ou 19

H th ng ph ch 7 19

C u tric pha tinh th rutile oo 21

C u tric pha tinh th Anatase cc cc cccssssssssnes cccccesesesessesaeeseeesesees 22 C u tric pha tinh th brooKI(e - 5 5< <5 65% ++ 51 £2955655.x24 22 Cácc ch dchchuy nởi nt .<<<<<<+ 23 Quá trình quang hoá v 1s kích ho tc acác phânt THO; 24

B r ngkhenăngÌ ngc am ts ch tbán d n 25

Cutrúácb m tC a lấSeH GGS S2 s3 393999930 189983551189 55 s4 27 i0: 8n ðr 5 27

C ch chuy nt fnhk n c sang tính an cc aTiO;khiđ c 30:08: 0007077 — 29

B mtkn cC a TÌHO¿ SG c SG SA cv 555 sees 30 S phânhu cácch thuc làm] nhóm -OH - 30

Quá trìnhh pph v tlý các phânt n c - 30

N ckhu ch tấn vào trongb m tV tÌi u -<<<<<<« 31 C ch t làms chkth ptínhch tsiêuthm t 32

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 6

S đ tấnx tiaXÐ 1nguyÊn ( ccĂ S522 34

Š đ nhi ux tiaXb 1tinh(th .< -<<<2<25<<s+2 34 E9 ¡08›): 099.403 35

S đ cutomáy TREM,, 5s + s2 3á 39 3030 113 998990153 1 1k cv, 35 E00», 0011 36

` L1 6 37 May Jeol 6600 200 7 38 Máy Nanotec Electronica S.U - 5-5 Ă s11 333133 11151131 158118555555 38

Ph UV-VISc amang ngv Icácn ng 51

S d dchchuy ndi nt trong T1O¿;:SnÖ;, - << cs<<+<s2 52

Ph hp thu c a các màng T1O;:SnO; pha t p v 1 các n ngđ khác

"Go 53

Ph nhí ux taXc am ub tTiO;t i1các nhi tđ khác nhau 54

Ph nh ux taXc amubtT¡iO;SnO; v icácn ngđ phat p

khác nhau ( i 500C 52-522 222+22122E212221127112221 21.221 k2 55

nh TEMc am u T1Os:SÕ¿ - - c c1 55 511555553 56

nh SEMc am u T1O›:SnÖ¿ cccc cá CS 1 y2 57

nh AEM cùa m u màng TiOz:SnO; (30%) t ¡ 500C 57

D th biudinn ngd MB theoth i gian ng v icéc mu phat p

SnO› khác nhau - - + <5 << C2211 61111 3 138 111355552566 58

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 7

Hình 3.10 Ð th kh osátn ngđ MB theo th 1 gian xúc tác mu TIO; và

¡99 vesscccecssssscssceceseesescsses sossessssssescesssseuseess 59

Hinh 3.11 S m tmauc adungd ch MB trén lam kính theo th 1 gian 60 Hình 3.12 Gócth m ttrên lam kínhch aph màng 61 Hình 3.13 Gócth m ttrén mang TiO2:SnO2 trong di uki nbìnhth ng 61 Hình 3.14 Gócthm ttrên màng TIO;:SnO; chỉ u sáng 2 g1 (a) và màng T1O;

3000100025117 62 Hình 3.15 Hình nh khu nl c trên đ a p€tri - 55 < 5+2 +25 52552 63

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 8

M D U

V tli u TiO, 1a ch t ban d n có tính nắng quang xúc tấc r tm nh trong vi c

ng d ng môi tr ng, có r t nhi u công trình trong và ngoàin c nghiênc uv t

li u nay [1,6,34] Ch b ng vi c chi u sáng, các nhà nghiên c unh nth y các ch t huc,cácch tbnb phân hu.Ð cbi ttrong môitr ngn c,d 1tác d ng

c a ánh sáng vàs cóm tc a TIO;, cách pch tô nh md dàng b phân h y Tinh ch tnayd cápd nglàms chn c, không khí và di t khu n

