ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT
TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH
THƯỚC NANO ĐƯỢC BIẾN TÍNH NEOĐIM
Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số:
604425

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGÔ SỸ LƯƠNG

Hà nội, năm 2011

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN VĂN KHANH

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, KHẢO SÁT CẤU TRÚC, HOẠT
TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA BỘT TITAN ĐIOXIT KÍCH
THƯỚC NANO ĐƯỢC BIẾN TÍNH NEOĐIM



1.1.2. Một số tính chất quan trọng của vật liệu TiO2 kích thước nano

5

1.1.3. Các ứng dụng của TiO2 kích thước nano mét

9

1.2. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2 kích thước nano biến tính

12

1.2.1. Phân loại quang xúc tác trên cơ sở TiO2 kích thước nano

12

1.2.2. Sự biến tính của vật liệu TiO2 kích thước nano mét

12

1.2.3. Vật liệu TiO2 nano biến tính bằng neođim

14

1.2.4 Các phương pháp điều chế bột TiO2 kích thước nanomet

15

Chương 2: THỰC NGHIỆM


2.3.3. Pha mẫu

20

2.4. Điều chế bột TiO2 biến tính Nd3+ bằng phương pháp sol-gel

21

2.5. Điều chế bột TiO2 biến tính Nd3+ bằng phương pháp thủy phân

22

2.6. Phương pháp khảo sát khả năng phân hủy quang xanh metylen
trong dung dịch nước của bột TiO2 biến tính

24

2.7. Các phương pháp hóa lý dùng để nghiên cứu cấu trúc và đặc tính của
bột Nd-TiO2 biến tính

26

1


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học



31

3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian làm già gel

32

3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

34

3.1.4. Ảnh hưởng nhiệt độ nung

37

3.1.5. Ảnh hưởng tỷ lệ % Nd/TiO2 (mol/mol)

40

3.2. Điều chế Nd-TiO2 bằng phương pháp thủy phân

46

3.2.1. Khảo sát quá trình phân hủy nhiệt của mẫu TiO2 và Nd-TiO2

46

3.2.2. Ảnh hưởng của lượng urê

47

Luận văn thạc sĩ khoa học

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
I. Danh mục các hình

Trang

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2

3

Hình 1.2. Hình khối bát diện của TiO2

3

Hình1.3. Cơ chế của quá trình quang xúc tác của vật liệu TiO2 khi
được chiếu sáng

6

Hình 1.4. Các góc tiếp xúc của chất lỏng và bề mặt thấm ướt

8

Hình 1.5. Nguyên tắc của sự phân chia nước sử dụng chất quang
xúc tác TiO2

11

Hình 2.1. sơ đồ mô tả quá trình thực nghiệm điều chế bột TiO2


31

Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu TiO2 biến tính với tỷ
lệ Nd/TiO2 là 0,025% (mol/mol)

31

Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu Nd-TiO2 theo thời gian làm
già gel

32
Hình 3.4. Đồ thị mối quan hệ giữa hiệu suất phân hủy quang và

thời gian làm già gel

34

Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu Nd-TiO2 theo có nhiệt độ
sấy gel khác nhau

35

Hình 3.6. Đồ thị mối quan hệ giữa hiệu suất phân hủy quang và

3


Nguyễn Văn Khanh


Hình 3.12. Phổ EDX mẫu Nd-TiO2 có tỷ lệ % Nd/TiO2 = 0,025%

43

Hình 3.13. Ảnh TEM của mẫu TiO2 không biến tính

44

Hình 3.14. Ảnh TEM của mẫu TiO2 có biến tính Nd ở tỷ lệ
0,025% (mol/mol)

44

Hình 3.15. Quy trình thực nghiệm điều chế điều chế bột TiO2
biến tính Neođim bằng phương pháp sol-gel
Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu TiO2 không biến tính

45
46

Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu TiO2 biến tính với tỷ
lệ Nd/TiO2 là 0,025% (mol/mol)

46

Hình 3.18. Giản đồ XRD của các mẫu Nd-TiO2 với lượng urê
khác nhau

47


55

Hình 3.24. Giản đồ XRD của các mẫu Nd-TiO2 với các tỷ lệ
Nd/TiO2 khác nhau

56

Hình 3.25. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất phân hủy
quang và tỷ lệ % Nd/TiO2 (mol/mol)

