Nghiên cứu biến tính tio2 bằng mangan ứng dụng cho phản ứng quang hóa xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến

MANGAN

2

D

TÁC
TRONG VÙNG ÁNH SÁNG

CHUYÊN NGÀNH:
60.52.75

T

8


Cơng trình
Cán b

c hồn thành t i:

i h c Bách Khoa

-HCM

ng d n khoa h c : TS NGÔ THANH AN

Cán b ch m nh n xét 1 : TS NGUY N QUANG LONG
Cán b ch m nh n xét 2 : TS H
Lu

ngày 08 tháng 08

cb ov t

TH THANH VÂN
ih

HCM

2014

Thành ph n H

m:

1. PGS.TS NGUY
2.TS NGUY N QUANG LONG
3. TS H TH THANH VÂN
4. TS NGÔ THANH AN
5.TS NGUY N TU N ANH
Xác nh n c a Ch t ch H
ngành sau khi lu

CH T CH H

PGS.TS Nguy

ã

NG

ng Khoa qu n lý chuyên
c s a ch a (n u có).

NG KHOA K THU T HĨA H C


I H C QU C GIA TP.HCM
I H C BÁCH KHOA
_______________________

C NG HÒA XÃ H I CH
c l p - T do - H nh phúc
_________________

T NAM

NHI M V LU
H tên h c viên:

BÊ TA

MSHV: 11054171

20-10-1988

i sinh:

Chuyên ngành: CÔNG NGH HÓA H C
I.

nh

Mã s : 605275

TÀI: Nghiên c u bi n tính TiO2 b ng Mangan ng d ng cho ph n ng
quang hóa xúc tác trong vùng ánh sáng kh ki n.

NHI M V VÀ N I DUNG:
-

T ng h p h v t li u Mn-TiO2

-

Kh o sát ho t tính xúc tác quang c a h

-

Nghiên c

-

Kh

i ánh sáng kh ki n.

c tính hóa lý c a h v t li u.
u ki n ph n ng

ng t i hi u su t phân h y ch t màu.

II. NGÀY GIAO NHI M V : Tháng 8/2013
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 20/06/2014
IV. CÁN B

NG D N:

TS NGÔ THANH AN

Tp. HCM, ngày
CÁN B

NG D N

tháng

CH NHI M B

(H tên và ch ký)

14
ÀO T O

(H tên và ch ký)

TS. Ngô Thanh An

TS. Nguy n M nh Th ng

NG KHOA K THU T HÓA H C
(H tên và ch ký)

PGS.TS Phan Thanh
Ghi chú: H c viên ph

nhi m v

u tiên c a t p thuy t minh LV


và
-

Tp HCM, ngày 20 tháng 06


L
u c a riêng tôi. Các k t qu nêu
trong Lu n

này là trung th

c ai công b trong b t k cơng

trình nào khác.

Bê Ta

-TiO2
dung

4

và Ti(SO4)2
7000C

pH 8.

trong

nâu.

FTIR, XRD, DRS,

Raman, UV-VIS, SEM và BET.
metyl blue

C0 = 10

ppm

XRD, IR và Raman
2+

-Ovào TiO2

-

2

(400 nm)

2

(675 nm).
90% -

Mn-TiO2
2

- Degussa).

ABSTRACT
The Mn-TiO2 photocatalyst was prepared by co-precipitation method from
MnSO4 and Ti(SO4)2 solutions at pH 8. After purifying the precipitant, dried and
calcined at 7000C, stored for 3 hours, obtained the brown fine powder. Physicochemical properties of the catalyst were studied by the methods of FTIR, XRD, DRS,
Raman, SEM and BET. Its photocatalytic activity was investigated in the
decomposition reaction of methyl blue (MB, C0= 10 ppm) under the radiation of LED
The XRD results and the new absorption peaks in FTIR as well as
Raman spectra indicated the formation of Ti O Mn bond. The DRS results showed
that Mn2+ doped into TiO2 enables to reduce the band gap energy of TiO2 from 3.2 eV
to 1.82 eV as well as to extend the photon absorbing zone of TiO2 from ultra-violet
toward visible wavelengths. Photocatalytic efficiency of the TiO2 promoted by Mn2+
(90 %) has been found to be higher than those of pure TiO2 powder (P25-Degussa).


