1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN DIỆU THU
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TiO
2
BẰNG CACBON VÀ SẮT
LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA
TRONG VÙNG ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY
NGUYỄN DIỆU THU NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TiO
2
BẰNG CACBON VÀ SẮT
LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA
TRONG VÙNG ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60 44 25
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Đình Bảng
2
…….…………………………………………………… ……14
1.3.1.Sự tái kết hợp lỗ trống và electron quang sinh………… ……….………… 14
1.3.2. pH dung dịch… ………………………………………… …….…… 15
1.3.3. Nhiệt độ……………………………………………… ……….…… 16
1.3.4. Các tinh thể kim loại gắn trên xúc tác………………………… … ….16
1.3.5. Pha tạp (doping) ion kim loại vào tinh thể TiO
2
……………… … …17
1.3.6. Các chất diệt gốc hydroxyl ……………… ………………………… 17
1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANO TiO
2
… ……………… 18
1.4.1. Các phương pháp điều chế nano… ……………… …… ………… 18
1.4.2. Phương pháp điều chế nano TiO
2
……………………… ……… 19
1.5. BIẾN TÍNH NANO TiO
2
………………………… …… ……………23
1.6. ỨNG DỤNG CỦA NANO TiO
2
VÀ NANO TiO
2
BIẾN TÍNH… 25
1.7. THAN HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC XỐP CỦA BỀ MẶT THAN HOẠT
TÍNH……………………………………………………………… 26
1.7.1. Than hoạt tính ………………………… … …………………………26
1.7.2 Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính… ……………… ……………27
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
3
(0,57%Fe-C-TiO
2
– AC).……….………………….…………….…… … 34
2.3. ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU……………… ………………… …………… 35
2.4. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU 36
2.4.1. Giới thiệu về Rhodamin B………………………………….……………….36
2.4.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B sử dụng phương pháp
trắc quang…… ………………………………………………………… ……….37
2.4.3. Đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B…… …………… ……38
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
3
2.4.4. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu ………………… 38
2.4.5. Thí nghiệm khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác của vật liệu …… 39
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… ……………………… 40
3.1. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
TỔNG HỢP TiO
2
BIẾN TÍNH BỞI CACBON VÀ SẮT… … …40
3.1.1. Ảnh hưởng của sự biến tính TiO
2
chỉ bởi riêng cacbon, sắt và biến tính đồng
thời bởi cacbon và sắt đến hoạt tính quang xúc tác của TiO
2
… ….……40
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng sắt đến hoạt tính quang xúc tác của TiO
2
được
biến tính đồng thời bởi cacbon và sắt…… ……………………… … 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO… …………………………………………… 64
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn…………………….……………… 6
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO
2
……………………………….8
Hình 1.3. Hình khối bát diện của TiO
2
…………………………… ………… ……….9
Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile………………………………….11
Hình 1.5. Sự hình thành các gốc và ……… …………………………… … 12
Hình 1.6. Sơ đồ mô phỏng hai phương pháp điều chế vật liệu kích thước
nano………………………………………………………………………………… 18
Hình 1.7. Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm…….…….……… 24
Hình 1.8. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg….….……………………………………28
Hình 2.1. Công thức hóa học của Rhodamin B…………………………….… 37
Hình 2.2. Đường chuẩn xác định nồng độ RhodaminB… ……………….…………38
Hình 3.1. Phổ XRD của các mẫu TiO
2
; C-TiO
2
; 0,57%Fe-TiO
2
; 0,57%Fe-C-
TiO
2
………………………………………………………………………… 40
2
, 0,57%Fe-C-
TiO
2
, 0,7%Fe-C-TiO
2
, 0,9%Fe-C-TiO
2
………………………………………………….47
Hình 3.8. Hoạt tính xúc tác của các mẫu vật liệu 0,3%Fe-C-TiO
2
, 0,5%Fe-C-TiO
2
,
0,57%Fe-C-TiO
2
, 0,7%Fe-C-TiO
2
, 0,9%Fe-C-TiO
2
………………………………… 48
Hình 3.9. Phổ XRD của các mẫu 0,57%Fe-C-TiO
2
………………………… 50
Hình 3.10. Ảnh TEM của mẫu 0,57%Fe-C-TiO
2
51
Hình 3.11. Phổ EDX của mẫu 0,57%Fe-C-TiO
2
……………………………… 52
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase…………… 9
Bảng 1.2. Thông số kĩ thuật của than hoạt tính Trà Bắc…………………… 28
Bảng 3.1. Độ chuyển hóa RhodaminB theo thời gian xử lý của các mẫu vật liệu
0,57%Fe-TiO
2
, C-TiO
2
, ,0,57%Fe-C-TiO
2
42
Bảng 3.2. Độ chuyển hóa RhodaminB theo thời gian xử lý của các mẫu vật liệu
0,3%Fe-C-TiO
2
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
7
MỞ ĐẦU
Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là
tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của
con người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển
kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai.