VỀ iđ r ng vùng c m kho ng 3,2eV - 3,5eV, v (li u T1O; ch cóth cho

hiu ng xúc tấc trong vùng ánh sáng t ngo 1 (UV) Tuy nhiên, b cx UV ch chỉ mkho ng 4%-5% năng] ngm ttr inênhiu ng xúc tác ngoài tr 1th p [26]

Ds dngtrctipnang!] ngmttricédhiugu hn,c nm r ngph h p thu TiO;v vung 4nh sang kh kin(loibcx chimg n45%nangl ngm ttr 1) [26] nhi u tác gi đã phat pNv i TiO, b ng ph ng phap phin x_ magnetron,

ph ng phap nay doihithitb dttinvakhé phatpNvinngd cao.D

kh cph cnh ngh nch c av thi u TiO, cé tinh quang xtc tac t t trong ving anh sáng kh ki n, chúng tôi t ngh p màng vàb t TiO, phat pv iSnO2b ng ph ng pháp sol gel, đây làph ng pháp chođ tỉnh khi tcao và cóth phat pv in ng

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

c utínhch tquangc av tli u T¡iO;phat p SnO;

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 9

Ph ng pháp sol - gel làm tk thu ttngh phóa keo đ t oracácv tlu

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

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

Lchs phát tri n:

Gi a nam 1800s quan tam ph ng phap sol - geld tog ms _ va kinh

d cbtd uv 1Ebelman và Graham khi nghiên c uv gel Silic Nam 1950 - 1960 Roy và các c ng tác đã s d ngph ng pháp sol - gel đ torag ms mIVvl1 thành ph n là các đ ng ch t hóa h c, bao g m: S1, 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 ctobliph ng phap sol - gel [1]

Các khái ni mc b n:[1]

Mth Sollàm ts phân tánc acách tr ncó kíchth ckhong0lđn lum trong m tch tl ng, trong đó ch có chuy nđ ng Brown làml l ng cách t

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

b) L ct ngtácgi acách tlàiI c Val der Waals

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

Trang 10

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

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

Quá trình sol-gel làm tph ngpháphóah c ttngh 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 f1 p

sol-gel [1]

Trong quá trình sol-gel các ph nt trung tâm tr iqua2phn nghóah cc bn: phn ngth y phân vàphn ngng ngt (d 1 xúc tấc axitho c baz ) đ hình thành m tm ngÌ 1 trong toàn dung d ch [17]

Trang 12

chi u trong dung d ch

e Thiéu k t (sintering): day 1a qua trinhk tchtkhimng,d cdiu

khi nb inăngl ng phân gi 1 Thông qua quá trinh nay gels chuy nt pha vô

d nh hinh sang phatinhth d itécd ngc anhitd cao

Trong toan b qua trinh, hai ph n ng thu phan-ng ngt 1a hai phn ng quy tđnhc u trúc và tính ch tc as nph m sau cùng Do đó, trong ph_ ng phap sol-gel, vi c ki msoátt cđ phn ngthu phân-ng ngt làr t quan tr ng

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 13

S phat tri nc u trúc tỉnhth trong quá trình Gel hóa [20]:

Sol ch t nt1 trong m t kho ng th ¡1 gian Ð nm t th 1 di m nh t d nh thì cach thit] nnhaud tr thành nh ngph nt lnhn.Các ph nt nàytiptec phát tr n đ nkíchth 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

Pnlyrne mạch nhánh ngấu nhiền

Hình I3 Š phái trí ne u trúc tỉnh th trong đi u kỉ n xúc tác acid

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

Xúc tác bazơ Cluster phan nhanh mite dé cao

Hinh 1.4 Š phái trị nc u trúc tnhth trong đi u kỉ n xúc tac base

D idiu ki n xtc tac baz cac h t phát tri n thành các cluster phân nhánh

m cđ cao nhi uh n, không xen vào nhautr ckhit o thành Gel, chúng th hin

Trang 14

Š phát tri nc acách ttrong dung d chlàs ng ngt, làmtăngs liên k t Kim lo 1- Oxide- Kim lo 1t o thànhm tm ngÌ 1trong kh p dung d ch

