IH

QU

GI H N I

TR

T

-----------------------

UYỄ D ỆU T U

ỨU B Ế TÍ
ẤT XÚ TÁ QU

TIO2 BẰ

VÀ SẮT LÀM

ÓA TRONG VÙNG ÁNH SÁNG TRÔNG
T ẤY

UẬ V

B

T

S

ngày càng trầm trọng.
Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh NH, H H
hiện nay là vấn đề cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanh nghiệp, là trách
nhiệm của cả hệ thống chính trị và của toàn xã hội. Nó cũng đòi hỏi các nhà khoa
học và công nghệ phải nghiên cứu các phương pháp để xử lý các chất ô nhiễm môi
trường.


Sử dụng quang xúc tác bán dẫn là một trong nhiều kĩ thuật hứa hẹn cung cấp
năng lượng sạch và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ bền và loại bỏ các kim loại
độc hại. ặc điểm của loại xúc tác này là, dưới tác dụng của ánh sáng, sẽ sinh ra cặp
electron (e-) và lỗ trống (h+) có khả năng phân hủy chất hữu cơ hoặc chuyển hóa các
kim loại độc hại thành những chất “sạch” với môi trường [32]. Mặc dù có rất nhiều
hợp chất quang xúc tác bán dẫn, TiO2 vẫn là một trong các chất quang xúc tác phổ
biến nhất vì giá thành rẻ và bền hóa học, không độc, dễ điều chế. Do vậy TiO2 là
chất thích hợp ứng dụng trong xử lí môi trường. Ngoài việc sử dụng TiO2 làm chất
xúc tác quang hóa xử lí các chất hữu cơ độc hại, các kim loại nặng trong nước thải
công nghiệp (dệt, nhuộm,…), TiO2 còn được sử dụng để làm sạch không khí, chống
mốc, diệt khuẩn, hay phân hủy thuốc trừ sâu,…. Vì TiO2 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 TiO2 có khả năng sử dụng hiệu quả trong vùng ánh sáng khả kiến.
ến nay, đã có nhiều nghiên cứu biến tính TiO2 bởi các cation kim loại chuyển tiếp
hay bởi các phi kim. Trong số đó, TiO2 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 TiO2 được biến tính
bởi cation sắt đã thể hiện hoạt tính quang xúc tác tốt hơn so với TiO2 tinh khiết dưới
ánh sáng nhìn thấy. Ngoài ra, việc biến tính bởi các phi kim, chẳng hạn như N, , S,
P và các halogen cũng tăng hoạt tính của TiO2 trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trong
nhiều phi kim, cacbon biến tính TiO2 đã cho kết quả nghiên cứu có nhiều triển

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.

hất 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
chất bán dẫn người ta phân thành chất bán dẫn loại n (dẫn electron) và bán dẫn loại
p (dẫn lỗ trống dương) [7, 9].
Theo phương pháp obitan phân tử, chúng ta có thể hình dung sự tạo thành
các vùng năng lượng trong mạng lưới tinh thể như sau: Ở các nguyên tử riêng lẻ
(khi chúng ở xa nhau như trong pha khí), các electron chiếm các mức năng lượng
hoàn toàn xác định. Khi các nguyên tử dịch lại gần nhau như trong mạng lưới tinh
thể thì các obitan nguyên tử sẽ bị phân tách ra. Nếu tổ hợp n nguyên tử sẽ tạo thành
N mức năng lượng khác nhau của N obitan phân tử. N mức năng lượng này tạo
thành một miền năng lượng liên tục. Trong đó:



ác 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 -


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 –

), 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-) +

→ XT +

-

(1.2)

ũng theo nguyên tắc này, các chất hữu cơ độc hại trong nước sẽ bị phân
hủy dần thành các chất vô cơ. Quá trình xúc tác quang hóa được mô tả trong sơ đồ:

Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn
Trong xúc tác quang, TiO2 là một xúc tác lý tưởng vì nó bền về mặt hóa học
và lỗ trống sinh ra trong TiO2 có tính oxi hóa cao. Thế oxi hóa của lỗ trống sinh ra
trên bề mặt TiO2 là +2,53eV so với thế điện cực chuẩn của điện cực hiđro, trong

nhiễm,…[16, 42].
1.2. Ặ

ỂM ẤU TRÚ VÀ TÍ

ẤT Ủ NANO TiO2

1.2.1. Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý của nano TiO2
TiO2 là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại
màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (= 1870oC).
TiO2 tồn tại chủ yếu dưới ba dạng thù hình là dạng anatase, rutile và brookite .
Trong đó, dạng rutile, anatase có cấu trúc tetragonal, còn brookite có dạng ortho. Ba
cấu trúc này khác nhau bởi sự biến dạng và bởi kiểu liên kết [25].
Rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó
mỗi ion Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là cấu trúc điển hình của
hợp chất có công thức MX2.

natase và brookite là các dạng giả bền và chuyển

thành rutile khi nung nóng.
Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO2 tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng,
nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp.


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


4.25

3.895

hiết suất

2.75

2.54

ộ rộng vùng cấm (eV)

3.05

3.25

ấu trúc tinh thể
Thông số mạng
Khối lượng riêng (g/cm3)

Nhiệt độ nóng chảy

1830 - 1850OC

Ở nhiệt độ cao chuyển
thành rutile

ấu 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


Titan dioxit bị hiđrô, cacbon monoxit, titan kim loại khử ở nhiệt độ cao.

1.2.3. Tính chất xúc tác quang hoá của TiO2 ở dạng anatase
TiO2 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


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.
natase có năng lượng vùng cấm là 3,2 eV, tương đương với năng lượng của
một lượng tử ánh sáng có bước sóng 388 nm. Rutile có năng lượng vùng cấm là 3,0
eV tương đương với năng lượng của một lượng tử ánh sáng có bước sóng 413 nm.
Giản đồ năng lượng của natase và Rutile được chỉ ra như hình vẽ.

Hình 1.4. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile.
Vùng hóa trị của

natase và Rutile như chỉ ra trên giản đồ là xấp xỉ bằng

nhau và cũng rất dương, điều này có nghĩa là chúng có khả năng oxy 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, tạo ra một lỗ trống (hole) mang điện tích dương
ở vùng hóa trị. ác electron khác có thể nhảy vào vị trí này để bão 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.
ác lỗ trống này mang tính oxy hóa mạnh và có khả năng oxy hóa nước
thành OH•, cũng như một số gốc hữu cơ khác:


nhân chính của các quá trình oxi hóa nâng cao.


TiO2 (h+) + H2O → TiO2 + OH• + H+
TiO2 (h+) + OH- → TiO2 + OH•
Một phản ứng quan trọng khác xảy ra trong vùng dẫn của các e- là sử khử O2
bị hấp phụ, tạo ra ion •O2TiO2 (e-) + O2 → TiO2 + •O2Gốc •O2- này có thể phản ứng với ion H+ (tạo thành do sự phân ly H2O) để
sinh ra HO2•
H+ + •O2- → HO2•
Từ các gốc •O2- và HO2•, có thể tạo thành H2O2 theo các phản ứng sau:
2•O2- + 2H2O → H2O2 + 2OH- + O2
TiO2 (e-) + HO2• + H+ → H2O2 + TiO2
Sau đó, H2O2 bị phân tách, tạo ra các gốc hydroxyl
H2O2 + hν → 2OH•
H2O2 + •O2- → OH• + O2 + OHH2O2 + TiO2 (e-) → OH• + OH- + TiO2
Ion OH- sinh ra lại có thể tác dụng với lỗ trống quang sinh (h+) để tạo thêm
gốc OH•.
ần chú ý rằng, các electron quang sinh (e-) và các lỗ trống quang sinh (h+)
có xu hướng kết hợp lại với nhau, kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng
nhiệt hoặc ánh sáng:
e-(TiO2) + h+(TiO2) → TiO2 + (nhiệt/ánh sáng)
Như vậy, sự khác biệt là dạng anatase có khả năng khử O2 thành •O2- 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 H2O sang O2, chuyển hai chất nay thành dạng •O2- và OH• là hai
dạng có hoạt tính oxi hóa cao, có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành H2O và CO2.