58

Hình 3.26. Phổ EDX của mẫu không biến tính

58

Hình 3.27. Phổ EDX của mẫu biến tính với tỷ lệ Nd/TiO2 là
0,025% (mol/mol)

58

Hình 3.28. Ảnh TEM của mẫu không biến tính

59

Hình 3.29. Ảnh TEM của mẫu biến tính với tỷ lệ Nd/TiO2 là
0,025% (mol/mol)

59


33

Bảng 3.3. Kích thước hạt trung bình và thành phần pha của các
mẫu Nd-TiO2 có nhiệt độ sấy gel khác nhau

35

Bảng 3.4. Giá trị mật độ quang và hiệu suất phân hủy quang của
các mẫu Nd-TiO2 có nhiệt độ sấy gel khác nhau.

36

Bảng 3.5. Kích thước hạt trung bình và thành phần pha của các
mẫu Nd-TiO2 có nhiệt độ nung khác nhau

5

38


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

Bảng 3.6. Giá trị mật độ quang và hiệu suất phân hủy quang của
các mẫu Nd-TiO2 có nhiệt độ nung khác nhau

39

Bảng 3.7. Kích thước hạt trung bình và thành phần pha của các

mẫu Nd-TiO2 theo nhiệt độ nung

54

Bảng 3.14. Giá trị mật độ quang và hiệu suất phân hủy quang của
các mẫu Nd-TiO2 có nhiệt độ nung khác nhau

54

Bảng 3.15. Kích thước hạt trung bình và thành phần pha của các
mẫu Nd-TiO2 có tỷ lệ Nd/TiO2 khác nhau

56

Bảng 3.16. Giá trị mật độ quang và hiệu suất phân hủy quang của
các mẫu Nd-TiO2 có tỷ lệ Nd/TiO2 khác nhau

6

57


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ABS: Độ hấp thụ
BET: Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng

các vật liệu dạng bột, dạng sợi, dạng màng TiO2 tinh thể kích thước nm ở các dạng
thù hình rutile, anatase hoặc hỗn hợp giữa rutile, anatase và brookite đã được nhiều
nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm do khả năng ứng dụng của chúng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau: làm chất xúc tác điều chế nhiều hợp chất hữu cơ
[32], làm xúc tác quang hoá trong xử lý môi trường, chế sơn tự làm sạch, làm vật
liệu chuyển hoá năng lượng trong pin mặt trời, sử dụng trong dược phẩm[17, 18, 21,
34]. Các ứng dụng mới của vật liệu TiO2 kích thước nm chủ yếu dựa vào tính chất
bán dẫn của nó. Với hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền và không độc, vật liệu
TiO2 được cho là một trong những vật liệu triển vọng nhất để giải quyết rất nhiều
vấn đề ô nhiễm môi trường. TiO2 đồng thời cũng được hy vọng sẽ mang đến những
lợi ích to lớn trong vấn đề khủng hoảng năng lượng qua sử dụng năng lượng mặt
trời dựa trên tính quang điện và thiết bị phân tách nước.
Tuy nhiên, do dải trống của titan đioxit khá lớn (3.25eV đối với anatase và
3.05 eV đối với rutile) nên chỉ ánh sáng tử ngoại gần với bước sóng < 380nm mới
có thể kích thích được điện tử từ vùng hoá trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng

8


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

quang xúc tác. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của TiO2, thu hẹp phạm vi
ứng dụng của loại vật liệu này [47].
Một xu hướng đang được các nhà nghiên cứu rất quan tâm là tìm cách thu hẹp
dải trống của titan đioxit, sao cho có thể tận dụng được ánh sáng mặt trời cho các mục
đích quang xúc tác với titan đioxit. Để thực hiện được mục đích này, nhiều ion kim
loại và không kim loại đã đựơc sử dụng để biến tính (modify) hoặc kích hoạt (doping)
các dạng thù hình của titan đioxit. Quá trình biến tính có thể thực hiện với biến tính