Hình l5 S phát trị 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;

eCé th toramang ph liên k tm ngđd mang đns dính ch tr tttgi a

v th ukimlo i va mang

eCé th t oramang day cunge p cho quá trình ch ngs ăn mòn

seCóth d dàngt ohình các v tli ucéhinhd ng ph ct p

eCóth snsutđ cnh ngsnph mcóđ tỉnh khi t cao

eKh năng thiêu kt nhỉ tđ thp,th nglà200- 600đ

eCóth đi u khi ncấcc u trúc v tÌi u

sTod chpchtv lđ phatpl n

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 15

eD khuy ch tán đ ng đ u cao

eCh t onano thay d i thanh ph nd

eLamvic nhitd th phiuqu,kinht ,d ngind s nxu tnh ng mang coch tl ng cao

* udimnitrinhtc aph_ ng phap sol-gel lakh nangch tod c

nh ngvtl um icoc utricd ngdu:vt li ux p,v tli u microballoon Nh cdi m:

eS liénk t trong mang y u

eCéod th mth ucao

eR tkhéd di ukhind x p

eD brnn ttrong qua trinh nungs y

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

Ph ng pháp sol-gelđ cs d ngr ng rãi rongch to và nghiên c u v f

li u oxide kim lo 1 tỉnh khi t.Nh ng nghiênc uc aph ng pháp sol-gelch yu

la ch to gel kh i SiO, (silica) va sau đóm rngch to các oxide kim lo i chuy nti pkhaécnh TiO, (titania), ZrO, (zirconia), Hi nnay, ph ng pháp sol- gel đã thanh c6ng trong vi cch t ov tli u oxide da thanh ph n (multicomponent

oxide: Si0,-Ti0,, Ti02:SnQ, ) va ch tovt liu laih uc -vé c_ (hybrid materials)

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 16

Màng xerogel Màng chặt dung dịch

alkoxide

kim loại

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

Các nhóm s nph mchínht ph ng pháp sol-gel,đ cmôt trong Hinh 1.6, bao g m:

se Mang m ng (thin film): ch t o màng m ng cóc u túc đ ng đ uv I1 nhìu ngd ng trong quangh c, di nt , pinm ttr i

se Gel kh i (monolithic gel): đ cs d ngđ ch to các oxide đa kim

lo i các d ngc quangh c:g ng nóng (hot mirror), g ng Ì nh (cold mirror),

th ukính vàb tách tia (beam splitter)

e Gel khí (Aerogel) thu cb ng cách s y siêutihngel t(wet gel) Gel khícó ng d ng trong nhi u lãnh v c:h pth nang! ngm ttr i (silica

aerogel), xtic tac (alumina (A103) aerogel c6 phat p kim lo i), ch t c4ch di n va

c4ch nhi t (silica aerogel)

se H tnano: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 17

e S$ iceramic:s iquangch tl ng cao vàs 1ceramic cách nhi t

115 Cácph ng phấp t o màng [2]:

Ph quay (spin coating):

Ph ng pháp ph quay đ cmét trong hinh I.7 Dung dchsolđ cnh

øi tiênđ và chođ quay.D 1tác d ngc al c ly tâm, dung dchs lan đ utrên

Hình l7 Ph ng phap ph_ quay (spin coating)

Quá trìnhph quay g m3 giaido nx yraliénti p (hình 1.8)

Hình l8 Các giaido nc aph ng pháp ph quay

1) GIai đo n 1 (Fluid dispense): dung dchd cnh gitlénd.L ng dung dchs dngth ngnhiuhn! ngdungdchc nthi thinh thanh mang

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 18

1) GIai đo n 2 (Ramp-up, spreading): đ đ cgiatcđnvntcquaycn

th tLM tph ndung dchb văng ra kh iIđ.Đ nh tdung dch quy tđnhởđ dày

mang.D quay v 1v nt c không đ 1, dung dchti pt cch y lan trên đ d i tac

d ngc ađ nh tval cly tam

iii) Giai do_n 3 (Evaporation): s bay h idung méi quy tdnhd day mang

D tipt c quay v 1v nt ckhông đ inh ng dòng ch ynh tkhông đáng k

Theo Meyerhofer, do dung môi bay h irakh 1 màng,đ nh t dung d ch tang dnđns gelhóac adung d ch soltrênb m tđ

