ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
––––––––––––––––––––––

HOÀNG THỊ CHÂM

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO PHA TẠP NiFe2O4

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
––––––––––––––––––––––

HOÀNG THỊ CHÂM

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC
CỦA VẬT LIỆU NANO ZnO PHA TẠP NiFe2O4
Ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 8 44 01 13


Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Ban giám hiệu, phòng
đào tạo, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn cán bộ các phòng máy của Viện Khoa học Vật liệu,
Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Vệ sinh Dịch tễ
Trung ương, Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Khoa Hóa học Trường
Đại học Sư phạm Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ động viên, tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn thành luận văn.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, những người đã không ngừng
động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và
thực hiện luận văn.
Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên
cứu của bản thân còn hạn chế nên luận văn của em có thể còn thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và những người đang quan
tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày 5 tháng 5 năm 2019
Người thực hiện

Hoàng Thị Châm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................................... iii


2.2. Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp NiFe2O4 bằng phương pháp đốt cháy
dung dịch...................................................................................................................17
2.2.1. Tổng hợp oxit nano ZnO ...................................................................................17
2.2.2. Tổng hợp nano spinel NiFe2O4 ..........................................................................18
2.2.3. Tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp NiFe2O4...................................................18
2.3. Nghiên cứu một số đặc trưng của các vật liệu ... ................................................18
2.4. Nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamin B của các vật liệu.......19
2.4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B....................................19
2.4.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ...........................................................19
2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng .....................................................20
2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu .....................................................20
2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 .............................................................21
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 22
3.1. Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ..................... 22
3.2. Kết quả nghiên cứu hình thái học và diện tích bề mặt riêng của mẫu ................. 24
3.3. Kết quả nghiên cứu mẫu bằng phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X .......... 25
3.4. Kết quả nghiên cứu mẫu bằng phương pháp phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis
(DRS) ........................................................................................................................... 27
3.5. Kết quả nghiên cứu hoạt tính quang xúc tác phân hủy Rhodamin B của mẫu.....28
3.5.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B (RHB) ........................28
3.5.2. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ........................................................................29
3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ...................................................................33
3.5.4. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu ...................................................................34
3.5.5. Ảnh hưởng của lượng H2O2 ...............................................................................34
KẾT LUẬN ............................................................................................................................... 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 37
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
PHỤ LỤC


:
:

Energy Dispersive X-ray
Gas Phase Combustion

PAA
PEG

:
:

Poli Acrylic Axit
Poli Etylen Glicol

PGC
PVA
SC

:
:
:

Polimer Gel Combustion
Poli Vinyl Ancol
Solution Combustion

SEM
SHS
SSC

Bảng 3.5. Bảng giá trị ln(Co/Ct) theo thời gian khi có mặt các vật liệu ......................32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo phổ EDX ........................................9
Hình 1.2. Cấu trúc lục phương của ZnO ......................................................................11
Hình 1.3. Hình ảnh minh họa cơ chế quang xúc tác trên chất bán dẫn .......................13
Hình 1.4. Sơ đồ phân hủy metylen xanh trên chất xúc tác NiFe2O4/ZnO ...................14
Hình 1.5. Sơ đồ phân hủy metyl da cam trên chất xúc tác ZnFe2O4/ZnO ...................14
Hình 1.6. Công thức cấu tạo (a) và phổ UV-Vis (b) của Rhodamin B........................15
Hình 21.Phổ UV-Vis của dung dịch RhB ở các nồng độ khác nhau (a) và đường
chuẩn xác định nồng độ của RhB(b) ........................................................15
Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu ZnO khi nung ở 500oC ...........................................15
Hình 3.2. Giản đồ XRD của mẫu NiFe2O4 khi nung ở 500oC .....................................15
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của các vật liệu ZnO (1), NF10 (2),
NF20(3), NF30 (4), NF40 (5) và NF50 (6) ..............................................23
Hình 3.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu ZnO ................................ 24
Hình 3.5. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu NF10................................ 25
Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) của mẫu NF40...............................25
Hình 3.7. Phổ EDX của mẫu ZnO ...............................................................................26
Hình 3.8. Phổ EDX của mẫu NF40 .............................................................................26
Hình 3.9. Phổ DRS của các mẫu ZnO, NF10÷NF50 ...................................................27
Hình 3.10. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt vật liệu
NF40 (a) và hiệu suất hấp phụ RhB (b) ....................................................29
Hình 3.11. Phổ UV-Vis của dung dịch RhB theo thời gian khi có mặt H2O2 (a) và
hiệu suất phân hủy RhB (b) ......................................................................29


