BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

LƯU THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZnO PHA TẠP
Mn, Ce, C VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG QUANG OXI HÓA
CỦA CHÚNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

LƯU THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO HỆ ZnO PHA
TẠP Mn, Ce, C VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG QUANG OXI
HÓA CỦA CHÚNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, Ban giám hiệu và Khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp
thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện và
hoàn tất các kế hoạch nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của quý thầy cô, anh chị em
và bạn đồng nghiệp đang công tác tại Viện Hóa học, Viện Khoa học vật liệu, Học
viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,
khoa Công nghệ Hóa học – Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh,
Khoa Hóa học, Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. Đặc
biệt, chân thành cảm ơn cô Lê Thị Thanh Hương- nguyên trưởng khoa Công nghệ
Hóa học và Nguyễn Thị Tố Minh cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm khoa Công
nghệ Hóa học đã luôn tin tưởng, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi
làm thực nghiệm, đo mẫu trong suốt quá trình nghiên cứu.
Trong những lúc khó khăn nhất, tưởng chừng như không thể vượt qua, cảm
ơn những chia sẻ, động viên kịp thời và sự hỗ trợ quý báu của những người thân,
đặc biệt là mẹ, chồng, các anh chị em và các con giúp tôi vững tâm để hoàn thành
luận án của mình.
Hà Nội, tháng năm 2018.
Tác giả

Lưu Thị Việt Hà


iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Eg: Band gap energy (Năng lượng vùng cấm).
SEM: Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét).
UV-Vis: Ultraviolet–Visible (Tử ngoại –khả kiến).
XRD: X–ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X).

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Vật liệu ZnO .............................................................................................................4
1.1.1. Giới thiệu về ZnO ..................................................................................................4
1.1.2. Ứng dụng của ZnO ................................................................................................5
1.2. Các phương pháp tổng hợp vật liệu ZnO .................................................................6
1.2.1. Phương pháp thủy nhiệt .........................................................................................6
1.2.2. Phương pháp đốt cháy. ..........................................................................................7
1.3. Vật liệu ZnO pha tạp ................................................................................................8
1.3.1. Vật liệu ZnO pha tạp .............................................................................................8
1.3.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu quang xúc tác ZnO và ZnO pha tạp. ...................10
1.3.2.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu quang xúc tác ZnO ...........................................11
1.3.2.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu quang xúc tác ZnO pha tạp ..............................12
1.4. Xúc tác quang hóa ..................................................................................................17
1.4.1. Xúc tác quang ZnO ..............................................................................................17
1.4.2. Xúc tác quang ZnO pha tạp .................................................................................19
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......22
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..................................................................................22
2.1.1. Hóa chất. ..............................................................................................................22
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị. .............................................................................................23
2.2. Tổng hợp vật liệu. ...................................................................................................23
2.2.1. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce ......................................23
2.2.1.1. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce bằng phương pháp đốt
cháy................................................................................................................................23


v

2.2.1.2. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce bằng phương pháp thủy
nhiệt. ..............................................................................................................................24