A

DANH

HÌNH ............................................................................................ I

DANH

........................................................................................ III

DANH

CÁC KÝ

.............................................. IV

........................................................................................................... 1
1:

QUAN ............................................................................. 4

1.1 QUÁ TRÌNH QUANG HĨA XÚC TÁC BÁN D N:.......................................... 4
1.2 GI I THI U V V T LI U TiO2 ....................................................................... 5
1.2.1. C u trúc: ........................................................................................................ 5
1.2.2 Tính ch t v t lý: .............................................................................................. 6
1.2.3 Tính ch t hóa h c: .......................................................................................... 7
1.2.4 Tính ch t xúc tác quang c a TiO2: ................................................................ 8
1.2.5 Nh ng y u t

n ho t tính xúc tác quang: ................................ 10
.......................................................................................... 10
........................................................................................ 10

............................................................................................... 11
t ng h p: ............................................................................... 11

1.3 CÁC NGHIÊN C U BI

NÂNG CAO

NG D NG XÚC TÁC

C A TiO2: ................................................................................................................. 11
1.3.1 Bi n tính b i nguyên t kim lo i: ................................................................. 11

1.4

2

........ 12

2

.................................... 13

NG D NG C A V T LI U TiO2: ................................................................. 13

1.4.1

ng d ng trong xúc tác quang hóa x

GVHD: TS NGÔ THANH AN

ng .................................. 14


B

1.4.2

ng d ng làm ch

làm s ch, v t li u t

làm s ch và ch t d o:............................................................................................. 14
1.4.3 X lý các ion kim lo i n

c: ...................................................... 15

1.5 GI I THI U V MANGAN: ............................................................................. 16
1.5.1 Gi i thi u chung : ......................................................................................... 16
1.5.2 Tính ch t: ...................................................................................................... 16
.................................................................................. 16
................................................................................. 16
Mn(IV) ................................................................................ 17
NG H P H XÚC TÁC -

NG K T T A: ............ 17

U TÍNH CH T H V T LI U:............. 18
u x tia X (XRD) ............................................................. 18
1.7.2 Ph

háp h ng ngo i (IR): ..................................................................... 20

1.7.3 P

di n tích b m t h p ph

khí Brunauer

Emmett

Teller

(BET) ..................................................................................................................... 21
1.7.4 Ph

háp ph h p th UV-VIS: ............................................................. 22

1.7.5 Ph

pháp kính hi n vi

n t

quét SEM (Scanning Electron

Microscopy):.......................................................................................................... 23
ph n x khu ch tán (DRS): ............................................. 24
....................................................................... 25
2:

...................................................................... 26

2.1 HÓA CH T, D NG C VÀ THI T B : ........................................................... 26
2.1.1 Hóa ch t: ....................................................................................................... 26
2.1.2 D ng c và thi t b : ...................................................................................... 26
2.

C NGHI M: ................................................................... 27
2.2.1 T ng h p v t li u t h p Mn-TiO2:.............................................................. 27

GVHD: TS NGÔ THANH AN


C

............................................................................ 27
....................................................... 28
2.2.2 Th nghi m ho t tính xúc tác quang c a các h v t li

ng h p: ........ 31

.................................................................................. 31
......................................................................................... 32
3:

VÀ

..................................................... 34

3.1 QUÁ TRÌNH CHUY N HÓA TiO2 THÀNH D NG D TAN ........................ 34

3.1.1
3.1.2 L

ng c a t l TiO2

u ch TiSO4: ............. 34
ng Ti4+: ................................................ 35

ng chu

C TÍNH HĨA LÝ C A V T LI U.............................................................. 34
3.2.1 C u trúc v t li u: .......................................................................................... 36
3.2.2 Phân tích nhi t kh

ng TGA: ................................................................. 38

3.2.3 Di n tích b m t: .......................................................................................... 39
3.2.4 Ph ph n x khu ch tán DRS ....................................................................... 40
3.2.5 Ph h ng ngo i IR: ....................................................................................... 43
3.2.6 K t qu

Raman: ............................................................................... 45

3.2.7 Vi c u trúc c a v t li u: ................................................................................ 45
T TÍNH XÚC TÁC QUANG C A V T LI U: ................... 48
3.3.1 L

ng chu

nh n

MB : .................................................... 48

3.3.2

ng c a pH và nhi

3.3.3

ng c a th i gian chi u sáng và n

3.3.4

ng c a t l tác ch

nung t i ho t tính xúc tác: ......................... 49
dung d ch MB: ................ 50

n ho t tính xúc tác quang c a h

v t li u: .................................................................................................................. 52
3.3.5

ng c

3.3.6

ng c a ngu

GVHD: TS NGÔ THANH AN

ng ch t xúc tác: ...................................................... 54
n ho t tính xúc tác: ...................................... 55