MỞ ĐẦU
Chất quang xúc tác sử dụng các vật liệu mới đã được ứng dụng có hiệu quả và
là kĩ thuật quan trọng trong xử lí chất hữu cơ ô nhiễm. ZnO là một trong những chất
quang xúc tác được sử dụng rộng rãi để phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm môi
trường. Do có độ rộng vùng cấm cao (3,27 eV) và sự tái tổ hợp của electron và lỗ
trống nhanh đã làm hạn chế ứng dụng của ZnO trong lĩnh vực quang xúc tác. Nhiều
nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có thể làm giảm năng lượng vùng cấm của ZnO bằng cách
pha tạp thêm vào một số kim loại, phi kim hoặc tạo ra các vật liệu mới bền trên cơ sở
ZnO như CdS/ZnO, SnO2/ZnO….Tuy nhiên, các vật liệu này lại khó tách ra khỏi
dung dịch sau phản ứng. Để giải quyết các vấn đề trên, người ta đã đưa lên bề mặt
ZnO một số oxit có từ tính mạnh như γ-Fe2O3, Fe3O3, ZnFe2O4, NiFe2O4, CoFe2O4….
Do có độ bão hòa từ vừa phải, hoạt tính xúc tác và độ bền cao nên NiFe2O4 là một
trong số các vật liệu từ đầy triển vọng. Mặt khác, chúng dễ tách ra khỏi dung dịch
nhờ nam châm bên ngoài. Khi các hạt nano NiFe2O4 kết hợp với ZnO sẽ giảm sự mài
mòn của ZnO, tăng hiệu suất quang xúc tác và thuận lợi khi tách loại.
Dựa trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ Tổng hợp, nghiên
cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano ZnO
pha tạp NiFe2 O4”.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Các phương pháp điều chế vật liệu nano
Có hai phương pháp cơ bản để chế tạo vật liệu nano. Phương pháp dùng kỹ
thuật nghiền và biến dạng để đưa vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ kích

1.1.1. Phương pháp thủy nhiệt
Một phương pháp đã được biết đến từ lâu và chiếm một vị trí quan trọng trong
nhiều ngành khoa học và công nghệ mới đặc biệt là trong công nghệ sản xuất các vật
liệu kích thước nano mét đó là phương pháp thủy nhiệt.
Thủy nhiệt là những phản ứng hóa học xảy ra trong một hệ thống kín với sự có
mặt của một dung môi thích hợp (thường là nước) ở trên nhiệt độ phòng, áp suất cao
(trên 1atm). Các oxit kim loại thường được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
kết tủa và kết tinh. Sử dụng dung dịch muối tinh khiết của kim loại để tổng hợp thủy
nhiệt kết tủa, còn tổng hợp thủy nhiệt kết tinh ta dùng hiđroxit, sol hoặc gel. Sự lựa
chọn tiền chất, pH, nhiệt độ và nồng độ của chất phản ứng quyết định sự thành công
của quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp thủy nhiệt. Trong phương pháp này
người ta thường sử dụng một số chất hữu cơ làm chất hoạt động bề mặt như cetyl
trimetyl amoni bromua (CTAB), natri dodecyl sunfat (SDS), poli etylen glicol (PEG),
etylen diamin (EDA) [4].
1.1.2.Phương pháp đồng kết tủa
Theo phương pháp đồng kết tủa dung dịch các muối được chọn đúng với tỉ lệ
như trong sản phẩm, rồi thực hiện phản ứng đồng kết tủa (dưới dạng hydroxit,
cacbonat, oxalat,...) sản phẩm chất rắn thu được sẽ tiến hành nhiệt phân để thu được
sản phẩm mong muốn.
Ưu điểm của phương pháp này là các chất tham gia phản ứng đã được phân tán ở
mức độ phân tử, tỉ lệ các ion kim loại đúng theo hợp thức của hợp chất cần tổng hợp.
Phương pháp này còn nhược điểm là có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
kết tủa của các hiđroxit như nhiệt độ, nồng độ, độ pH của dung dịch, tỉ lệ các chất
tham gia phản ứng [4].
1.1.3.Phương pháp sol-gel
Một trong phương pháp hiệu quả để tổng hợp các vật liệu nano dạng bột
hoặc màng mỏng với cấu trúc, thành phần như ý muốn là phương pháp sol-gel. Sơ đồ
quy trình chung trong phương pháp sol-gel như sau:
giaø hoùa
gel hoùa