vi

3.1.2. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce bằng phương pháp thủy
nhiệt. ..............................................................................................................................53
3.1.2.1. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Ce bằng phương pháp thủy nhiệt (Ce-ZnOTN).
.......................................................................................................................................54
3.1.2.2. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp Mn bằng phương pháp thủy nhiệt (Mn-ZnOTN).
.......................................................................................................................................60
3.1.3. Hoạt tính quang xúc tác của ZnO pha tạp Ce và ZnO pha tạp Mn. ....................65
3.1.4. Động học phản ứng phân hủy MB của Mn-ZnO và Ce-ZnO được tổng hợp bằng
hai phương pháp khác nhau. ..........................................................................................67
3.1.5. So sánh đặc trưng tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO pha tạp
Mn và ZnO pha tạp Ce bằng hai phương pháp khác nhau. ...........................................69
3.2. Tổng hợp thủy nhiệt vật liệu ZnO pha tạp đồng thời Mn,C và ZnO pha tạp đồng
thời Ce, C. ......................................................................................................................70
3.2.1. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp đồng thời Mn,C (C,Mn-ZnO). ..........................70
3.2.1.1. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc, thành phần pha tinh thể. .....70
3.2.1.2. Nghiên cứu đặc trưng tính chất vật liệu C,Mn-ZnO. .......................................73
3.2.2. Tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp đồng thời Ce,C (C,Ce-ZnO). .............................77
3.2.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc, thành phần pha tinh thể. .....77
3.2.2.2. Nghiên cứu đặc trưng tính chất vật liệu C,Ce-ZnO..........................................81
3.2.3. Hoạt tính quang xúc tác của C,Mn-ZnO và C,Ce-ZnO. ......................................85
3.2.3.1. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu C,Mn-ZnO và C,Ce-ZnO .......................85
3.2.3.2. Động học phản ứng phân hủy MB của C,Mn-ZnO và C,Ce-ZnO. ..................86
3.3. Tổng hợp vật liệu composit C,Ce-ZnO/MWCNTs. ...............................................88
3.3.1. Nghiên cứu đặc trưng tính chất của vật liệu C,Ce-ZnO/MWCNTs ....................88
3.3.2. Xác định điểm đẳng điện (pHz) của vật liệu nano composit CZCT4. ................94
3.3.3. Xác định hàm lượng cacbon thực tế có trong mẫu bằng phương pháp nung. .....95
3.3.4. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano composit CZCT. ...............................96
3.3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNTs đến quá trình xử lí MB. ......................96

Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(Po-P) vào P/Po.................................32
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt Mn-ZnOĐC. ...........................................................39
Hình 3.2. Giản đồ XRD của Mn-ZnOĐC với các nhiệt độ nung khác nhau. ...............40
Hình 3.3. (a) Giản đồ XRD của Mn-ZnOĐC với hàm lượng Mn pha tạp khác nhau, (b)
So sánh vị trí pic nhiễu xạ XRD của Mn-ZnOĐC và ZnO. ..........................................41
Hình 3.4. Giản đồ XRD Mn-ZnOĐC với tỉ lệ mol PVA/(Zn2+, Mn2+) khác nhau. ......42
Hình 3.5. Giản đồ XRD của Mn-ZnO tổng hợp với (a): nhiệt độ tạo gel khác nhau và
(b): pH dung dịch khác nhau. ........................................................................................43
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của Mn-ZnOĐC và ZnOĐC được tổng hợp bằng phương
pháp đốt cháy. ................................................................................................................45
Hình 3.7. (a) Ảnh SEM, (b) ảnh TEM của Mn-ZnOĐC...............................................45
Hình 3.8. Phổ EDS của Mn-ZnOĐC. ...........................................................................46
Hình 3.9. Phổ uv-vis của Mn-ZnOĐC và ZnOĐC tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy.
.......................................................................................................................................46
Hình 3.10. Giản đồ phân tích nhiệt của Ce-ZnOĐC được tổng hợp bằng phương pháp
đốt cháy..........................................................................................................................47
Hình 3.11. Giản đồ XRD của Ce-ZnOĐC tổng hợp ở nhiệt độ nung khác nhau. ........48


ix

Hình 3.12. (a) Giản đồ XRD của Ce-ZnO ĐC được tổng hợp ở các tỉ lệ mol Ce3+/Zn2+
khác nhau và (b) So sánh vị trí pic nhiễu xạ của Ce-ZnO (2%Ce) và ZnO tổng hợp trong
cùng điều kiện. ...............................................................................................................49
Hình 3.13. Phổ IR của ZnO-CeĐC. ..............................................................................51
Hình 3.14. Phổ EDS của vật liệu Ce-ZnOĐC. .............................................................52
Hình 3.15. Phổ UV-VIS của Ce-ZnOĐC. ....................................................................52
Hình 3.16. Ảnh TEM của Ce-ZnOĐC. .........................................................................53
Hình 3.17. Giản đồ XRD của Ce-ZnOTN tổng hợp ở điều kiện (a) thời gian và (b) nhiệt
độ thủy nhiệt khác nhau. ................................................................................................54