Trong những năm đầu thực hiện đường lối đổi mới, vì tập trung ưu tiên phát triển
kinh tế và cũng một phần do nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triển kinh tế với
bảo vệ môi trường chưa chú trọng đúng mức. Đối tượng gây ô nhiễm môi trường
chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu công nghiệp, hoạt động
làng nghề và sinh hoạt tại các đô thị lớn.
Nhiều khu, cụm, điểm công nghiệp trên cả nước chưa đáp ứng được những
tiêu chuẩn về môi trường theo quy định. Thực trạng đó làm cho môi trường sinh
thái ở một số địa phương bị ô nhiễm nghiêm trọng đặc biệt là các cộng đồng dân cư
lân cận với các khu công nghiệp. Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công
nghiệp, các làng nghề thủ công truyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh
mẽ. Việc phát triển các làng nghề có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế
- xã hội và giải quyết việc làm ở các địa phương. Tuy nhiên, hậu quả về môi trường
do các hoạt động sản xuất làng nghề đưa lại cũng ngày càng nghiêm trọng. Hình
thức các đơn vị sản xuất của làng nghề rất đa dạng, có thể là gia đình, hợp tác xã
hoặc doanh nghiệp. Tuy nhiên, do sản xuất mang tính tự phát, sử dụng công nghệ
xúc tác quang hóa xử lí các chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng trong nước thải
công nghiệp (dệt, nhuộm,…), TiO
2
còn được sử dụng để làm sạch không khí, chống
mốc, diệt khuẩn, hay phân hủy thuốc trừ sâu,…. Vì TiO
2
có năng lượng vùng cấm ~
3,2 eV nên chỉ có một phần nhỏ ánh sáng mặt trời, khoảng 5% trong vùng tia UV
có thể được sử dụng [6,15]. Do vậy, đã có nhiều nghiên cứu trong việc điều chế
quang xúc tác TiO
2
có khả năng sử dụng hiệu quả trong vùng ánh sáng khả kiến.
Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu biến tính TiO
2
bởi các cation kim loại chuyển tiếp
hay bởi các phi kim. Trong số đó, TiO
2
được biến tính bởi các cation kim loại
chuyển tiếp đã cho thấy kết quả tốt, tăng cường tính chất quang xúc tác trong vùng
ánh sáng khả kiến. Trong nhiều báo cáo, các hạt tinh thể nano TiO
2
được biến tính
bởi cation sắt đã thể hiện hoạt tính quang xúc tác tốt hơn so với TiO
2
tinh khiết dưới
ánh sáng nhìn thấy. Ngoài ra, việc biến tính bởi các phi kim, chẳng hạn như N, C, S,
P và các halogen cũng tăng hoạt tính của TiO
2
trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong
nhiều phi kim, cacbon biến tính TiO
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
10
CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA
Xúc tác là sự làm làm thay đổi tốc độ của các phản ứng hóa học được thực
hiện bởi một số chất mà ở cuối quá trình chất này vẫn còn nguyên vẹn. Chất gây ra
sự xúc tác được gọi là chất xúc tác [1, 2]. Nhiều loại xúc tác khác nhau đang được
sử dụng, trong đó xúc tác quang hiện đang thu hút nhiều sự quan tâm. Trong hoá
học nó dùng để nói đến những chất có hoạt tính xúc tác dưới tác dụng ánh sáng, hay
nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng
xảy ra.
Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa, áp dụng vào xử lý môi
trường đang được quan tâm nhiều hơn so với các phương pháp thông thường khác.