1.1. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2 kích thước nano mét
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất vật lý của TiO2 kích thước nano mét [2,6]
Tinh thể titan đioxit lại có 3 dạng thù hình khác nhau: anatase, rutile và
brookite, ngoài ra còn 2 dạng chỉ tồn tại dưới điều kiện áp suất cao đó là đơn tà
baddeleyite và dạng trực thoi, thường chỉ được tìm thấy gần các miệng núi lửa.
Trong đó, rutile là dạng thù hình phổ biến nhất và bền vững nhất, cả anatase và
brookite đều chuyển sang rutile khi nung ở nhiệt độ cao.

Dạng anatase

Dạng rutile

Dạng brookite

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2
Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây
dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc
qua đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-.

Hình 1.2. Hình khối bát diện của TiO2

10


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến

Khối lượng riêng (g/ cm3)

4,25

3,895

Chiết suất

2,754

2,54

Độ rộng vùng cấm (eV)

3,05

3,25

Cấu trúc tinh thể
Thông số mạng

Nhiệt độ nóng chảy

1830  1850OC

Ở nhiệt độ cao chuyển
thành rutile

Hầu hết các tài liệu tham khảo đều chỉ ra rằng quá trình thuỷ phân các muối vô
cơ đều tạo ra tiền chất titan đioxit dạng vô định hình hoặc dạng cấu trúc anatase hay

1.1.2. Một số tính chất quan trọng của vật liệu TiO2 kích thước nano mét
Titan đioxit dạng khối là một chất tương đối bền với các tác nhân hóa học,
tính chất này cũng thể hiện đầy đủ ở titan đioxit kích thước nano. Titan đioxit nói
chung không phản ứng với nước, không phản ứng với dung dịch axit loãng, dung
dịch ammoniac, tan ít trong dung dịch kiềm loãng nhưng lại tan khá tốt trong borac
và phốt phát nóng chảy. TiO2 còn thể hiện tính oxi hóa trong các phản ứng với
những chất khử mạnh ở nhiệt độ cao. [13]
Với kích thước hạt rất nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn, titan đioxit lại thể hiện
nhiều tính chất rất đặc biệt hơn hẳn TiO2 dạng khối, nhờ đó nó được ứng dụng một
cách rộng rãi trong công nghệ, sản xuất và đời sống. Trong đó, hai tính chất hoạt
tính quang xúc tác và đặc tính siêu thấm ướt của vật liệu TiO2 kích thước nano là
đáng chú ý nhất.

12


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

1.1.2.1. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO2 kích thước nano mét [32, 47]
Năm 1930, khái niệm xúc tác quang ra đời. 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.
Nguyên lý cơ bản về quá trình quang xúc tác trên các chất bán dẫn là khi
được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hay bằng độ rộng vùng cấm của
chất bán dẫn (thường là tia tử ngoại do độ rộng vùng cấm của nó khá lớn ~3.2eV) sẽ
tạo ra cặp electron - lỗ trống (e, h+) ở vùng dẫn và vùng hóa trị. Những cặp electron
– lỗ trống này sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng oxi hóa- khử. Các lỗ


TiO2 (h+) + R  R + TiO2

(1.17)

TiO2 (e-) + O2  O 
2 + TiO2

(1.18)

TiO2 (e-) + H2O2  OH- + OH + TiO2

(1.19)

+

O 
2 + H  HO 2

(1.20)

HO2  O2 + H2O2

(1.21)

H2O2 + O2  O2 + OH- + OH

(1.22)

Từ các phương trình (1.15) - (1.17) ở trên ta thấy rằng điện tử chuyển từ chất

Trong đó :

Luận văn thạc sĩ khoa học

kc : tốc độ vận chuyển electron
kk : tốc độ tái kết hợp của các electron và lỗ trống