D

3.3.7 Ph UV-Vis khi phân h y MB: ................................................................... 56
IV:

VÀ

................................................... 58

4.1. K T LU N: ....................................................................................................... 58
4.2. KI N NGH : ....................................................................................................... 58

GVHD: TS NGÔ THANH AN


i

DANH M C HÌNH
2:

(A) Rutile, (B) Anatase, (C) Brookite

.......................................................................................................................................... 5
2 ......................................... 8

se và rutile ........................................................ 9
2 ......................................... 14

quang xúc tác ....................... 14

2

...................................................................... 19
............................................................................... 20
..................................................................................... 21
Hình 1.9:

................................................................................ 24
-TiO2 ................................................................ 28
........................................................ 31
4+

.................................................................. 35

-Ti (a) TL 1:1, nung 7000C/2h (b), TL 1:2 (c) TL 1:5 (d)
0

C/3h. ............................................. 37

-Ti TL 1:1, pH8, nung 7000C/3h. ................................... 37
-Ti TL 1:1, pH8................ 38
-Ti TL 1:1, pH8, 7000/3h ..... 39
Hì

2

0

C/3h ........................................... 41

-Ti khác nhau: ............................. 43
(a)TL 1:1, (b)TL 1:2, (c)TL 1:10, (d) TiO2 .................................................................... 43
2,

(b)MnO, (c) MnO-TiO2

)Mn-TiO2 1:1

........................................................................................... 44
2.

(b) MnO (c) Mn-Ti TL 1:1 .................. 45
0

GVHD: TS NGÔ THANH AN

/3h; (b)7000/3h.......... 46


ii

0

/3h ...................... 47

.................................................................................. 49

.......................... 49
...................... 52

0
0

........................................................................................................................................ 53
0
0

C/3h. ................................................................................... 54
............ 55

0

-

0=

10 ppm); (b)Sau 20 phút; (c) Sau 40 phút; (d)

Sau 90 phút; (e) Sau 150 phút. ....................................................................................... 56
Hình 3.1

GVHD: TS NGƠ THANH AN

................................. 57


iii

DANH M C B NG
2 .................................... 6
2

anatase và rutile ........................................... 6

2/NaOH ................................................................ 28
4/H2SO4:

......................................................... 29

............................................................................... 32
2

TiO2 ................................................................................................................................ 34
4+

bg

................................................................ 35

-

........................................................................................................................................ 41
bg

-

.................... 43

................................................................................... 48

GVHD: TS NGÔ THANH AN


iv

DANH M C CÁC KÝ HI U CH
UV - Vis: T ngo i

Kh ki n

e-CB. - h+VB: C p electron quang sinh
Ebg

VI T T T

ng vùng c m

TL: t l
MB: Methylen Blue
Dd:
n
ppm:
TGA: Phân tích nhi t tr

ng

Ph IR: Ph h ng ngo i

Ph DRS: Ph ph n x khu ch tán
SEM: Kính hi

n t quét

XRD: Nhi u x Tia X
SBET:

GVHD: TS NGÔ THANH AN

l tr ng quang sinh


1

M

U

Quang xúc tác bán d n là quá trình oxy hóa nâng cao do s hình thành các g c t
do hydroxyl *OH, ion superoxyt O2- khi có ngu
ch t quang xúc tác bán d n
2

c nghiên c u

là ch t quang xúc tác

ng kích thích [1]. M t s
: TiO2, ZnO, SnO2, MoS2...Trong

c s d ng nhi u nh

x lý các ch t ơ nhi m

c và khơng khí.
c a quá trình quang xúc tác trên TiO2
vùng c

n t t tr

c gi i thích là do s chuy n

u sang tr

ánh sáng UV. K t qu d

ng c a

n trên b m t ch t bán d n s hình thành các c p electron

n tích âm (e-CB) và l tr
(h+VB) d

n các q trình oxy hóa v i h+VB và kh v i e-CB. C p h+VB và e-CB hình

thành s di chuy n ra b m

ph n ng v i các ch t h p ph trên b m t xúc tác t o

thành g c t do hydroxyl (*OH) và g c ion superoxyt (O-2) - tác nhân chính c a q
trình oxy hóa nâng cao [1-3].
TiO2 có

ng vùng c m (Ebg) khá cao 3 -3.2 eV

ng ngu

c sóng nh

ng v i m

380 nm nên TiO2 ch có kh

tác trong vùng ánh sáng UV.