1.3.

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 TiO2 hoặc màng TiO2 phải ngắn hơn quãng
đường di chuyển ≤ 0,1 μm) [17,45].
Sử dụng TiO2 dạng anatase với tỷ lệ anatase/rutile thích hợp. TiO2 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].
ấy một số ion kim loại kích thích (doping) vào mạng tinh thể TiO2 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 TiO2 là
V5+, Mn3+, Ru3+, Fe3+, Cr3+, Ni3+ với nồng độ nhất định.
Gắn một số cluster kim loại (như Pt, u) lên trên nền TiO2 có tác dụng như hố
chôn giữ electron. ác electron quang sinh sẽ tích tụ vào các cluster kim loại, hạn
chế được quá trình tái kết hợp, làm tăng thời gian sống của các lỗ trống quang sinh
để tạo ra gốc hydroxyl.


Tách xa các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh bằng cách đặt vào một
thế hiệu dịch (bias) dương trên màng TiO2 nano, phủ trên kim loại làm một photo
anot. Lỗ trống quang sinh (h+) sẽ di chuyển ra bề mặt để tạo thành gốc hydroxyl
trên photo anot, còn electron quang sinh nhờ hiệu thế dòng điện theo dây dẫn nối
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).
ưa vào hệ những chất thu nhận không thuận nghịch các e- (irreversible
electron acceptor - IE ) 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 O2, O2, H2O2 hoặc peoxydisunfat S2O82- - được gọi là những chất
đón bắt hay chất bắt giữ electron (electron scavenger) [18].


g đã được đề cập rất nhiều

trong các nghiên cứu gân đây với khả năng tăng cường hoạt tính quang xúc tác của
TiO2. Nguyên nhân là do mức Fermi của các kim loại quý này thấp hơn của TiO2.
ác electron được kích thích bởi photon có thể di chuyển từ dải dẫn đến các phân tử
kim loại trên bề mặt của TiO2 trong khi các lỗ trống được tạo nên sau khi e di
chuyển vẫn còn trên TiO2

ây 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].
ác tác giả

npo và Takeuchi đã sử dụng các tín hiệu cộng hưởng spin -

electron (ESR) để khảo sát việc di chuyển của các electron từ TiO2 sang các hạt Pt
trên bề mặt TiO2. Họ thấy rằng, các tín hiệu của Ti3+ tăng lên theo thời gian và giảm
khi hàm lượng Pt tăng lên [26].

ây là một ví dụ chỉ rõ sự tồn tại của việc electron

di chuyển từ TiO2 sang Pt. Vì các electron tích tụ tăng dần trên các kim loại quý,
mức Fermi của các kim loại quý thay đổi và gần hơn với giá trị của dải dẫn của
TiO2 dẫn đến việc hình thành nhiều mức năng lượng âm hơn.
Quá trình kim loại hóa trên bề mặt xúc chất bán dẫn có thể được sử dụng như
một phương pháp thu hồi kim loại (như

u, Pt, Pd, Rh và g) trong nước thải công


sulfat, clorit và phophat bị hấp phụ mạnh bởi xúc tác và giảm tốc độ oxi hóa từ 20%
đến 70%. ác anion vô cơ có thể cạnh tranh với các chất hữu cơ vào vị trí hoạt động
hoặc có thể hình thành môi trường phân cực cao gần bề mặt hạt, chúng có thể tìm
diệt các gốc OH
OH• + CO32- → •CO3- + OH-

(k= 4,2.108M-1s-1)

OH• + HCO3- → •HCO3-+ OH-

(k= 1,5.107M-1s-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].