D dày màng thuđ ct ph ngpháấpph quay khá đ ng đ u Meyerhofer vàm ts tấcgi khác đãđ aracôngth ctnhđ dày màngph thu cvàođ nh t, tcd bayh ic adungdchvat cd quayc ad

Ph nhidng (ip coating):

Ph ngphápph nhúng cóth đ cmôt nh làm t quá trình trong đó đ cnph đ cnhúng vào dung dchl pph và sauđóđ c kéo rav im tvntc thíchh pd inh ngdiukinv nhitd vaapsutphth p.D dày màng ph thu cch yuvàot cđ kéo, l ngv tchtrnvàđ nh tc adungdch.Ð dày màngph cóth đ c tính theo công th c Landau -Levich:

Trang 19

Hình 1.10 Quá trình ph nhúng

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 20

Tuy nhiên ph ng pháp này cóm ts nh cđi mnh :đ dày màng không

đ ngđu, vi ckh ngch đ dày màngph thu c vào nhỉ uy ut (góc kéo,t cđ kéo )

Ph_ phun (spray coating):

Ph ng pháp ph phund cs d ngr ng rai trong công nghi p s n du Thi tb bao g mm tsúng phun đ cø nv I1 vòi phun áp su tth p (hình 1.11), dungdchl pph d cd vào bìnhch asauđóđd cphuntr cti plênđ

Hình 1.11 Thi tb ph phun (sting phun)

Ph ch y dong (flow coating):

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

Trang 21

Ð dày màng ph thu c vào góc nghiêng c ađ,đ nh tc adung dchph vat cd bayhic adung méi Ph ngpháấápph ch y hi nnaych yud cs

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

T1O; xu thi n trongt nhiên không bao gi d ng nguyén ch t, not nti

ch y utrongh pkim(v i Fe), trong khodng ch t va trong các qu ng đ ng

BnglI Tính ch tquangc a TiO, [4]

Trang 22

TiO, lach tb4nd nt nti 3dngc b nsau: Rutile, Anatase, Brookite

Rutile: 14 tr ng thai tinh th b nc a TiO», pha rutile có đ r ng khe năng

1 ng 3,02 eV Rutile là pha có đ x pcch t cao nh t so v 12 pha con! i, kh i

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

x ptiêp xúc nhau các đ nh (hình 1.13)

Hình I.13 Cu trúc pha tính th rutile

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 23

Anatase: là pha có ho t tính quang hoá m nh nh t trong 3 d ngtntic a TiO; Anatase có đ r ng khe năng] ng 3,23 eV và khi] ng riêng 3,9 g/cm' Anatase c ng có ki um ng Bravalst ph ngnh rutile nh ng các hình bát di n

x ptl pxúc c nhv 1nhau và tr cec atinhth b kéo dài (hình 1.13)

Hinh 1.14 C utric pha tinh th Anatase

Brookite: cé ho t tinh quang hod r ty u Brookite c6d r ng khenangl ng 3,4eV,kh il ngriêng 4,1 g/cm” (hình 1.15)

Do v tli u màng m ng và h t nano TIO;ch tnt1 d ng thù hình anatase

và rutile,h nn akh năng xúc tấc quang c a brookiteh unh không có nên ta s không xét đ n pha brookite trong ph n còn Ì Ic ađ tài,

"

:

Hinh 1.15 C u tric pha tinh th brookiie

1.2.2 Tinh nang quang xúc tác [34]:

Ch t xúc tác quang là ch t làm tăng t cđ phn ng quang hoá Khiđ c chỉ u ánh sáng v 1c ngd thíchh pch txúc tác quang s đ y nhanht cđ phn

ng quang hoá b ng cácht ng tá v ichtnn trngthái nđnhhay tr ng

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 24

tháib kích thích ho cv 1cács nph mc aphn ng quang hoátu thu c vào c

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

th toram tlo t qui trình gi ngnh phn ngoxyhoá-kh và cácphânt d ng chuy ni pcókh năng oxy hoá-kh m nh,

