BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH  TRỊNH ĐÌNH CAO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA DÂY NANO TiO2 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ TP.Hồ Chí Minh 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH  TRỊNH ĐÌNH CAO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA DÂY NANO TiO2 CHUYÊN NGHÀNH: QUANG HỌC MÃ SỐ: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: Ts NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA TP.Hồ Chí Minh 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Người hướng dẫn khoa học: Ts NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Phản biện 1: PGS.TS.VŨ NGỌC SÁU, Trường ĐH VINH Phản biện 2: TS.LÊ THẾ VINH, Trường ĐHSPKT VINH Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn thạc sỹ họp Trường Đại học Vinh vào hồi 45 ngày 15 tháng năm 2013 LỜI CÁM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Tác giả xin trân trọng bày tỏ kính trọng, lòng biết ơn chân thành sâu sắc cô giáo hướng dẫn, cô tận tình dẫn dắt, bảo, quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả từ bước suốt thời gian hoàn thành luận văn Đối với tác giả học tập nghiên cứu hướng dẫn cô niềm hạnh phúc lớn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy, cô giáo Khoa Vật lý, Khoa Điện Tử -Viễn Thông TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Đề tài thực tài trợ Quỹ phát triển Khoa học Công Nghệ Quốc Gia (NAFOSTED) với mã số đề tài 103.05-2012-53 , người có đóng góp, ủng hộ quý báo thiết thực cho tác giả suốt thời gian làm luận văn dành cho tác giả cổ vũ ,động viên nhiệt tình sống học tập Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý, Khoa Sau đại học trường Đại Học Vinh tạo điều kiện tốt để tác giả hoàn thành nhiệm vụ Cuối cùng, dành tình cảm biết ơn chân thành cho gia đình tập thể lớp Quang Học Khóa 19 (Đại Học Sài Gòn) động viên nhiều trình học tập, giúp đỡ vượt qua thử thách để có ngày hôm Chân thành cám ơn tất cả! ĐỒNG NAI, ngày 15 tháng năm 2013 MỤC LỤC Trang Lời cám ơn Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Danh mục chữ viết tắt Lời nói đầu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano phân loại vật liệu nano .3 1.1.1 Khái niệm vật liệu nano công nghệ nano .3 1.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.1.3 Tính chất vật liệu nano 1.1.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano 1.2.Tổng quan vật liệu TiO2 1.2.1 Cấu trúc TiO2 1.2.2 Tính chất lý- hóa TiO2 11 1.2.3 Sự chuyển pha TiO2 .12 1.2.4 Các phương pháp chế tạo vật liệu dây TiO2 kích thước nanomet .13 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình chế tạo dây nano TiO2 15 2.1.1 Hóa chất thiết bị chế tạo mẫu .15 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu 15 2.2 Các kỹ thuật phân tích tính chất quang vi cấu trúc dây nano TiO2 17 2.2.1 Phổ hấp thụ (Absorption Spectroscopy- AbS) .17 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử 20 2.2.3.Phương pháp nhiễu xạ tia X 24 2.2.4 Phương pháp khảo sát hoạt tính quang xúc tác TiO2 29 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng điều kiện chế tạo lên hình thành dây nano TiO2 31 3.1.1 Nhiệt độ chế tạo .31 3.1.2 Tiền chất 32 3.1.3 Pha tạp kim loại chuyển tiếp 33 3.2 Nghiên cứu vi cấu trúc dây nano TiO2 34 3.2.