Hình 3.36. Phổ IR của ZnO, Mn-ZnO và C,Mn-ZnO. .................................................73
Hình 3.37. Phổ UV-VIS của C,Mn-ZnO ......................................................................74
Hình 3.38. Phổ XPS của C,Mn-ZnO. ...........................................................................75
Hình 3.39. Phổ XPS của Zn2p, O1s, C1s và Mn2p của vật liệu C,Mn-ZnO với chế độ
scan phân giải cao. .........................................................................................................75
Hình 3.40. Ảnh SEM của C,Mn-ZnO. ..........................................................................76
Hình 3.41. Giản đồ phân tích nhiệt của C,Ce-ZnO. .....................................................78
Hình 3.42. Giản đồ XRD của C,Ce-ZnO tổng hợp ở (a) 170 oC và (b) ở các nhiệt độ
khác nhau. .....................................................................................................................78
Hình 3.43. Giản đồ XRD của C,Ce-ZnO với tỉ lệ mol Ce3+/Zn2+ khác nhau, (b) So sánh
vị trí pic nhiễu xạ XRD của C,Ce-ZnO; Ce-ZnO và ZnO. ............................................80
Hình 3.44. (a) Giản đồ XRD của C,Ce-ZnO với tỉ lệ mol PVA/Zn2+ khác nhau, (b) So
sánh vị trí píc nhiễu xạ XRD của C,Ce-ZnO và ZnO....................................................80
Hình 3.45. Phổ FT-IR của ZnO, Ce-ZnO và C,Ce-ZnO...............................................82
Hình 3.46. Phổ UV-VIS mẫu rắn của ZnO, Ce-ZnO và C,Ce-ZnO. ............................82
Hình 3.47. Phổ XPS của C,Ce-ZnO..............................................................................83
Hình 3.48. Phổ XPS với chế độ scan phân giải cao của Zn2p, O1s, C1s và Ce3d.......83
Hình 3.49. Ảnh SEM của C,Ce-ZnO. ...........................................................................84
Hình 3.50. Hiệu suất phân hủy MB dưới ánh sáng nhìn thấy (a) của ZnO, Mn-ZnO và
C,Mn-ZnO và (b) của ZnO, Mn-ZnO và C,Mn-ZnO sau 90 phút. ...............................85
Hình 3.51. Hiệu suất phân hủy MB của ZnO, ZnO-Ce, C,Ce-ZnO sau 75 phút dưới ánh
sáng khả kiến. ................................................................................................................86
Hình 3.52. Mối quan hệ giữa ln(Co/Ct) và thời gian phân hủy MB của vật liệu ZnO; MnZnO; Ce-ZnO; C,Ce-ZnO và C,Mn-ZnO dưới ánh sáng nhìn thấy. .............................86
Hình 3.53. Kết quả phân tích nhiệt của CZCT2. ..........................................................89


xi

Hình 3.54. Giản đồ XRD của vật liệu nano composit với hàm lượng MWCNTs khác
nhau. ..............................................................................................................................90

khác nhau. ......................................................................................................................44
Bảng 3.6. Phương trình tuyến tính, hệ số tương quan và hằng số tốc độ của phản ứng
phân hủy MB dưới ánh sáng khả kiến của các vật liệu. ................................................67
Bảng 3.7. So sánh một số đặc trưng tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu
Mn--ZnO và Ce-ZnO Ce bằng phương pháp thủy nhiệt và đốt cháy. ...........................69
Bảng 3.8. Phương trình tuyến tính, hệ số tương quan và hằng số tốc độ trung bình của
phản ứng phân hủy MB của các vật liệu dưới ánh sáng nhìn thấy. ...............................87
Bảng 3.9. pH của các dung dịch....................................................................................94
Bảng 3.10. Phần trăm khối lượng MWCNTs thực tế có trong mẫu được tổng hợp với
khối lượng MWCNTs khác nhau. .................................................................................95
Bảng 3.11. Hiệu suất phân hủy MB với các vật liệu xúc tác khác nhau dưới ánh sáng
nhìn thấy theo thời gian. ................................................................................................96
Bảng 3.12. Hằng số tốc độ phản ứng quang xúc tác với khối lượng xúc tác khác nhau.
.......................................................................................................................................99