1.4. Á P

Ơ

P ÁP

ỀU

Ế

Ti

2


Phương pháp vật lý thường để tạo ra các hạt nano , màng nano ...
+ Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các nguyên tử
hoặc ion. Phương pháp này rất đa dạng, tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta
thay đổi kỹ thuật chế tạo vật liệu cho phù hợp. Trong phương pháp này có thể hình
thành vật liệu từ pha lỏng (kết tủa, sol - gel) và từ pha khí (nhiệt phân), hoặc cũng
có thể tạo ra các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano.
- Phương pháp kết hợp là việc tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý
và hóa học như điện phân, ngưng tụ từ pha khí
1.4.2. Các phương pháp điều chế nano TiO2 được sử dụng trong luận văn
ể tổng hợp các vật liệu TiO2 có kích thước nanomet, người ta có thể dùng cả
các phương pháp điều chế nano như đã trình bày ở trên. Trong phần này, chúng tôi
chỉ trình bày cơ sở lý thuyết của hai phương pháp được chúng tôi sử dụng để điều chế
nano TiO2 đó là phương pháp sol - gel và phương pháp thủy nhiệt. Sol - gel là
phương pháp đã được áp dụng nhiều nhất do có ưu điểm là dễ điều khiển kích thước
hạt, sản phẩm thu được có độ đồng nhất và độ tinh khiết cao, bề mặt riêng lớn, phân
bố kích thước hạt hẹp. Tuy nhiên, để tổng hợp được nano TiO2 thì nguồn nguyên liệu
thường được dùng là các alkoxide titanium, giá thành rất cao. ể tổng hợp được TiO2
giá thành rẻ, thì phương pháp thuỷ nhiệt đi từ nguồn nguyên liệu titan oxit anatase
TiO2.nH2O hiện là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất.
- Phương pháp sol - gel
Phương pháp sol – gel hiện nay là phương pháp hữu hiệu nhất để điều chế tạo
nhiều loại vật liệu kích thước nanomet dạng bột hoặc màng mỏng với cấu trúc thành
phần mong muốn. Trong đó sol là một hệ keo chứa các cấu tử có kích thước từ 1 –


100 nm tồn tại trong dung dịch, rất đồng thể về mặt hóa học. Gel là một hệ rắn,
“bán cứng” chứa dung môi trong mạng lưới. Sau khi gel hóa tức là ngưng tụ sol đến
khi độ nhớt của hệ tăng lên một cách đột ngột.
Sol được tạo thành bằng phương pháp phân tán các tiểu phân rắn trong dung
môi hoặc đi từ phản ứng hóa học giữa chất đầu và dung môi mang bản chất phản

thuộc vào điều kiện thực nghiệm có thể xảy ra 3 cơ chế cạnh tranh nhau
(alkoxolation, oxolation và olation).
lkolation: Phản ứng tạo thành cầu nối oxo bằng cách loại phân tử rượu. Về
cơ bản, quá trình này giống quá trình thủy phân.
Oxolation: ơ chế này giống cơ chế alkolation nhưng khác ở chỗ là R thay
thế bằng H.
Olation: ơ chế này xảy ra khi trong ankoxit, sự bão hòa phối trí chưa được
thỏa mãn. ơ chế này hình thành những cầu nối hydroxo do loại phân tử dung môi.
Dung môi có thể là H2O, ROH tùy thuộc vào nồng độ của H2O có trong môi
trường. Như vậy, bốn phản ứng thủy phân, alkoxolation, oxolation, olation tham gia
vào sự biến đổi ankoxit thành khung oxit do đó cấu trúc, hình thái học của các oxit
thu được phụ thuộc rất nhiều vào sự đóng góp tương đối của mỗi phản ứng. Sự
đóng góp này có thể tối ưu hóa bằng các điều kiện thực nghiệm liên quan đến như:
thông số nội (bản chất của kim loại và các nhóm alkyl, cấu trúc của ankoxit), thông
số ngoại (tỷ số thủy phân r= H2O/ankoxit, xúc tác, nồng độ, dung môi và nhiệt độ).
ác phản ứng thủy phân ankoxit có thể tiến hành theo các bước sau:
-Ti-O-R + H2O → -Ti-O-H + ROH
-Ti-O-H + -Ti-O-H → -Ti-O-Ti- + H2O
-Ti-O-R + -Ti-O-H → -Ti-O-Ti- + ROH
Thời gian phản ứng thường kéo dài trong khoảng 2 – 10 giờ. ác nghiên cứu
đều chỉ ra rằng sản phẩm trung gian thu được từ quá trình thủy phân các ankoxit
thường ở dạng vô định hình hoặc các dạng bột ở pha anatase với kích thước hạt sơ
cấp trong khoảng 4 – 6 nm.
Trong số các ankoxit được sử dụng, Titan tetraisopropoxit (TiOT) được dùng
nhiều nhất và cho sản phẩm tốt nhất.