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 34 3.2.2 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM HRTEM 37 3.3 Tính chất quang dây nano TiO2 38 KẾT LUÂN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Chú thích bảng Bảng 1.1 Độ dài đặc trưng số tính chất vật liệu Bảng 1.2 Các đặc tính cấu trúc dạng thù hình TiO2 Bảng 2.1 Các hệ tinh thể thông số mạng chúng Trang 10 28 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Chú thích hình Hình 1.1 Các dạng thù hình khác TiO2 (A) rutile (B) anatase (C) brookite Sơ đồ khối thiết bị sử dụng để chế tạo dây nanô TiO2 phương pháp thủy nhiệt Hình 2.2 Sơ đồ khối máy đo phổ UV - Vis 19 Hình 2.3 Phổ phát xạ đèn Halogen vùng nhìn thấy 20 Hình 2.4 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét (vi.wikipedia.org) 22 Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo máy TEM 23 Hình 2.6 Nguyên lý trình nhiễu xạ tia X 26 Hình 3.1 Ảnh FESEM dây nanô TiO2 chế tạo nhiệt độ khác sử dụng nguồn TiCl4 : ( a) 165℃ , ( b) 170℃ , ( c) 175℃ , (d) 185℃ Hình 2.1 Trang 17 31 Hình 3.2 Hình 3.3 Ảnh FESEM dây nanô TiO2 chế tạo nhiệt độ 1800C với nguồn Ti khác nhau: (a,b)TiCl4 , (c,d)Ti(OC4H9)4 , (e,f) TiCl4 Ti(OC4H9)4 32 Ảnh FESEM dây nanô TiO2 không pha tạp pha tạp kim loại chuyển tiếp (a,b) không pha tạp (c,d) pha tạp Co at.%, (c,f) pha tạp Ni at.% Hình 3.4 Phổ XRD dây nanô TiO2 chế tạo nhiệt độ khác nhau, sử dụng nguồn TiCl4:(a) 165 oC , (b) 170 oC, 33 (c) 175 oC (d)185 oC 34 Hình 3.5 Phổ XRD dây nanô TiO2 chế tạo nhiệt độ 180 oC, sử dụng nguồn tiền chất khác nhau: (a) TiCl4 và(b) mixed of TiCl4 Ti(OC4H9)4 Hình 3.6 35 Phổ XRD dây nano TiO2 không pha tạp dây nano TiO2 pha tạp Co Ni với nồng độ 1% Hình 3.7 36 Phổ XRD dây nano TiO2 pha tạp Ni với nồng độ khác Hình 3.8 37 Ảnh TEM HRTEM dây nanô TiO2 chế tạo 180 oC, 4h sử dụng phương pháp thuỷ nhiệt với tiền chất khác nhau: (a, c) TiCl4và (b, d) hỗn hợp TiCl4 and Ti(OC4H9)4, hình chèn 3.8d tương ứng ảnh SEAD Hình 3.9 38 Phổ hấp thụ dây nanô TiO2 chế tạo từ tiền chất TiCl4 (nét liền) hỗn hợp tiền chất TiCl4 Ti(OC4H9)4 (nét đứt) 39 Hình 3.10 Phổ UV-VIS dây nanô TiO2 không pha tạp pha tạp kim loại chyển tiếp Co Ni với nồng độ 1% 40 Hình 3.11 Phổ UV-VIS dây nanô TiO2 không pha tạp pha tạp kim loại chyển tiếp 41 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAM : Anot màng nhôm oxit Abs : Phổ hấp thụ (Absorption Spectroscopy) CB : Vùng dẫn (conduction band) CVD : Lắng đọng pha hóa học (Chemical vapor deposition) FESEM : Kính hiển vi điện tử phát xạ trường (Field emission scanning electron microscopy) FTO : Thiếc oxit pha tạp flo (Fluorine- doped tin oxide) FWHM : Độ rộng bán phổ vạch nhiễu xạ cự c đại (Full-width at half maximum intensity) HRTEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (High resolution transmission electron microscopy) MB : Metylene blue PLD : Lắng đọng (Pulsed chân không laser xung laser deposition) PVD : Lắng đọng pha vật lý (Physical vapor deposition) SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscpy) SPM : Kính hiển vi quét đầu dò (Scanning Probe Microscopy) STEM :Kính hiển vi điện tử truyền qua quét (Scanning Transsmision Electronic Microscopy) STM : Kính hiển vi đường ngầm quét (Scanning tunneling microscope) TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy) UV : Tử ngoại (Ultraviolet) VB : vùng hoá trị (valence band) XRD : Nhiễu xạ tia X (X- ray diffraction) ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH  TRỊNH ĐÌNH CAO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA DÂY NANO TiO2 CHUYÊN NGHÀNH: QUANG HỌC MÃ SỐ: 60.44.01.09 LUẬN VĂN... vật liệu dây TiO2 kích thước nanomet .13 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Quy trình chế tạo dây nano TiO2 15 2.1.1 Hóa chất thiết bị chế tạo mẫu .15 2.1.2 Quy trình chế tạo mẫu ... sát hoạt tính quang xúc tác TiO2 29 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng điều kiện chế tạo lên hình thành dây nano TiO2 31 3.1.1 Nhiệt độ chế tạo .31 3.1.2 Tiền chất