1

MỞ ĐẦU
Ngày nay, song song với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công
nghiệp là mức độ ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm
môi trường nước. Trong đó, ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành
công nghiệp gây nên sự ô nhiễm nguồn nước nặng nề do việc xả thải vào các con
sông, ảnh hưởng lớn đến chất lượng của nguồn nước. Ngân hàng thế giới ước tính,
từ 17 đến 20% ô nhiễm nguồn nước công nghiệp xuất phát từ các nhà máy dệt
nhuộm và xử lý vải, một con số đáng báo động đến các nhà sản xuất dệt may,
cũng như các nhà quản lý môi trường và các nhà khoa học. Cho đến nay, các
phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm được sử dụng như phương pháp đông tụ,
thiêu kết, phân hủy sinh học, hấp phụ bởi than hoạt tính, phương pháp oxi hóa.
Trong đó, phương pháp phân hủy sinh học được áp dụng rộng rãi để xử lí nước

nanocomposit ZnO pha tạp kết hợp ống nano cacbon đa lớp, có khả năng hấp thu
quang vùng ánh sáng khả kiến và đánh giá khả năng quang oxi hóa chúng thông
qua phản ứng quang xúc tác phân hủy xanh metylen trong nước của các vật liệu
dưới ánh sáng khả kiến.
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Tổng hợp vật liệu.
- Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Mn và ZnO pha tạp Ce bằng phương
pháp đốt cháy và phương pháp thủy nhiệt;
- Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp đồng thời Mn, C và ZnO pha tạp đồng
thời Ce, C bằng phương pháp thủy nhiệt;
- Tổng hợp vật liệu nanocomposit ZnO pha tạp đồng thời Ce, C kết hợp ống
cacbon nano đa lớp.
- Nghiên cứu động học, cơ chế phản ứng quang xúc tác và đánh giá khả năng
quang oxi hóa của các vật liệu chế tạo trong vùng ánh sáng khả kiến.
2.2. Nghiên cứu đặc trưng tính chất vật liệu.
Các vật liệu tổng hợp được nghiên cứu bằng các phương pháp hóa lý hiện
đại như: phương pháp phân tích nhiệt (DTA-TG); nhiễu xạ tia X (XRD); phổ hồng
ngoại (IR); phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS); hiển vi điện tử quét (SEM); hiển vi
điện tử truyền qua (TEM), phổ quang điện tử tia X (XPS), hấp phụ và giải hấp
phụ đẳng nhiệt nitơ (BET) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS).


3

2.3. Nghiên cứu khả năng quang oxi hóa của vật liệu.
Các vật liệu tổng hợp được đánh giá khả năng quang oxi hóa thông qua phản
ứng quang xúc tác phân hủy xanh metylen (MB) trong dung dịch nước dưới ánh
sáng khả kiến.



nm.


5

Khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng có chỉ số Miller (hkl) trong hệ lục
giác wurtzite là: [3]
𝑑ℎ𝑘𝑙 =

1
4 2
2
√3(ℎ +ℎ𝑘+𝑘 )+ 𝑙2
2
𝑎
𝑐2

(1.1)