Nguyên nhân là do bản thân chất xúc tác không bị biến đổi trong suốt quá trình,
ngoài ra, phương pháp này còn có các ưu điểm như: có thể thực hiện trong nhiệt độ
và áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo hoặc thiên nhiên, chất
xúc tác rẻ tiền và không độc.
Chất bán dẫn (Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và
chất cách điện. Gọi là “bán dẫn” có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó,
hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Khi giải thích cơ chế dẫn điện của
lên vùng dẫn nếu năng lượng đủ lớn. Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron (e
-
) mang điện tích âm – được gọi là electron quang sinh (photogenerated electron) và
trên vùng hóa trị sẽ có những lỗ trống (h
+
) mang điện tích dương – được gọi là lỗ
trống quang sinh (photogenerated hole) [16]. Chính các electron và lỗ trống quang
sinh này là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra, bao gồm quá trình
khử electron quang sinh và quá trình oxi hóa các lỗ trống quang sinh. Khả năng khử
và oxi hóa của các electron và lỗ trống quang sinh là rất cao (từ +0,5eV đến -1,5eV
đối với các electron quang sinh và từ +1,0eV đến +3,5eV đối với các lỗ trống quang
sinh). Các electron quang sinh và các lỗ trống quang sinh có thể di chuyển tới bề
mặt của các hạt xúc tác và tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp với các chất bị hấp phụ
bề mặt. Khi có sự kích thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử -
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
12
lỗ trống và có sự trao đổi electron với các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất
bán dẫn. Thông thường, một chất cho electron (electron donor – D) như nước, sẽ bị
hấp thụ và phản ứng với lỗ trống trong vùng hóa trị; một chất nhận electron
(electron acceptor – A), như oxi hòa tan, sẽ bị hấp phụ và phản ứng với electron
trong vùng dẫn [16, 24]:
XT(h
+
) + D → XT + D
+
(1.1)
XT(e
-
) + A → XT + A
TiO
2
+ hν → e
-
+ h
+
(1.3)
h
+
+ H
2
O → OH
•
+ H
+
(1.4)
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
13
h
+
+ OH
-
→ OH
-
(1.5)
Thế oxi hóa khử của electron trên vùng dẫn sinh ra bởi TiO
2
là -0,52V, đủ
âm để có thể khử phân tử oxi thành anion superoxit.
+ OH
•
(1.8)
Tất cả các tiểu phân sinh ra trong quá trình quang hóa trên, bao gồm các lỗ
trống, gốc OH
•
,
•
O
2
-
, H
2
O
2
và oxi, đóng vai trò quan trọng trong cơ chế phản ứng
xúc tác quang. Chúng là các tiểu phân hoạt động, dễ dàng tham gia vào phản ứng
oxi hóa các hợp chất hữu cơ, sinh ra CO
2
và H
2
O. Chính vì tính chất oxi hóa mạnh
này, TiO
2
được sử dụng làm chất diệt khuẩn, nấm , khử mùi, xử lý nước thải ô
nhiễm,…[16, 42].
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA NANO TiO
2
1.2.1. Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý của nano TiO
nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp.
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
14
Hai pha này cũng được sử dụng trong thực tế làm chất màu, chất độn, chất xúc tác
Các pha khác (kể cả pha ở áp suất cao) chẳng hạn như brookite cũng quan trọng về
mặt ứng dụng, tuy vậy bị hạn chế bởi việc điều chế brookite sạch không lẫn rutile
hoặc anatase là điều khó khăn.
Dạng anatase
Dạng rutile
Dạng brookite
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO
2 Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
Ở nhiệt độ cao chuyển
thành rutile
Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng
từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO
6
nối với nhau qua cạnh hoặc qua
đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti
4+
được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O
2-
. Hình 1.3. Hình khối bát diện của TiO
2
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 bát diện. Hình tám mặt trong
rutile không đồng đều hơi bị biến dạng thoi . Các bát diện 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
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
16
với rutile. Trong cả ba dạng thù hình của TiO
2
các bát diện được nối với nhau qua
đỉnh hoặc qua cạnh (Hình 1.2 và hình 1.3).