H tmang đi n lnh đ ng cóth đ ctorabng3c ch khác nhau: kích thích nhi t, kích thích quang và quá trình phat pcht.NÑ ub r ngkhenăngÌ ng Egđ nh (nh h n1⁄2eV) quá trình kích thích nhi t cóth Jam electron nh yt vung hoa tr lén vingd n Vic ch t ngt,m telectron cóth nh yt vung hoa tr lén ving d nb ng céAchh pth mt photoncé nang] ngIl nh n hay it

nh t lab ng nang1 ng Eg (quá trình kich thich quang) C ch th 3d tocac

h tmang đi n linh đ ng là pha các t pch t thichh p (hinh 1.16).S dchchuy n

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

Pha tap chat

Hinh 1.16 Cdadcc ch dchchuy ndi nt Khi photon c6 nang] ngl nh nnang! ng Eg, electron (e)cé th nh yt ving hod tr 1én ving d nvad 1i1 tr ng (h’) trong ving hod tr M t ph n cdc cpe-l tr ngs nsinhrat quá trình xtc tac quang khu ch tantib mtca

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

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 25

ng hoá h cv ¡ các phânt ch t cho (D-donor) hay ch tnh n (A-acceptor) (bình 1.17) Electron vùng d ncóth kh các phânt thíchh 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 ngc ach t band n oxyt kimloilakh nang oxy hoa

m nhc al tr ngh’.Cécl tr ng naycéth phn ngtr cti pv iH,O(1.7)d

t orag c hydroxyl cé ho t tinh cao (°OH).C 1 tr ng vag c hydroxyl d uc6é kh năng oxy hoá r tm nh, chúng cóth oxy hoáh uh tcácch tbnhuc bám lên

Trang 26

trò là ch tnh n(1.7)đ t ora các ch tm 1 có tính oxy hoá-kh m nh (sOH, sO; )

cóth oxy hoáh uh tcácch thuc b hút bám lênb m ty tÌi u

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 27

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

hi ud ng vab ctinhth

* Dintichb m thiud ng

B mtmàng làn 1c u trúc tnhth dangd -nisaih ngm ng Tinh nang quang xúc tác c a màng T1O; m nh hay y u,ph thu c vào hai di nt nx yfra

đ ng th ltrênb m tmàng liên quan đ nho t đ ngc acácc pđi nt -l tr ng:

di nti ntiche claph n ngoxyhoá-kh vàđi nữ ntiêuc clàs táih p

Do đó, màng T1O; có tính nắng quang xúc tác m nh đáng k ch khi nó có

đi ntchb m thí ud ng] n.Di ntíchb m thi ud ngc a màng T¡O; có th

d c xác đnh thông qua thì tb AFM đoởđ g gh căn quânph ng (Rrms)c a

mu

* B ctinh th

Bctnhth là khái n mch đ xac atrtt s px ptnhth trong v tly

ch tr n Mang TiO c u trúc vô đ nh hình có trtt spxptínhth g n nên có

b c tinh th th p khéng dang k Mang TiO, da tinh th cétr tt s px p tnhth xanéncdb ctinhth cao dangk

Mang TiO, c6 b c tinh th cang cao, mtd caécc pdint -l tr ng cang nhi u, tinh nang quang xtc tac cangm nh

123 S 1 cv vtliut lams chfl]:

1.2.3.1 Góc ti p xtc:

Khinh m tgi tch tl ngiênb m tm tv tÌi ur n, góc ti p xúc là góc đo

øi ab mtvtliurnvàd ngth ng vuông góc v 1 bán kínhc agi tch tl ng t1đi mti pxúcc agi tchtlngv ¡Ib mtrncavtliuvàmôitr ng khí quy n Góc tI p xúc liên quant 1s ccăngb mtđ ctínht ph ng trình Young thông qua vi c nghiênc ut ngtácr n-l ng Góc t pxúcb ng0°điv ivtliu 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 28