sản xuất [20].
1.1.4. Phương pháp tổng hợp đốt cháy
Trong những năm gần đây, phương pháp tổng hợp đốt cháy hay tổng hợp bốc
cháy (Combustion Synthesis-CS) trở thành một trong những kĩ thuật quan trọng trong
điều chế và xử lí các vật liệu gốm mới (về cấu trúc và chức năng), composit, vật liệu
nano và chất xúc tác [16,17].
Tổng hợp đốt hay tổng hợp bốc cháy được biết như là quá trình tổng hợp tự lan
truyền nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình phản ứng (Self Propagating High
Temperature Synthesis Process) hay còn gọi là quá trình SHS. Để tạo ra ngọn lửa cần có
một chất oxy hóa, một nhiên liệu và nhiệt độ thích hợp, tạo nên một tam giác đốt cháy.
So với một số phương pháp hóa học khác, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra oxit
nano ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạt ngay sản phẩm cuối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


cùng mà không cần phải xử lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và
tiết kiệm được năng lượng [16]. Trong quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng
oxi hóa khử tỏa nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim
loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng giữa hợp chất hay
hỗn hợp oxi hóa khử… Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy trở thành
một phương pháp hấp dẫn để sản xuất vật liệu mới với chi phí thấp nhất so với các
phương pháp truyền thống. Một số ưu điểm của phương pháp đốt cháy là thiết bị
công nghệ tương đối đơn giản, sản phẩm có độ tinh khiết cao, có thể dễ dàng điều
khiển được hình dạng và kích thước của sản phẩm.
Tùy thuộc vào trạng thái của các chất phản ứng, tổng hợp đốt cháy có thể chia
thành: đốt cháy trạng thái rắn (Solid State Combustion-SSC), đốt cháy dung dịch
(Solution Combustion-SC), đốt cháy gel polime (Polimer Gel Combustion-PGC) và
đốt cháy pha khí (Gas Phase Combustion-GPC).

nhanh chóng, sử dụng các thiết bị tương đối đơn giản. Thành phần, cấu trúc, tính
đồng nhất, độ tinh khiết cao của sản phẩm có thể được kiểm soát.
Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp đốt cháy dung dịch với
chất nền ure để tổng hợp vật liệu ZnO pha tạp NiFe2O4.
1.2. Các phương pháp nghiên cứu vật liệu
1.2.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen
Một phương pháp hiệu quả dùng để xác định các đặc trưng của vật liệu và
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ đó là phương pháp nhiễu
xạ Rownghen (X-Ray Diffraction-XRD). Phương pháp này dùng để phân tích pha
(kiểu và lượng pha có mặt trong mẫu), ô mạng cơ sở, cấu trúc tinh thể, kích thước
hạt. Tinh thể bao gồm một cấu trúc trật tự theo ba chiều với tính tuần hòa đặc trưng
dọc theo trục tinh thể học. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong tinh thể chỉ
vài Å xấp xỉ bước sóng của tia X. Khi chiếu một chùm tia X vào mạng tinh thể sẽ có
hiện tượng nhiễu xạ [1].
Sự nhiễu xạ thỏa mãn phương trình sau:
2dsinθ = n.λ

(1)