1.2.2. Tính chất hóa học của TiO
3
+ CO
2
, M = Ca,Mg, Sr, Ba
TiO
2
+ MO → (MTiO
3
) , M = Pb, Mn, Fe, Co
Titan dioxit bị axit H
2
SO
4
đặc nóng, HF phân hủy
Titan dioxit bị hiđrô, cacbon monoxit, titan kim loại khử ở nhiệt độ cao.
1.2.3. Tính chất xúc tác quang hoá của TiO
2
ở dạng anatase
TiO
2
ở dạng anatase có hoạt tính quang hóa cao hơn hẳn các dạng tinh thể
khác, điều này được giải thích dựa vào cấu trúc vùng năng lượng. Như chúng ta đã
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
17
biết, trong cấu trúc của chất rắn có 3 miền năng lượng là vùng hóa trị, vùng cấm và
vùng dẫn. Tất cả các hiện tượng hóa học xảy ra đều là do sự dịch chuyển electron
giữa các miền với nhau.
2
thành . Hình 1.5. Sự hình thành các gốc và
Chính các gốc và với vai trò quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy
các hợp chất hữu cơ thành H
2
O và CO
2
.
Cơ chế quá trình xúc tác quang trên nano TiO
2
được mô tả như sau:
Quá trình xúc tác quang trên bề mặt chất bán dẫn TiO
2
được khơi mào bằng
sự hấp thụ một photon với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm E
của chất bán dẫn (với TiO
2
là 3,2eV) tạo ra cặp electron – lỗ trống [32, 49].
(e
-
/h
+
)TiO
2
→ e
-
(TiO
(h
+
) + H
2
O → TiO
2
+ OH
•
+ H
+
TiO
2
(h
+
) + OH
-
→ TiO
2
+ OH
•
Một phản ứng quan trọng khác xảy ra trong vùng dẫn của các e
-
là sử khử O
2
bị hấp phụ, tạo ra ion
•
O
H
+
+
•
O
2
-
→ HO
2
•
Từ các gốc
•
O
2
-
và HO
2
•
, có thể tạo thành H
2
O
2
theo các phản ứng sau:
2
•
O
2
-
2
bị phân tách, tạo ra các gốc hydroxyl
H
2
O
2
+ hν → 2OH
•
H
2
O
2
+
•
O
2
-
→ OH
•
+ O
2
+ OH
-
H
2
O
2
+ TiO
) + h
+
(TiO
2
) → TiO
2
+ (nhiệt/ánh sáng)
Như vậy, sự khác biệt là dạng anatase có khả năng khử O
2
thành
•
O
2
-
còn
rutile thì không. Do đó, dạng anatase có khả năng nhận đồng thời oxi và hơi nước từ
không khí cùng với ánh sáng tử ngoại để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Tinh thể
anatase dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại đóng vai trò như một cầu nối trung
chuyển điện tử từ H
2
O sang O
2
, chuyển hai chất nay thành dạng
•
O
2
-
và OH
•
là hai
). Giảm kích thước hạt TiO
2
hoặc sử dụng dưới dạng màng mỏng dưới 0,1 μm nhằm rút ngắn quãng đường di
chuyển của (h
+
) (vì thông thường, quá trình tái kết hợp xảy ra trong quãng đường di
chuyển các h
+
ra bề mặt; kích thước hạt TiO
2
hoặc màng TiO
2
phải ngắn hơn quãng
đường di chuyển ≤ 0,1 μm) [17,45].
Sử dụng TiO
2
dạng anatase với tỷ lệ anatase/rutile thích hợp. TiO
2
có 3 dạng
tinh thể là anatase, rutile và brookite (trong đó, dạng brookite không bền và ít phổ
biến). Khi sử dụng cho quá trình xúc tác quang hóa, chủ yếu sử dụng dạng anatase
vì hoạt tính xúc tác cao hơn hai dạng tinh thể còn lại [27, 50].
Cấy một số ion kim loại kích thích (doping) vào mạng tinh thể TiO
2
có khả
năng bẫy các electron quang sinh, ngăn không cho tái kết hợp với lỗ trống quang
sinh. Một số ion kim loại thường được nghiên cứu để cấy vào mạng tinh thể TiO
2
là
mạch ngoài với catot platin di chuyển theo chiều ngược lại về catot, thực hiện quá
trình khử ở đây và như vậy h
+
và e
-
đã được tách riêng ra. Quá trình. này dược gọi là
quá trình xúc tác điện quang (photoelectrocatalysis).