1 ngdinh tcang nh Kh nangt làm s chc av tÌộud a trên tính siêu k

n cd cbitđnr(tliâut vicnghiênc ub mtt làm s che ala cay, đi n hình là lá sen G n đây, v 1 vi c quan sấtc utrúcb m tc a lá sen các nhà nghiên cucó(h gi ithíchvàch tov tliut làms chd atênhiu ng lá sen Trên

b m t lá sen có r tnhi uvic utrúc nh (binh 1.19), các vi c u trúc này làm cho góc tỉ pxúcc an ctrênb mtlnh n130” Đi u này có ngh a là đ bám đính can ccngnh c acácph nt gimdirtnhiu.Khin ctipxtcvib mt vtl unays ngay Ìpt ccoc mÌlito thành gi t Các ph nt chtbndođd bám dính v 1b m tv tli unàyr tth p;khicón c,các ph nt ch tb nnày s bám dính v Icác gitn ctth nvàchúng s b cu nđi cùng gitn c làm cho

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 29

Kh năngt làm s chc av tliud atrênhiu ng lá sen làmchob m tVv t liu không b dínhb nvàb thm tkhin cchyrakhib mt Tuy nhién,

n ctrénb mtvtliuch ch y dikhic6é tacd ngc alcc hcnh rung, l c, hay nghiêngb m tv tÌuđi.N ukhông có các | cc h cnày, cácgi(ín cvn nmrirctrênb mt.Nh nggitn c này làm cho hình nh truy n qua kính

(kínhc as , kínhc n, hay kính xe ôtô )b m ,không đ c rõ nét

1.2.3.3 Tính an ce:

Vtliucótính an cth hnáilcđivin c.Vtliu an chiu theo m t cách nôm na là v tl¡ us n sàng hút bámn c.B m thóah c cho phép vtliunayb thm tvàt othànhl pphímn cm ngtrênb m (t Trái v 1V t liuk n c,vtliu an ccós ccăngb mtcan clnvàcốkh năngto liénk thydrov in c

TiO, tr ng thai binhth ng(khôngđ cchi usáng) cótínhk n cnh ng khđ c chi u sáng (ánh sáng trong vùng(t ngo j), TIO;lith hỉ nữứnh an c Trongtr ngh pnay, electron val tr ngv nd ct oranh ng ching ho td ng

theo cách khác Trong quá trình này, electrons kh cation Ti” thành Ti”,l tr ng

s oxy hóa anion O” t o thành oxy nguyênt vab đ arakh im ngtỉnhth đ li mtch tr ng thi u oxy (hinh 1.21) Cac phầnt n ccóth chí mnh ng ch

tr ngoxyv ad ct oranay vat o nhém OH Chính nhóm OH đã làm chob m t T1O;tr nên siêu an c.B mtvtliuđ c kho ng30 phút sau khi chỉ u sáng góc t pxúcc an cũnt10đ,cónghalàn cs tr irat o thành I p phim

m ngtrénb mtvtliu

SVTH: Hu nhChiC ng

Trang 30

Mcd an ccavtlud cdob ng géctipxticc an cvib mt

v tli u, g6c ti p xtc cang nh tinh an ccàng m nh Hi nnay cór títv tliu

có góc tỉ pxúcc an cnh hn10”,tr cácv tcób nch thútn c hay cácb mtđấđ cho thóa Tuy nhiên th 1 gian s ngc acác v tliunàyrtngnhn

n a goc ti p xúc nh c ng không duy trìđ c lâu Màng m ngv 1s cóm tc a

ch t xúc tác quang TIO; có tính ch tsiêu an cr tthúv.ĐÐ u tiên, góc ti p xtc can ctrênb mt TiO; kho ng vàich cđ ,khiđ c chỉ u sáng trong vùng t ngo i góc tỉ p xúc gi md nd nvàcu icùng đ tgiátr 0” Sau đó, khi ng ng chỉ u sáng góc t¡ p xúc c ngch tăng lênm tvài đ trong nhi u gi mà không c nh 1 chỉ u sáng.N u mu ngi m góc ti p xúc, chúng tach ph 1 làm m t thao tác đ n ginlachi utiat ngoilénb mtmu.Tinhsiéu an cc a TiO, lam t trong

nh ng ngd ngth ct d th ynhtc a TiO

Sau đây ching tacé th gi 1 thích m tcách đnginc ch chuy nt k

n csangsiêu an cc ab mtv tliukhicóm t T1O;