Như vậy để tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác, có 2 cách: thứ nhất tăng
tốc độ vận chuyển điện tích và thứ hai là giảm tốc độ tái kết hợp của các electron và
lỗ trống. Để thực hiện phương án 2: giảm tốc độ tái kết hợp, “bẫy điện tích” được
sử dụng để thúc đẩy sự bẫy điện tử và lỗ trống trên bề mặt, tăng thời gian tồn tại của
electron và lỗ trống trong chất bán dẫn. Điều này dẫn tới việc làm tăng hiệu quả của
quá trình chuyển điện tích tới chất phản ứng. Bẫy điện tích có thể được tạo ra bằng
cách biến tính bề mặt chất bán dẫn như đưa thêm ion kim loại, chất biến tính vào
hoặc sự tổ hợp với các chất bán dẫn khác dẫn tới sự giảm tốc độ tái kết hợp điện tử lỗ trống và kết quả là tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác.
Đó cũng chính là mục đích của việc đưa các nguyên tố kim loại hay các
nguyên tố phi kim vào trong cấu trúc của TiO2 và tạo ra các khuyết tật của mạng
tinh thể.
Kích thước hạt và cấu trúc TiO2 ảnh hưởng nhiều đến khả năng xúc tác
quang hoá. Bột TiO2 có kích thước càng nhỏ thì hoạt tính xúc tác càng cao. Hầu hết
các tài liệu đều chỉ ra rằng TiO2 dạng bột kích thước nano mét có cấu trúc anatase
có hoạt tính xúc tác cao nhất [10].
1.1.2.2. Tính chất siêu thấm nước của vật liệu TiO2. [32]
Trong các vật liệu mà chúng ta vẫn đang sử dụng hàng ngày, bề mặt của
chúng thường có tính kị nước ở một mức độ nào đó, đặc trưng bởi góc thấm ướt:
Bề mặt thấm ướt chất lỏng, góc thấm ướt < 900
Không thấm ướt hay kỵ lỏng, góc thấm ướt > 900

15


Gần đây, hoạt động nghiên cứu ứng dụng nhất trên TiO2 là ứng dụng của nó
cho sự phân huỷ các phân tử hữu cơ khi có mặt ánh sáng. TiO2 là chất bán dẫn và
cặp electron-lỗ trống được tạo thành sau quá trình chiếu sáng với ánh sáng mặt trời,

16


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

các chất mang tích điện tạo thành có thể di chuyển đến bề mặt, ở đó chúng phản
ứng với nước và oxi đã bị hấp phụ để tạo nên các hình thái gốc. Chúng tấn công bất
kỳ phân tử hữu cơ hấp phụ nào và cuối cùng có thể dẫn đến sự phân huỷ hoàn toàn
thành CO2 và H2O. Các ứng dụng của quá trình này là để làm sạch nước bẩn, để diệt
khuẩn và khử mùi (ví dụ như trong phòng mổ ở bệnh viện), làm chất phủ tự làm
sạch trên kính chắn gió của ôtô, làm lớp phủ bảo vệ cẩm thạch ( để bảo quản các
tượng Hy Lạp cổ khỏi sự phá huỷ của môi trường). Đặc biệt, TiO2 còn cho thấy khả
năng làm chậm hoặc dừng lại sự phát triển của những tế bào ung thư. [47]
1.1.3.2. Ứng dụng quang điện
Zukalova và cộng sự đã tìm ra rằng trật tự các màng mỏng tinh thể nano
TiO2 mao quản trung bình biểu diễn sự tăng cường hiệu quả chuyển hoá năng lượng
mặt trời khoảng 50% so với màng truyền thống có cùng chiều dày làm từ tinh thể
nano anatase được định hướng ngẫu nhiên [47].
Adachi và cộng sự đã tìm ra pin năng lượng mặt trời nhạy hoá thuốc nhuộm
với các điện cực làm bằng các đơn tinh thể ống nano TiO2 không trật tự (đường
kính 10 nm, chiều dài 30 - 300 nm) cho hiệu suất 4,88%, nhiều hơn hai lần mật độ
dòng đoản mạch so với các điện cực màn mỏng hạt nano TiO2 Deguessa P25 có
chiều dày tương tự [47]. Ohsaki và cộng sự đã tìm ra rằng hiệu suất của pin năng
lượng mặt trời cao hơn việc sử dụng điện cực làm bằng ống nano TiO 2 từ việc so