Đưa vào hệ những chất thu nhận không thuận nghịch các e
-
(irreversible
electron acceptor - IEA) nhằm ngăn chặn e
-
trở về các lỗ điện tích dương trên vùng
hóa trị, không cho tái hợp lại, kéo dài thời gian sống của các lỗ điện tích dương. Các
chất này thường là O
2
, O
2
, H
2
O
2
hoặc peoxydisunfat S
2
O
8
2-
- được gọi là những chất
đón bắt hay chất bắt giữ electron (electron scavenger) [18].
Khi đưa thêm các IEA vào hệ, chúng sẽ lấy electron trên vùng dẫn e
(the point of zero charge), bề mặt của xúc tác gần như không tích điện. Tốc độ của
Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Hóa học
Nguyễn Diệu Thu – K20 Hóa vô cơ
22
phản ứng xúc tác quang có thể thay đổi một cách đáng kể do sự hấp phụ của các ion
trên bề mặt xúc tác tại những pH khác nhau [4, 23, 33, 41, 42].
1.3.3. Nhiệt độ
Như hầu hết các phản ứng quang hóa, phản ứng xúc tác quang không quá nhậy
cảm với sự biến đổi của nhiệt độ. Do vậy, các bước có khả năng phụ thuộc vào nhiệt
độ, như quá trình hấp phụ, giải hấp,…không phải là các giai đoạn quyết định tốc độ
phản ứng.
1.3.4. Các tinh thể kim loại gắn trên xúc tác
Các kim loại quý như Pt, Au, Pd, Rh, Ni, Cu và Ag đã được đề cập rất nhiều
trong các nghiên cứu gân đây với khả năng tăng cường hoạt tính quang xúc tác của
TiO
2
. Nguyên nhân là do mức Fermi của các kim loại quý này thấp hơn của TiO
2
.
Các electron được kích thích bởi photon có thể di chuyển từ dải dẫn đến các phân tử
kim loại trên bề mặt của TiO
2
trong khi các lỗ trống được tạo nên sau khi e di
chuyển vẫn còn trên TiO
2
Đây chính là nguyên nhân làm giảm rất nhiều khả năng
tái kết hợp e- lỗ trống, kết quả là khả năng xúc tác tăng lên rõ rệt [26, 34, 36, 37].
Các tác giả Anpo và Takeuchi đã sử dụng các tín hiệu cộng hưởng spin -
electron (ESR) để khảo sát việc di chuyển của các electron từ TiO
1.3.5. Pha tạp (doping) ion kim loại vào tinh thể TiO
2
Việc doping ion kim loại vào mạng tinh thể của TiO
2
đã được các nhà khoa
học nghiên cứu rất nhiều. Năm 1994, Choi và các cộng sự đã làm việc trên 21 ion
kim loại khác nhau nhằm nghiên cứu khả năng tăng cường hoạt tính quang xúc tác
của TiO
2
. Kết quả cho thấy rằng việc doping với ion kim loại có thể mở rộng vùng
hoạt động của TiO
2
đến vùng phổ khả kiến. Nguyên nhân là do các ion kim loại có
thể xâm nhập vào cấu trúc mạng của TiO
2
và hình thành nên các mức năng lượng pha
tạp ở vùng cấm của TiO
2
. Hơn nữa, electron (hoặc lỗ trống) hoán chuyển giữa ion
kim loại và TiO
2
có thể giúp cho quá trình kết hợp electron - lỗ trống bị chậm lại. Các
kết quả nghiên cứu cho thấy Cr, Ag, Cu, Fe và Mn là các kim loại cho kết quả tốt
nhất [19].
Tuy nhiên, hiệu ứng này khá nhạy cảm với hàm lượng các ion kim loại được
pha tạp. Một số ion kim loại chuyển tiếp ngăn cản sự tái hợp electron và lỗ trống.
1.3.6. Các chất diệt gốc hydroxyl
•
HCO
3
-
+ OH
-
(k= 1,5.10
7
M
-1
s
-1
)
Nhìn chung, trong tất cả các phương pháp oxi hóa nâng cao, đều phải tìm cách
loại bỏ các ion vô cơ có vai trò tìm diệt gốc hydroxyl [6, 18, 31, 41].
Copyright: Tài liệu đại học ©