1.1.2. Ứng dụng của ZnO
ZnO là chất bán dẫn thuộc loại BIIAVI, có vùng cấm rộng ở nhiệt độ phòng
( 3.27 eV), chuyển dời điện tử thẳng, exiton tự do lớn (cỡ 60 meV). So với các
chất bán dẫn khác, ZnO có được tổ hợp của nhiều tính chất quý báu, bao gồm tính
chất điện, tính chất quang, bền vững với môi trường hidro, tương thích với các
ứng dụng trong môi trường chân không, ngoài ra ZnO còn là chất dẫn nhiệt tốt,
tính chất nhiệt ổn định. Do có nhiều tính chất ưu việt như vậy nên vật liệu ZnO
có nhiều ứng dụng trong khoa học công nghệ và đời sống, từ cao su đến gốm sứ,
từ dược phẩm đến nông nghiệp, và từ sơn đến hóa chất, đặc biệt trong lĩnh vực
xúc tác phân hủy các chất hữu cơ độc hại.
Trong công nghiệp sản xuất cao su. Khoảng một nửa lượng ZnO trên thế

với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Mỗi phương pháp đều có những ưu
điểm và những hạn chế riêng. Trong đó, phương pháp thủy nhiệt và phương pháp
đốt cháy là hai phương pháp phổ biến, đơn giản và hiệu quả để chế tạo vật liệu
ZnO với độ tinh thể hóa và độ tinh khiết cao.
1.2.1. Phương pháp thủy nhiệt
Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp quan trọng trong tổng hợp vô
cơ. Tổng hợp thủy nhiệt được thực hiện thông qua những phản ứng hóa học trong
dung dịch nước, trên điểm sôi. Byrappa và Yoshimura đã định nghĩa tổng hợp
thuỷ nhiệt là quá trình phản ứng hoá học về sự hoà tan trong nước của các chất
tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao hơn 100oC và áp suất lớn hơn 1atm trong hệ
kín. Phương pháp này có đặc điểm là kết tủa đồng thời các hiđroxit kim loại ở
điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, khuếch tán các chất tham gia phản ứng tốt, tăng
đáng kể bề mặt tiếp xúc của chất phản ứng, do đó có thể điều chế được nhiều vật
liệu mong muốn.
Phương pháp thuỷ nhiệt điều chế vật liệu có khá nhiều ưu điểm như: cho sản
phẩm tinh thể có độ tinh khiết cao, sử dụng những tiền chất có giá thành rẻ để tạo
ra sản phẩm có giá trị cao, khi sử dụng những tiền chất khác nhau thì sản phẩm
điều chế sẽ có hình dạng khác nhau, có thể thông qua nhiệt độ thuỷ nhiệt để điều


7

chỉnh kích thước tinh thể. Tuy nhiên, phương pháp thuỷ nhiệt cũng tồn tại một số
nhược điểm như: có một số chất không thể hoà tan được trong nước nên không
thể dùng phương pháp thuỷ nhiệt, khi điều chế vật liệu có thể tạo ra một số chất
không mong muốn (tạp chất) [22, 23].
Trong luận án này, các vật liệu được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
với tiền chất là muối của kẽm, xeri, mangan và dung môi là nước, etanol trong
môi trường bazơ (NaOH).
1.2.2. Phương pháp đốt cháy.