B cl]l:Nh chúng ta đã bi tT1IO;đ trongmôitr ngbinhth ngrtd hp

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

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 31

này không n đnh Do đó chúng s hút bám các phânt k n ct ntis ntrénb mtvtliud chuy nsangtr ng thaib nh n (hinh 1.21)

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

t huc kn ct o thành CO;, HạO hay các axith uc làm cho các nhóm -OH

Trang 32

Hình 125 N ckhu ch tán vào trong b m tV tÌi u

ngd ngc afính siêu an ckth pv ikh nang xtc tac quang

Tính siêu an ckth pv ikh năng xúc tấc quang r t có ích trong nhi u Inhv cđc bi t trong ngành s n xu tki ng (ki ng xe, ki ngc as c ngnh mt

ki ng )

Nh ching tadabithin crtd lamm g_ ng va ki ng do b 1 méi

tr ng khéng khi mb lam! nhvat othanhnh nggitn cd ngtrénb mtvt

li uthôngth ng Các gi tn cnày làm chohình nh tuy nqguag ng hay ki ng rím nhtB mtkn ckhôngth làm ng ng quá trình làmm ki ngtr phi

có s tác đ ngc a gió hay s rung đ ngm nh.Ng cl1i1v tluv illpph siêu

an cs ngăn không chon cto thành gi t mà tr Irat o thành m tÌ p phim

n cm ngtênb m tlàm chohình nh truy n qua t th n, rõ nếth n mà không cnph 1 có gió hay s dao đ ng Đi u này đ c bị t quan tr ng đ 1v 1 các loi

ki ng dùng trên các ph ngữ nv n chuy n (ki ng chỉ uh u, ki ngch 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 thitit m t

H nn av i1kh năng xúc tác quang các lo 1 ki ng này không nh ng có th ngăn c n tia UV có h I mà còn cóth phânh yt t cácchtbnhuc vàngăắn

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 33

c nchúng bám trênb m t.Cácch tbnh uc nàys br atrôi khtr im ahay khi chúng taphunn cdocól pphímn cm ngt oratrénb mtsiéu an c

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:

1.3.1 Nguyénly va ngd nge aph UV-VIS:

Ph UV -— Vis 1a lo i ph electron, ng v im i elctron chuy nm c nang

1 ngtathud cmtvanph rng Ph ng phapdoph UV-Vis(ph_ ng pháp

tr c quang) lamtph ng pháp đnhl ng xác đnhn ngđ 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) đi qua vtth hpthu(h ng dng dung dch) D a vào

l ng ánh sáng đãb h p thu b i dung dch ma suyran ngd (ham! ng)c a dung d ch đó

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 34

I:C ngd band uc angu n sang

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

lA:C ngd ánh sángb h pthub 1 dung d ch

I:C ngd ánhsángph nx b I1 thành cuvct và dung d ch, giátr này đ c

lo 1b bngcáchl pl12ln đo

C:N ngả molch tban đ u

1: Chi u day 1 p dung d ch mà ánh sáng đi qua

Hình 128 Máy UV-Vis Cary 100 Conc - Variant

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

Cóth xem nh ux làs thay đ itính ch tánh sáng ho c sóng do s xuyén

sâu vào v tth, xem xếts nhì ux taXđ xác đnhc u trúc tinh th

SVTH: Hu nhChíC ng

Trang 35

Nuchi um tchùm tia X t i nguyént , thi cdc electron trong nguyént s dao d ng quanh v tricanb ngc ano Ta nh nth ym t photon tia X b h p th

b inguyênt thì cóm tphoton khác phát ra v 1cùng m cnăngl ng Khi không

có s thay đ inăngl nggi a photon t 1 và photon phát ra, tanóib cx là tấn x đành i.N uphotonb mtn&ang1 ngthìtấnx không đành 1

Hinh 1.30 S d nhiux tiaXb itinhth

Hi u quang Ì xu tphátt haim t liên tỉ ptrongh mtbiudindđd c tinh theo công th c:

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	13,7 MB