Hình 1.5. Nguyên tắc của sự phân chia nước
sử dụng chất quang xúc tác TiO2

là nguyên nhân các phản ứng oxi
hoá khử. Các phân tử nước bị khử bởi các electron tạo thành H2 và bị oxi hoá bởi lỗ
trống tạo thành O2, dẫn đến toàn bộ nước bị phân tách. Chiều rộng của vùng cấm,
thế của vùng dẫn và vùng hoá trị là rất quan trọng. Những tác nhân khác như: sự
phân chia điện tích, độ linh động, thời gian sống của electron và lỗ trống phát quang
cũng ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác của TiO2. Các tác nhân ảnh hưởng
mạnh mẽ đến tính kết khối của vật liệu như mức độ kết tinh. Trạng thái bề mặt,
nhóm hoá học bề mặt, vùng bề mặt và vị trí kích hoạt phản ứng cũng rất quan trọng.
Sayama và Arakawa đã tìm ra việc thêm muối cacbonat vào huyền phù TiO 2
pha tạp Pt sẽ dẫn đến hiệu quả phân tách nước cao. Các ion cacbonat ảnh hưởng đến
cả hạt Pt và bề mặt TiO2. Pt được phủ lên một số hợp chất titan hydroxit và tốc độ
phản ứng nghịch trên Pt bị chặn có hiệu quả khi có mặt ion cacbonat. Các cấu tử
cacbonat hỗ trợ quá trình giải hấp O2 từ bề mặt TiO2. Khan và Akikusa đã tìm ra
điện cực màn n -TiO2 tinh thể nano không bị phủ là không bền trong phản ứng phân

18


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

chia nước dưới điều kiện chiếu sáng và độ bền của chúng có thể được cải thiện một
cách đáng kể khi được phủ Mn2O3.
Ngoài những ứng dụng cơ bản ở trên thì TiO2 dạng ống nano còn có khả
năng tích trữ hidro rất tốt nên được ứng dụng như là một senser và nhiều ứng dụng


Luận văn thạc sĩ khoa học

các tiểu phân khác trong phân tử thì lớn hơn so với TiO2 khối, vì thế kích thước nhỏ bé
của các hạt nano có lợi cho sự biến tính của TiO2 [24].
Rất nhiều ứng dụng của các vật liệu nano TiO2 liên quan mật thiết đến các tính
chất quang học của nó. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng các vật liệu nano TiO2 đôi khi bị
cản trở bởi bề rộng dải trống của nó. Dải trống của TiO2 tinh khiết nằm trong vùng tử
ngoại ( độ rộng vùng cấm là 3,05 eV cho pha rutile và 3,25 eV cho pha anatase), dải này
chỉ chiếm một vùng nhỏ trong toàn bộ dải năng lượng ánh sáng từ mặt trời (< 4%) [47].
Vì vậy, một trong những mục tiêu để cải thiện hoạt tính quang học của vật
liệu nano TiO2 là chuyển dịch dải trống từ vùng tử ngoại về vùng ánh sáng nhìn
thấy. Có nhiều phương pháp để thực hiện mục tiêu này. Thứ nhất, chúng ta có thể
kích hoạt vật liệu nano TiO2 với những nguyên tố mà chúng có khả năng thu hẹp
dải trống, do đó thay đổi tính chất quang học của vật liệu nano TiO2. Thứ hai, chúng
ta có thể hoạt hóa TiO2 bởi các chất vô cơ hoặc hữu cơ có màu, cách này cũng có
thể cải thiện tính chất quang học của nó trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Thứ ba,
electron trong dải dẫn của nano TiO2 có thể cặp đôi dao động cộng hưởng với các
electron trong dải dẫn trên bề mặt của các hạt nano kim loại như trong các vật liệu
nano compozit kim loại - TiO2. Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt các hạt nano TiO2
bởi các chất bán dẫn khác có thể làm thay đổi khả năng chuyển điện tích của TiO 2
với môi trường xung quanh, nhờ đó nâng cao ứng dụng của các thiết bị sử dụng vật
liệu này.
Tuy nhiên, một xu hướng đang được các nhà nghiên cứu quan tâm nhiều là
tìm cách thu hẹp bớt giá trị năng lượng vùng cấm của TiO2 bằng cách đưa các ion
kim loại và không kim loại vào trong mạng lưới TiO2. Chẳng hạn như: Choi và các
cộng sự đã tiến hành một nghiên cứu về các hạt nano TiO2 đã được kích hoạt với 21
ion kim loại bằng phương pháp sol - gel một cách có hệ thống và đã tìm ra sự có
mặt của các chất thêm ion kim loại ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính quang hóa, các
tốc độ tái kết hợp của chất mang điện tích, và các tốc độ chuyển electron ở mặt phân

phân tách nước tăng 3,5 lần so với TiO2 không biến tính trong vùng ánh sáng tử
ngoại. Các tác giả [53] đã nghiên cứu điều chế sol TiO2 biến tính Nd3+ bằng phương
pháp đồng kết tủa – peptit hóa và đánh giá hoạt tính quang xúc tác của nó thông qua
phản ứng quang phân huỷ phenol và các dẫn xuất của phenol, kết quả cho thấy hoạt
tính quang xúc tác khá cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong công trình [45]
các tác giả đã xác định năng lượng vùng cấm của TiO2 biến tính Nd3+ theo phương
pháp lắng đọng pha hơi hóa học. Năng lượng vùng cấm được xác định bằng phương
pháp phổ hấp thụ UV-VIS, kết quả cho thấy năng lượng vùng cấm tối đa giảm được
0,55 eV với tỷ lệ biến tính Nd3+/ TiO2 là 1,5%.

21


Nguyễn Văn Khanh

Luận văn thạc sĩ khoa học

Những kết quả trên cho thấy, việc biến tính TiO2 nano bằng Nd3+ có thể làm
tăng đáng kể hoạt tính quang xúc tác của TiO2 về vùng ánh sáng nhìn thấy. Tuy
nhiên, đa phần các công trình chỉ khảo sát khả năng quang xúc tác của TiO2 trong
vùng ánh sáng tử ngoại, chi tiết cho các quá trình điều chế cũng như ảnh hưởng của
phương pháp điều chế và tiền chất chưa được khảo sát một cách cụ thể, ảnh hưởng
tỷ lệ thành phần pha, mức độ ổn định cấu trúc ít được đề cập đến. Trong công trình
này chúng tôi góp phần làm rõ một số vấn đề vừa nêu.
1.2.4 Các phương pháp điều chế bột TiO2 kích thước nanomet
Hiện nay, để điều chế vật liệu kích thước nano nói chung hoặc vât liệu TiO2
kích thước nano nói riêng người ta có thể thực hiện theo hai phương thức khác
nhau. Phương thức thứ nhất đi từ trên xuống dưới top-down) nghĩa là chia nhỏ các
hạt có kích thước lớn cuối cùng thu được các hạt có kích thước nano. Phương thức
thứ hai đi từ dưới lên (bottom-up) nghĩa là lắp gép các nguyên tử, phân tử để thu

nhiệt phân, công nghệ xử lý hạt nhũ tương trong dung dịch. Dưới các điều kiện
chọn lọc, các vật liệu nano tùy mục đích sử dụng có thể được tổng hợp.
Nguồn titan sử dụng phổ biến cho phương pháp sol-gel là Ti(O-E)4, Ti(iOP)4 và Ti(n-OBu)4 . Phương pháp sol gel đã được sử dụng rộng rãi đối với các ôxit
nhiều thành phần trong đó hỗn hợp cuối cùng phải là một pha đồng nhất ở cấp độ
phân tử.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể điều khiển kích thước hạt dễ dàng,
các hạt tạo ra đồng đều, có thể tạo ra sản phẩm đa dạng về chủng loại và giá thành
tương đối thấp.
Quy trình chung của phương pháp sol – gel dùng để điều chế Nd/TiO2
[17,24] cũng như các dạng vật liệu nano khác thực hiện theo sơ đồ sau:
Tiề n chấ t

Sol

Gel hóa

Già hóa
Gel

Xerogel

Sấy
Thiêu kế t

Vật liệu

Nghiền mịn
Bột mịn

Gel khô