Trong đó: d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể song song; θ góc giữa chùm
tia X và mặt phẳng phản xạ; λ là bước song của tia X; n là bậc phản xạ (n = 1, 2, 3, ...).
Phương trình (1) được gọi là phương trình Vulf-Bragg. Đây là phương trình cơ
bản trong nghiên cứu cấu trúc bằng tia X.
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen được gọi là phương pháp bột hay phương pháp
đơn tinh thể tùy thuộc vào mẫu nghiên cứu ở dạng bột tinh thể hay đơn tinh thể.
Một mẫu bột gồm vô số tinh thể có hướng bất kì nên trong mẫu luôn có những
mặt (hkl), với dhkl tương ứng nằm ở vị trí thích hợp tạo với chùm tia tới góc thỏa mãn
phương trình Bragg. Do đó mà ta luôn quan sát được hiện tượng nhiễu xạ.
Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ta có thể biết được các thông tin về mẫu
vật liệu nghiên cứu như sự tồn tại định tính, định lượng các pha, hằng số tinh thể,

phim ảnh, trên các máy ghi kĩ thuật số. Tất cả các hệ này được đặt trong buồng được
hút chân không cao.
Tương phản trong hiển vi quang học rất khác so với độ tương phản trong TEM
vì từ ảnh tạo ra do điện từ bị tán xạ nhiều hơn là do bị hấp thụ như hiển vi quang học.
Nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh mẫu rất rõ nét, chi tiết, hiển vi điện tử
quét (SEM) và truyền qua (TEM) được sử dụng để nghiên cứu bề mặt vật liệu, cho
phép xác định hình dạng và kích thước của mẫu [3].
1.2.3.Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)
Để xác định diện tích bề mặt riêng của các chất hấp phụ rắn, phương pháp
Brunauer- Emmett- Teller (BET) được ứng dụng rất phổ biến.
Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


P
1
P (C  1)


V ( P0  P) VmC P0 VmC

Trong đó:
V là thể tích chất bị hấp thụ tính cho một gam chất rắn.
Vm là thể tích chất bị hấp thụ cần thiết để tạo một lớp đơn phân tử chất bị hấp
thụ trên bề mặt của một gam chất rắn ở áp suất cân bằng P.
P0 là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp thụ.
C là hằng số BET.

1.2.5. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến
Phương pháp đo phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại-khả kiến (UltravioletVisible Diffuse Reflectance Spectroscopy-DRS) là phương pháp dựa vào bờ hấp thụ
của phổ phản xạ khuếch tán người ta có thể xác định được các vật liệu bán dẫn phản
ứng mạnh trong vùng ánh sáng tử ngoại hay khả kiến. Đây là kỹ thuật hay sử dụng
để đánh giá sự thay đổi giá trị năng lượng vùng cấm (E g) của chất bán dẫn sau khi
được pha tạp bằng nguyên tố hoặc hợp chất khác. Giao điểm giữa đường tiếp tuyến
của bờ hấp thụ với trục hoành là giá trị bước sóng hấp thụ (λ), từ đó tính được giá
trị năng lượng vùng cấm theo công thức [24]:

Eg 

1240



(eV )

1.2.6.Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại- khả kiến
Nguyên tắc: Phương pháp phân tích được sử dụng phổ biến nhất trong các
phương pháp phân tích hóa lí là phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến
(Ultraviolet-Visible (UV-Vis)). Nguyên tắc chung của phương pháp là muốn xác định
một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi
đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định [2].
Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer-Lambert-Beer.
Biểu thức của định luật có dạng:
A = lg

Io
= lC
I

(3)

Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng UV-Vis, thì luôn có một giá trị
nồng độ Co xác định, sao cho:
Khi Cx < Co thì b =1 và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là
tuyến tính.
Khi Cx > Co thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi Cx tăng) và quan hệ giữa độ hấp thụ
quang A và nồng độ Cx là không tuyến tính.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


Cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ tử ngoại – khả kiến UV-Vis là
phương trình (3). Trong phân tích người ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa
A và C, cùng tuyến tính nảy rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của
mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng
nhạy tức giá trị  của chất đó càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và
vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp.
1.3. Tổng quan về vật liệu oxit kẽm
1.3.1. Cấu tạo và tính chất của oxit kẽm
Oxit kẽm (ZnO) tồn tại ở 3 dạng cấu trúc là lục phương, lập phương và lập
phương tâm khối [18]. Trong 3 cấu trúc này thì cấu trúc lục phương (hexagonal
wurtzite) là cấu trúc bền, ổn định nhiệt và phổ biến nhất của ZnO (hình 1.2). Với cấu
trúc này, mỗi nguyên tử oxi liên kết với 4 nguyên tử kẽm và ngược lại. Mỗi ô đơn vị của
ZnO chứa 2 nguyên tử oxi và 2 nguyên tử kẽm. Oxi kẽm có màu trắng ở nhiệt độ
thường, màu vàng khi đun nóng. Nó khó nóng chảy (nóng chảy ở 1950oC), có khả
năng thăng hoa, không phân hủy khi đun nóng, hơi rất độc [5].

Hình 1.2. Cấu trúc lục phương của ZnO

O2 HO2●

O2 - + H +
2HO2●

H2 O2 + O 2

e - + H 2 O2
H2 O2 + O 2

HO● + HOO2 + HO● + HO-

Các gốc HO● có tính oxi hóa mạnh không chọn lọc nên khi có mặt chất xúc tác
trong điều kiện chiếu sáng, sẽ oxi hóa được nhiều hợp chất hữu cơ:
R + HO● → R’● + H2O
R’● + O2 → Sản phẩm phân hủy
Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ cũng có thể xảy ra do phản ứng trực tiếp của
chúng với lỗ trống quang hóa để tạo thành các gốc tự do sau đó phân hủy dây chuyền
tạo thành sản phẩm.
R + h+υb → R’● + O2 → Sản phẩm phân hủy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


RCOO- + h+υb → R● + CO2

Hình 1.3. Hình ảnh minh họa cơ chế quang xúc tác trên chất bán dẫn
Như vậy, khi chất xúc tác được chiếu sáng với photon có năng lượng lớn hơn
năng lượng vùng cấm Eg sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống linh động. Trong khí quyển

vùng cấm của vật liệu NiFe2O4/ZnO là 1,71 eV, nhỏ hơn so với ZnO (3,12 eV) và cao
hơn NiFe2O4 tinh khiết (1,6 eV). Hiệu suất phân hủy MB của vật liệu NiFe2O4/ZnO
cao hơn ZnO tinh khiết sau 70 phút phản ứng.

Hình 1.4. Sơ đồ phân hủy metylen xanh trên chất xúc tác NiFe2O4/ZnO [15]
Kết quả nghiên cứu khả năng phân hủy metyl da cam khi có mặt vật liệu
ZnFe2O4/ZnO và ánh sáng nhìn thấy cho thấy, hiệu suất đạt 62% sau 4 giờ phản ứng
và sau 9 giờ metyl da cam bị phân hủy hoàn toàn [32]. Hiệu suất phân hủy RhB đạt
91% sau 180 phút chiếu sáng với sự có mặt của ZnFe2O4/ZnO [26].

Hình 1.5. Sơ đồ phân hủy metyl da cam trên chất xúc tác ZnFe2O4/ZnO [32]
Một trong những nguyên nhân làm tăng hoạt tính quang xúc tác của các vật
liệu ZnO pha tạp ferit là do các ferit có năng lượng vùng cấm (1,7 eV đối với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn


CoFe2O4, 1,6 eV đối với NiFe2O4 và 1,9 eV đối với ZnFe2O4) nhỏ hơn so với ZnO
(3,2 eV) nên có sự chuyển electron từ ferit sang ZnO. Đồng thời, có sự chuyển dịch
lỗ trống từ vùng hóa trị của ZnO tới vùng hóa trị của ferit. Do đó, làm giảm sự tái tổ
hợp của electron và lỗ trống trong ZnO [12, 15,26, 28,32].
1.4. Giới thiệu về Rhodamin B
-

Tên

quốc

tế: