ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THANH THÚY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TiO 2 NANO BẰNG Cr(III) LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA TRONG VÙNG ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI, 2011 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 1 MỤC LỤC Danh mục hình vẽ .1 Danh mục bảng biểu………………………………………………3 Mở đầu .4 CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN 8 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA . 8 1.1.1 Vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa 8 1.1.2. Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể. 10 1.1.3. Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang. 11 1.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA TiO 2 15 1.2.1. Các dạng cấu trúc và tính chất vật lý [43] 15 1.2.2. Sự chuyển pha trong TiO 2 17 1.2.3. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của TiO 2 kích thước nanomet 19 1.2.4. Tính chất hóa học của TiO 2 22 1.2.5. Tính chất xúc tác quang hoá của TiO 2 ở dạng anatase 23 1.2.6. Cơ chế xúc tác quang của TiO 2 24 1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC CỦA NANO TiO 2 26 1.3.1.Sự tái kết hợp lỗ trống và electron quang sinh. 26 1.3.2. pH dung dịch 28 1.3.3. Nhiệt độ 28 1.3.4. Các tinh thể kim loại gắn trên xúc tác 28 1.3.5. Pha tạp (doping) ion kim loại vào tinh thể TiO 2 29 1.3.6. Các chất diệt gốc hydroxyl 30 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NANO TiO 2 30 1.4.1.Các phương pháp điều chế nano [16] 30 1.4.2.Các phương pháp điều chế nano TiO 2 được sử dụng trong luận văn 32 1.4.3. Biến tính (doping) nano TiO 2 36 1.4.4. Ứng dụng của nano TiO 2 và nano TiO 2 biến tính 38 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 2 1.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và hiệu suất trong quá trình điều chế TiO 2 39 1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH SẢN PHẨM 42 1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 42 1.5.2. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope SEM) 44 1.5.3. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (Ultra Violet - visible, Uv-vis). 45 1.5.4. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ (Ađosorption and Desorption) 46 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 48 2.1. Dụng cụ và hóa chất 48 2.1.1. Dụng cụ 48 2.1.2. Hóa chất 48 2.2. Tổng hợp vật liệu 49 2.2.2. Tổng hợp vật liệu nano TiO 2 biến tính bởi Cr(III) bằng phương pháp sol-gel thủy nhiệt 49 2.3. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu 51 2.4. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định COD bằng phƣơng pháp dicromat 51 2.4.1. Pha hóa chất 51 2.4.2. Phương pháp xác định 52 2.4.3. Xây dựng đường chuẩn xác định giá trị đo COD 52 2.5. Khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu 53 2.5.1. Đường chuẩn xác định nồng độ của các hợp chất 53 2.5.2. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu 55 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp vật liệu 56 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp vật liệu đƣợc chúng tôi khảo sát là: 56 - Nhiệt độ nung mẫu khảo sát ở 500 o C, 600 o C, 700 o C đối với mẫu TiO 2 đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp sol – gel là 56 3.2. Nghiên cứu các đặc trƣng của vật liệu 57 3.2.2. Đặc trưng hình thái học và thành phần của vật liệu 61 3.3. Thí nghiệm xúc tác phân hủy RhodaminB 63 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 3 3.3.1. Ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 63 3.3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy RhodaminB bằng vật liệu xúc tác TiO 2 biến tính bởi Cr(III) 70 3.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng xúc tác 73 3.5. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 10-CT05 đối với quá trình phân hủy thuốc nhuộm, phenol đỏ, nƣớc thải dệt nhuộm 74 3.5.1. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu đối với quá trình phân hủy thuốc nhuộm vàng axit AX-2R, vàng phân tán E-3G, phenol đỏ 74 3.5.2. Xử lý mẫu thực tế 79 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn 10 Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO 2 14 Hình 1.3. Hình khối bát diện của TiO 2 15 Hình 1.4. (A) Mật độ trạng thái (DOS) tổng cộng và mật độ trạng thái thành phần của TiO 2 anatase. (B) Cấu trúc liên kết obitan phân tử của TiO 2 anatase. 17 Hình1. 5. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile. 21 Hình 1.6. Sự hình thành các gốc OH  và 2 O  22 Hình 1.7. Cơ chế xúc tác quang hóa sử dụng TiO 2 23 Hình 1.8. Sơ đồ mô phỏng hai phương pháp điều chế vật liệu kích thước nm. .30 Hình 1.9. Sơ đồ chung của phương pháp sol - gel điều chế vật liệu 31 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 4 Hình 1.10. Doping chất bán dẫn làm giảm năng lượng vùng cấm 35 Hình1.11. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 41 Hình 1.12. Nhiễu xạ kế tia X D8 - Advance 5005 (CHLB Đức) 42 Hình 2.1. Quy trình điều chế nano TiO 2 biến tính bởi Cr(III) 49 Hình 2.2. Đường chuẩn xác định COD 52 Hình 2.3. Đường chuẩn xác định nồng độ Rhodamin B 53 Hình 2.4. Đường chuẩn xác định nồng độ Phenol đỏ 53 Hình 3.1. Phổ XRD của TS500 56 Hình 3.2. Phổ XRD của TS600 57 Hình 3.3. Phổ XRD của mẫu TS700 57 Hình 3.4. Phổ XRD của mẫu 10-CT05 59 Hình 3.5. Phổ XRD của mẫu 10-CT03 59 Hình 3.6. Phổ XRD của mẫu 10-CT1 60 Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu biến tính TiO 2 61 Hình 3.8. Phổ EDX của mẫu xúc tác 0,5%Cr-TiO 2 61 Hình 3.9. Phổ UV-Vis của mấu TS500 62 Hình 3.10. Phổ UV – Vis của mẫu biến tính TiO 2 bởi Cr (III) 62 Hình 3.11. Phổ UV – vis của mẫu TiO 2 và mẫu TiO 2 biến tính bởi Cr(III) 63 Hình 3.12. Khả năng phân hủy Rhodamin B của các vật liệu 8-CT05, 10- CT05, 12-CT05, 14-CT05 65 Hình 3.13. Phổ UV – vis của các mẫu xúc tác 8-CT05, 10-CT05, 12-CT05, 14-CT05 65 Hình 3.14. Khả năng phân hủy Rhodamin B của vật liệu Cr doped TiO 2 với tỉ lệ Cr khác nhau 67 Hình 3.15. Dải hấp thụ đặc trưng của các mẫu xúc tác 68 Hình 3.16. Khả năng phân hủy Rhodamin B của vật liệu TiO 2 và TiO 2 biến tính bởi Cr(III) 70 Sấy khô 100 o C Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 5 Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phân hủy Rhodamin B 72 Hình 3.18. Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến sự phân hủy Rhodamin B 73 Hình 3.19. Kết quả tái sử dụng xúc tác TiO 2 biến tính bởi Cr 75 Hình 3.20. Sự biến đổi COD của AX – 2R theo thời gian xử lý 76 Hình 3.21. Sự biến đổi mật độ quang của AX – 2R giảm theo thời gian xử lý 77 Hình 3.22. Sự biến đổi COD của E – 3G theo thời gian xử lý 78 Hình 3.23. Sự biến đổi mật độ quang của E – 3G theo thời gian xử lý 79 Hình 2.24. Sự biến đổi nồng độ Phenol đỏ theo thời gian xử lý 80 Hình 3.25. Sự biến đổi COD của mẫu thực theo thời gian xử lý 81 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase 14 Bảng 1.2. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng thuỷ phân vào kích thước nhóm ankyl của ankoxit 38 Bảng 2.1. Thiết lập đường chuẩn phụ thuộc mật độ quang và COD 51 Bảng 2.2. Sự phụ thuộc nồng độ và mật độ quang của Rhodamin B 52 Bảng 2.3. Sự phụ thuộc nồng độ và mật độ quang của Phenol đỏ 53 Bảng 3.1. Kí hiệu của các sản phẩm 55 Bảng 3.2. Kích thước hạt TiO 2 tổng hợp ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau 58 Bảng 3.3. Kích thước hạt của mẫu biến tính TiO 2 60 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy nhiệt đến hoạt tính xúc tác phân hủy Rhodamin B 64 Bảng 3.5. Sự phân hủy của Rhodamin B theo thời gian xử lý bằng các xúc tác TiO 2 biến tính bởi Cr ở các nồng độ khác nhau 67 Bảng 3.6. Hàm lượng Cr được pha tạp vào trong cấu trúc mạng TiO 2 68 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 6 Bảng 3.7. Hoạt tính xúc tác của vật liệu TiO 2 và TiO 2 biến tính bởi Cr 69 Bảng 3.8. Sự biến đổi nồng độ Rhodamin B theo thời gian ở các pH khác nhau 71 Bảng 3.9. Ảnh hưởng lượng xúc tác tới khả năng phân hủy Rhodamin B 73 Bảng 3.10. Kết quả tái sử dụng xúc tác TiO 2 biến tính bởi Cr 74 Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý đối với AX-2R 76 Bảng 3.12. Hiệu suất xử lý đối với E-3G 78 Bảng 3.13. Sự biến đổi nồng độ Phenol đỏ bị phân hủy theo thời gian 79 Bảng 3.14. Sự biến đổi giá trị COD của mẫu nước thải dệt nhuộm theo thời gian xử lý 80 MỞ ĐẦU Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nƣớc, các nghành công nghiệp, nông nghiệp, các làng nghề … ở Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lƣợng cũng nhƣ chủng loại các sản phẩm và chất lƣợng cũng ngày càng đƣợc cải thiện. Bên cạnh những tác động tích cực do sự phát triển mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các nghành công nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống và sức khoẻ của ngƣời dân. Môi trƣờng sống của ngƣời dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nƣớc. Hầu hết các hồ, ao sông, ngòi đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các hồ ao trong các đô thị lớn nhƣ Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Chính vì vậy, một vấn đề đặt ra là cần có những công nghệ hữu hiệu, có thể xử lý triệt để các chất ô nhiễm có trong môi trƣờng nƣớc. Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 7 Trong số các chất gây ô nhiễm nguồn nƣớc, đáng chú ý là những chất hữu cơ bền có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và gây nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con ngƣời nhƣ: phenol, các hợp chất của phenol, các loại thuốc nhuộm, Rhodamin B…. Do vậy, việc nghiên cứu, xử lý nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất ô nhiễm là đặc biệt cần thiết. Nhiều công nghệ tiên tiến xuất hiện trong các thập kỷ gần đây đã đƣợc ứng dụng trong công nghệ xử lý nƣớc và nƣớc thải. Hiện nay trên thế giới có nhiều phƣơng pháp xử lý ô nhiễm nhƣ phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp oxi hóa – khử, phƣơng pháp oxi hóa nâng cao… Trong các phƣơng pháp trên phƣơng pháp oxi hóa nâng cao có nhiều ƣu điểm nổi trội nhƣ hiệu quả sử lý cao, khả năng khoáng hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ độc hại thành các hợp chất vô cơ ít độc hại và đƣợc quan tâm ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trƣờng. Trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng phƣơng pháp oxi hóa nâng cao trong xử lý môi trƣờng, TiO 2 với vai trò một chất xúc tác quang hóa tiêu biểu đã đƣợc nhiều quốc gia phát triển nhƣ Mĩ, Nhật Bản, Đức…trên thế giới nghiên cứu, vì TiO 2 có ƣu điểm là giá thành rẻ, bền trong những điều kiện môi trƣờng khác nhau, không độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp. Titan đioxit (TiO 2 ) là chất bán dẫn có dải trống năng lƣợng của rutile là 3.05 eV và của anatase là 3.25 eV nên có khả năng thực hiện các phản ứng quang xúc tác. Khả năng quang xúc tác của TiO 2 thể hiện ở 3 hiệu ứng: quang khử nƣớc trên điện cực TiO 2 , tạo bề mặt siêu thấm nƣớc và quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ dƣới ánh sáng tử ngoại λ < 380 nm. Vì vậy hiện nay vật liệu TiO 2 đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhiều, nhất là trong lĩnh vực xử lý môi trƣờng nƣớc và khí với vai trò xúc tác quang hóa. Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 8 Tuy nhiên phần bức xạ tử ngoại trong quang phổ mặt trời đến bề mặt trái đất chỉ chiếm ~ 4% nên việc sử dụng nguồn bức xạ này vào mục đích xử lý môi trƣờng với xúc tác quang TiO 2 bị hạn chế. Để mở rộng khả năng sử dụng năng lƣợng bức xạ mặt trời cả ở vùng ánh sáng nhìn thấy vào phản ứng quang xúc tác, cần giảm năng lƣợng vùng cấm của TiO 2 . Để đạt mục đích đó, nhiều công trình nghiên cứu đã tiến hành đƣa các ion kim loại và không kim loại lên bề mặt hoặc vào cấu trúc TiO 2 . Trên những cơ sở khoa học và thực tiễn đó: em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu biến tính TiO 2 nano bằng Cr(III) làm chất xúc tác quang hóa trong vùng ánh sáng trông thấy” CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA 1.1.1 Vật liệu bán dẫn và xúc tác quang hóa Năm 1930, khái niệm xúc tác quang ra đời. Trong hoá học nó dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dƣới 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. Việc sử dụng chất bán dẫn làm xúc tác quang hóa và áp dụng vào xử lý môi trƣờng đang thu hút đƣợc sự quan tâm nhiều hơn so với các phƣơng pháp thông thƣờng khác. Trong phƣơng pháp này bản thân chất xúc tác không bị biến đổi trong suốt quá trình và không cần cung cấp nhiên liệu khác cho hệ phản ứng. Ngoài ra, phƣơng pháp này còn có các ƣu điểm nhƣ: có thể thực hiện trong nhiệt độ và áp suất bình thƣờng, có thể sử dụng nguồn UV nhân tạo hoặc thiên nhiên, chất xúc tác rẻ tiền và không độc. Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 9 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, hoăch ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Khi giải thích cơ chế dẫn điện của chất bán dẫn ngƣời ta phân thành chất bán dẫn loại n ( dẫn electron) và bán dẫn loại p ( dẫn lỗ trống dƣơng) [12]. Theo phƣơng pháp obitan phân tử, chúng ta có thể hình dung sự tạo thành các vùng năng lƣợng trong mạng lƣới tinh thể nhƣ sau: Ở các nguyên tử riêng lẻ (khi chúng ở xa nhau nhƣ trong pha khí), các electron chiến các mức năng lƣợng hoàn toàn xác định. Khi các nguyên tử dịch lại gần nhau nhƣ trong mạng lƣời tinh thể thì các obitan phân tử đƣợc hình thành. Nếu tổ hợp n nguyên tử sẽ tạo thành N mức năng lƣợng khác nhau của N obitan phân tử. N mức năng lƣợng này tạo thành một miền năng lƣợng liên tục. Trong đó: - Vùng năng lƣợng đã đƣợc lấp đầy electron, đƣợc gọi là vùng hóa trị (hay miền hóa trị). Trong vùng này, điện tử liên kết mạnh mẽ với nguyên tử và không linh động, chúng giữ vai trò liên kết trong mạng lƣới tinh thể. - Vùng năng lƣợng còn để trống (cao hơn vùng hóa trị) gọi là vùng dẫn (Condution band) hay miền dẫn. Trong vùng này, điện tử sẽ linh động (nhƣ các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng dẫn. Tính chất dẫn điện tăng khi điện tử trên vùng dẫn tăng. - Tùy thuộc vào cấu trúc nguyên tử và mức độ đối xứng của tinh thể mà vùng hóa trị và vùng dẫn có thể xen phủ hoặc không xen phủ nhau. Trong trƣờng hợp không xen phủ nhau thì vùng hóa trị và vùng dẫn cách nhau một khoảng năng lƣợng gọi là vùng cấm Eg(Forbidden band) hay miền cấm. Trong vùng cấm, điện tử không thể tồn tại. Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng lƣợng vùng cấm.[46] [...]... ứng xúc tác quang hoá khác phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hoá xúc tác Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác đƣợc hoạt hoá bởi nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hoá, xúc tác đƣợc hoạt hoá bởi sự hấp thụ ánh sáng 1.1.3 Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang - Có hoạt tính quang hoá - Có năng lƣợng vùng cấm thích hợp để hấp thụ ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy. .. là làm tăng khả năng quang xúc tác của chúng nhờ chuyển từ ánh sáng UV sang vùng nhìn thấy Có một vài cách để đạt đƣợc mục đích này Thứ nhất, biến tính vật liệu TiO2 với các nguyên tố khác có thể thu hẹp độ rộng của vùng cấm Eg và do đó làm thay đổi tính chất quang Thứ hai, làm nhạy TiO2 bởi các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ có màu có thể cải thiện tính chất quang của chúng trong vùng ánh sáng nhìn thấy. .. các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2 1.2.6 Cơ chế xúc tác quang của TiO2 Cơ chế xúc tác quang của TiO2 thể hiện ở Hình 1.7 24 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 Hình 1.7 Cơ chế xúc tác quang hóa sử dụng TiO2 Khi Titandioxyt TiO2 ở dạng tinh thể anatase đƣợc hoạt hóa bởi ánh sáng có bƣớc sóng (λ) thích hợp thì xảy ra sự chuyển điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tại vùng hóa trị... sensor, làm chất quang xúc tác xử lý môi trƣờng, chế tạo vật liệu tự làm sạch… Đặc biệt TiO2 đƣợc quan tâm trong lĩnh vực làm xúc tác quang hóa phân hủy các chất hữu cơ và xử lý môi trƣờng Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc của TiO2 để thấy đƣợc mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của TiO2, chính mối liên hệ này mang lại những ứng dụng thiết thực của TiO2 1.2.1 Các dạng cấu trúc và tính chất. .. Hóa K20 1.2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA TiO2 TiO2 là một trong những vật liệu cơ bản trong ngành công nghệ nano bởi nó có các tính chất lý hóa, quang điện tử khá đặc biệt và có độ bền cao, thân thiện với môi trƣờng Vì vậy, TiO2 có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống nhƣ hóa mỹ phẩm, chất màu, sơn, chế tạo các loại thủy tinh, men và gốm chịu nhiệt… Ở dạng hạt mịn kích thƣớc nanomet TiO2 đƣợc ứng dụng trong. .. thấy Quá trình đầu tiên của quá trình xúc tác quang dị thể phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ bằng chất bán dẫn (Semiconductor ) là sự sinh ra của cặp điện tử lỗ trống trong chất bán dẫn Có rất nhiều chất bán dẫn khác nhau đƣợc sử dụng làm chất xúc tác quang nhƣ: TiO2, ZnO, ZnS, CdS… Khi đƣợc chiếu sáng có năng lƣợng photon (hυ) thích hợp, bằng hoặc lớn hơn năng lƣợng vùng cấm Egb (hv ≥ Egb ), thì sẽ tạo... khi chiếu ánh sáng nhìn thấy 1.3.5 Pha tạp (doping) ion kim loại vào tinh thể TiO2 Việc doping ion kim loại vào mạng tinh thể của TiO2 đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu rất nhiều Năm 1994, Choi và các cộng sự đã làm việc trên 21 ion kim loại khác nhau nhằm nghiên cứu khả năng tăng cƣờng hoạt tính quang xúc tác của TiO2 Kết quả cho thấy rằng việc doping với ion kim loại có thể làm mở rộng vùng hoạt... Thanh Thúy CH Hóa K20 - Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác - Hấp thụ photon ánh sáng, phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích electron - Phản ứng quang hóa, đƣợc chia làm 2 giai đoạn nhỏ: Phản ứng quang hóa sơ cấp, trong đó các phân tử bị kích thích (các phân tử chất bán dẫn) tham gia trực tiếp vào phản ứng với các chất bị hấp phụ Phản ứng quang hóa thứ cấp,... đổi electron với các chất bị hấp phụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn 1.1.2 Cơ chế phản ứng xúc tác quang dị thể Quá trình xúc tác quang dị thể có thể đƣợc tiến hành ở pha khí hoặc pha lỏng Cũng giống nhƣ các quá trình xúc tác dị thể khác, quá trình xúc tác quang dị thể đƣợc chia thành 6 giai đoạn nhƣ sau: - Khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ pha lỏng hoặc khí đến bề mặt xúc tác 10 Luận văn Thạc... khử ở nhiệt độ cao 1000 C ,TiCl4 2TiO2  H 2  Ti2O3  H 2O  o 1750 C TiO2  H 2  TiO  H 2O  o 800 C 2TiO2  CO  Ti2O3  CO2  o 9001000 C 3TiO2  Ti Ti2O3  o 14001500 C TiO2  Ti  2TiO  o 22 Luận văn Thạc sĩ khoa học Hoàng Thanh Thúy CH Hóa K20 1.2.5 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 . tài: Nghiên cứu biến tính TiO 2 nano bằng Cr(III) làm chất xúc tác quang hóa trong vùng ánh sáng trông thấy CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN VÀ XÚC TÁC QUANG HÓA 1.1.1. NHIÊN HOÀNG THANH THÚY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TiO 2 NANO BẰNG Cr(III) LÀM CHẤT XÚC TÁC QUANG HÓA TRONG VÙNG ÁNH SÁNG TRÔNG THẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC. ứng xúc tác quang hoá khác phản ứng xúc tác truyền thống ở cách hoạt hoá xúc tác. Trong phản ứng xúc tác truyền thống, xúc tác đƣợc hoạt hoá bởi nhiệt còn trong phản ứng xúc tác quang hoá, xúc