cuối cùng mà không cần phải xử lý nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung
gian và tiết kiệm được năng lượng.
PVA dễ hoà tan trong nước nhất là khi đun nóng. Polyme PVA dễ dàng bị
phân huỷ toả nhiệt ở nhiệt độ thấp (khoảng 5000C) để lại rất ít tạp chất chứa
cacbon. PVA chứa nhiều nhóm OH có khả năng tương tác với ion kim loại. Ngoài
ra, PVA tương đối bền, không độc, có giá thành tương đối rẻ và được xem là vật
liệu thân thiện với môi trường [22, 24, 25].
1.3. Vật liệu ZnO pha tạp
1.3.1. Vật liệu ZnO pha tạp
ZnO pha tạp loại n do sự sai lệch cấu hình và sự có mặt các khuyết tật bên
trong của nó như các lỗ trống oxi (Vo), lỗ trống kẽm (VZn) và các lỗ hổng khuyết
tật kẽm (Zni). Sự pha tạp vào ZnO là một cách nhằm điều khiển cấu trúc, tính chất
quang, tính chất điện và tính chất từ của ZnO do có sự thay đổi giá trị năng lượng
vùng cấm, độ truyền qua, từ tính ở nhiệt độ phòng và tính chất quang từ của vật
liệu [26, 27].
Bán dẫn ZnO pha tạp loại n được tạo ra bởi sự thay thế các nguyên tử có một
hoặc một số electron ở lớp vỏ ngoài cùng với nguyên tố được thay thế (Zn hoặc
O) trong ZnO. Thông thường, các nguyên tố nhóm III thay thế vị trí Zn và những
nguyên tố nhóm VII thay thế vị trí O. Bán dẫn ZnO pha tạp loại p được tạo ra bởi
sự thay thế các nguyên tố nhóm I vào vị trí Zn và các nguyên tố nhóm V vào các
vị trí O. Như vậy, bán dẫn ZnO pha tạp loại n dễ dàng tạo ra hơn so với bán dẫn
pha tạp ZnO loại p vì năng lượng hình thành và năng lượng ion hóa của bán dẫn
ZnO pha tạp loại p cao hơn nhiều so với bán dẫn ZnO pha tạp loại n [28-30].


9

Hình 1.2. Biểu diễn các mức năng lượng của ZnO pha tạp (a) pha tạp kiểu p với
những ion kim loại, (b) pha tạp kiểu n với những ion kim loại, (c) hình thành
mức năng lượng hóa trị mới bởi pha tạp các phi kim [31].

khả năng quang xúc tác và ứng dụng trong lĩnh vự xử lí môi trường, bao gồm xử
lí không khí và nước, quá trình tự làm sạch, sản xuất hidro thông qua phản ứng
tách nước… (hình 1.3).

Hình 1.3. (a) ứng dụng của ZnO cấu trúc nano như một xúc tác quang hóa trong
lĩnh vực môi trường và năng lượng; (b) số lượng bài báo về ZnO và ZnO pha tạp
như một chất xúc tác quang hóa tính từ tháng 1 năm 2000 đến 22 tháng 5 năm
2015 trong dữ liệu trích dẫn Scopus khi sử dụng từ khóa “ photocatalysis-xúc
tác quang hóa”, hoặc “ZnO” hoặc “Zinc Oxide” [31].
ZnO cấu trúc nano với các hình thái và tính chất khác nhau đã thu hút nhiều
sự chú ý nhằm ứng dụng cho phản ứng quang xúc tác trong cả lĩnh vực xử lí môi
trường và tiết kiệm năng lượng. Cho đến nay, đã có hơn 2.500 báo cáo khoa học
công bố về hiệu quả quang xúc tác của ZnO cấu trúc nano. Tất cả các nghiên cứu
này tập trung chủ yếu vào ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như phương pháp


11

tổng hợp, thành phần, hình thái học, kích thước, diện tích bề mặt, độ rỗng và cấu
trúc pha tinh thể. Hình 1.3 cho thấy xu hướng nghiên cứu ZnO cấu trúc nano như
một chất xúc tác quang hóa trong 15 năm qua [31]. Và kết quả này cũng cho thấy
những nghiên cứu về ZnO cũng như ZnO pha tạp cấu trúc nano phát triển một
cách mạnh mẽ và vượt bậc.
1.3.2.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu quang xúc tác ZnO
ZnO là một chất bán dẫn loại n được sử dụng như một chất xúc tác quang
tiềm năng cho quá trình quang xúc tác không đồng nhất [5, 34-39]. Một số nghiên
cứu của Rao, Nishio, Gouvea và các cộng sự [35, 40, 41] cho thấy các kết quả khả
quan khi sử dụng ZnO như là chất xúc tác trong việc phân hủy một số dung dịch
thuốc nhuộm Orange II, Direct Yellow 12, Remazol Black B và Remazol Brilliant
Blue R dưới ánh sáng UV. Dung dịch thuốc nhuộm bị phân hủy hoàn toàn sau 60