* Sơ đồ tổng quát điều chế bột TiO2 từ các ankoxit bằng phương pháp sol –
gel:



ó thể điều chỉnh được kích thước, hình dáng, thành phần hóa học của hạt

bằng điều chỉnh nhiệt độ, hóa chất ban đầu, cách thức thực hiện phản ứng.
1.5. B Ế TÍ

TiO2

Trong các chất bán dẫn có thể nói TiO2 là một chất xúc tác quang hóa triển vọng,
đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ để ứng dụng vào những vấn đề quan trọng của
môi trường là phân hủy các hợp chất hữu cơ, diệt khuẩn, sơn chống mốc, bám bẩn,…
dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, một yếu tố hạn chế của chất bán dẫn
TiO2 là có năng lượng vùng cấm cao. Năng lượng vùng cấm của rutile là 3,0 eV; của
anatase là 3,2 eV nên chỉ có tia UV với < 388 nm là có khả năng kích hoạt nano TiO2
anatase để tạo ra các cặp e-cb/h+vb [30, 43, 44]. Trong khi đó, ánh sáng mặt trời có hàm
lượng tia UV chỉ chiếm 3-5% nên việc ứng dụng khả năng xúc tác quang hóa TiO2 sử
dụng nguồn năng lượng sạch là ánh sáng mặt trời hiện vẫn chưa được ứng dụng rộng
rãi.
Một trong những giải pháp được đưa ra để mở rộng khả năng xúc tác quang
hoá của TiO2 là việc sử dụng kỹ thuật doping, tức là đưa các kim loại chuyển tiếp
như (Fe, Cr, Mn, Pt,…) hoặc phi kim (như N, , S,…) vào trong mạng lưới tinh thể
của TiO2 để là giảm năng lượng vùng cấm và làm tăng khả năng hấp phụ bước sóng
dài ở vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 400-600 nm).

ây là phương pháp hiện

đang thu hút được quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học [27].


Hình 1.7. Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm

đưa kim loại chuyển tiếp (Fe) vào khung mạng TiO2 bằng phương pháp cấy nguyên


tử (atomic implantation) - FeCl3 được hoá hơi ở nhiệt độ cao và được cấy vào
khung mạng của TiO2 [22, 46, 50]. Biến tính nano TiO2 bởi các phi kim như N, F,
S, Cl, P,…bằng phương pháp biến tính đưa vào gel sau tổng hợp (post synthesis),
trộn cơ học nano TiO2 đã tổng hợp với các hợp chất chứa N, F,

l, P và xử lý ở

nhiệt độ cao khoảng 500oC [13-15, 28, 35, 47].
1.6. Ứ

DỤ

Ủ

Ti

2

VÀ NANO TiO2 B Ế TÍ

TiO2 là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ lâu
đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như xử lý các hợp chất
độc hại trong pha khí (xử lý khí NOx, O; xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi
độc hại như toluen, xylen,… trong các nhà máy sản xuất và sử dụng sơn), pha lỏng
(các hợp chất hữu cơ độc trong nước thải từ công nghiệp dệt nhuộm, giấy, mạ,
in,…) và trong pha rắn (các chất bảo quản thực vật, chất diệt sâu bọ như DDT trong
đất). Ngoài ra nano TiO2 được áp dụng để đưa vào sơn tạo sản phẩm sơn cao cấp,