chi m 3% -5% trong dãy ph

ánh sáng m t tr i [4]. M t khác, ph n ng tái k t h p c a c p e-CB. - h+VB di n ra r t
nhanh ch kho ng 10 ns gây gi m ho t tính xúc tác [5].

y,

nâng cao kh

m vi ng d ng c a TiO2 c n ph i thu h
m r ng vùng ho
c p e-CB - h+VB

ng vùng c m

ng quang sang vùng kh ki n và h n ch t

t o nhi u g c oxy hóa *OH.

tái k t h p

nhi u nghiên c u

n tính TiO2 b ng cách t h p TiO2 v i các kim lo i, oxyt kim lo i
khác, các phi kim ho c c h n h p b ng nhi
Bi n tính TiO2 b ng kim lo i

ch t o khác nhau.

là thay th m t ph n Ti trong m ng tinh th

TiO2 b ng các kim lo i khác. Kim lo i thay th ch y u là kim lo i chuy n ti p, vì có
GVHD: TS NGƠ THANH AN


2

orbital d tr ng, có vai trị b t gi e-CB
gi a c p h+VB và e- CB, t

vùng d

àm gi m t

u ki n thu n l i cho g c *OH c

tái k t h p

th i gian ho t

Ngoài ra, s can thi p v c u trúc c a kim lo i pha t p vào s
i vùng ánh sáng ho

ng.
ng

ng c a TiO2. Nhi u nghiên c

th y bi n tính TiO2 b ng các kim lo i chuy n ti p có th

u qu xúc tác

quang c a TiO2 [6-9].
Hiromi Yamashita và c ng s [10]
ti p

y thành công nh ng ion kim lo i chuy n

V, Cr, Mn vào c u trúc c a TiO2 t o ra h v t li u có kh
i ánh sáng kh ki n. Nhóm tác gi Guo Wei Zhou [11]

công MnTiO3 b

lý 2ng h p thành

và cho th y d i h p th c a TiO2

chuy n

sang vùng ánh sáng kh ki n 400-700 nm. Sunil Dutta Sharma [12]
màng m ng TiO2 bi n tính b ng Mn có kh

t o

lý Methylen blue (MB) trong

vùng ánh sáng kh ki n. Mohamed bi n tính TiO2 b ng Mn theo hai

-

m có th x lý thu c nhu m indigo carmine [13].
y, vi c bi n tính TiO2 b ng kim lo i chuy n ti p
khoa h c quan tâm. Theo các công b
c, ho t tính xúc tác c a v t li

r

ng nghiên c u c a nh ng bài báo trong
c bi

c s cao trong

vùng ánh sáng kh ki n và h u h t các ngu n nguyên li
v

t ti n v a khó b o qu

g c titan h

TiO2 cơng nghi p r t d mua và d s

d ng, Mangan là m t trong nh ng kim lo i chuy n ti
li

c các nhà

n hình, ngu n nguyên

ú và r ti n. V i mong mu n tìm hi
m c a v t li u TiO2 khi có ion kim lo

khoa h c
u trúc c a nó,

tài

Nghiên c u bi n tính TiO2 b ng Mangan ng d ng cho ph n ng quang hóa xúc
tác trong vùng ánh sáng kh ki n s

t ph n nh trong nhóm nghiên c u

bi n tính TiO2 b ng kim lo i chuy n ti p có hi u qu xúc tác quang
kh ki n.

GVHD: TS NGÔ THANH AN

vùng ánh sáng


3

-TiO2
trong vùng ánh sáng
y ut

lý

màu MB và kh o sát m t s

n q trình bi n tính TiO2 b ng Mangan.
Nh ng k t qu nghiên c u là m t

khoa h c v bi n tính quang xúc tác c a

TiO2 b ng dãy kim lo i chuy n ti p
t n d ng ngu
phong phú c a t nhiên

tài còn

ng t nhiên ánh sáng m t tr i
c xúc tác quang

mang màu trong công ngh x lý mơi

GVHD: TS NGƠ THANH AN

ng.

m r ng ng d ng
ngu

ng tái t o

x lý h p các h p ch t h u


4

1: T NG QUAN
1.1 QUÁ T

:

Ph n ng quang xúc tác là các ph n ng x

i tác d

ng th i c a ánh

sáng và ch t xúc tác. Ánh sáng chính là tác nhân kích ho t ch t xúc tác, giúp cho ph n
ng x y ra. Khi có s kích thích c a ánh sáng, trong ch t bán d n s t o ra c
- l tr ng và có s

nt

i electron gi a các ch t b h p th , thông qua c u n i là ch t

bán d n. Nói cách khác, ch

ph n ng b ng

cách t o ra các g c hydroxyl *OH có tính oxy hóa cao [1].
t li u bán d n là v t li u có tính ch t trung gian gi a v t li u d
và v t li

n

n. V i v t li u bán d n, vùng d n và vùng hóa tr cách nhau b i

kho ng

ng Ebg

ng vùng c m) nh

Q trình quang hóa xúc tác bán d n bao g m nhi u lo i ph n
kh , dehydro hóa, chuy n hydrogen, ph n ng tách ch
th c hi n trong nhi

oxy hóa

c h i ra kh

ng pha khí và pha l ng. Tồn b q

trình quang hóa xúc tác bán d n có th

n chính sau:

Chuy n ch t ph n ng t pha l ng lên b m t xúc tác.
H p ph ch t ph n ng trên b m t xúc tác.
Ph n ng trên l p h p ph .
Gi i h p ph cho s n ph m.
Chuy n ch t h p ph t b m t xúc tác vào pha l ng
c kích thích b

ng l

ng vùng c m

Ebg, các electron t vùng hóa tr s nh y lên vùng d n. K t qu trên b m t ch t bán
d n s hình thành các c p:

n tích âm (e-CB) và l tr ng
h+VB). Chính các electron và l tr ng này là nguyên

nhân d

n cá c quá trình hóa h c x y ra bao g m q trình oxy hóa v i h+VB và kh

v i e-CB [1-3].

GVHD: TS NGÔ THANH AN

5

M t s ch t bán d n là kim lo
c m nh

n và sunfua kim lo

ng vùng

TiO2 (Ebg = 3.2 eV), WO3 (Ebg = 2.8 eV), CdS (Ebg = 2.5

1.2

TiO2

1.2.1. C u trúc:
TiO2 trong t nhiên t n t i 4 d ng thù hình v i 3 c u trúc tinh th là rutile
(tetragonal), anatase (tetragonal), và brookite (orthorhombic) (hình 1.1) và d ng vơ
nh hình. H ng s m

dài liên k t Ti O, và góc liên k t c a ba pha tinh th

c trình bày trong b ng 1.1

Hình 1.1. Các d ng thù hình khác nhau c a TiO2: (A) Rutile, (B) Anatase, (C) Brookite
C u trúc m

i tinh th c

c xây d ng t

n ph i trí tám m t (octahedra) TiO6 n i v i nhau qua c nh ho
oxy chung (hình I.2). M i ion Ti+4

c bao quanh b i tám m t t o b i sáu ion O2-.

Rutile là d ng b n ph bi n nh t c a TiO2, có m
ion Ti4+

nh

c ion O2- bao quanh ki u bát di

it

i
n hình c a h p ch t

có công th c MX2, anatase và brookite là các d ng gi b n và chuy n thành rutile khi
nhi

cao [3], [8]. Các d ng tinh th c a TiO2 t n t i trong t
có rutile và anatase

GVHD: TS NGÔ THANH AN

d

c t ng h p

nhi


6

th

c s d ng trong th c t làm ch t màu, ch

tác... Brookite b h n ch b i vi

n, ch t xúc

u ch brookite s ch không l n rutile ho c anatase

.
B ng 1

c tính c u trúc c a các d ng thù hình c a TiO2

Thù hình

Rutile

D ng tinh th

T

Anatase
T

Brookite
ch

Tr c thoi

Th tích mol

46.693

20.156

19.377

Phân t

79.89

79.89

79.89

4.58

3.78

9.18

a

-

-

5.44

b

2.95

9,49

5.14

ng

Thơng s m ng
(A0 )

c
1.2.2 Tính ch t v t lý:
oxyt là ch t r n màu tr ng, tinh th TiO2 có

c ng cao, khó nóng ch y

(tnc = 1870oC,).
B ng 1.2. M t s tính ch t v t lý c a TiO2 anatase và rutile
Lý tính

0
3

)

GVHD: TS NGƠ THANH AN

Anatase
C)

Rutile

1800

1870

3.84

4.2

5.5 6.0

6.0 7.0

2.52

2.71

31

114

12.96

13.2


7

1.2.3 Tính ch t hóa h c:
TiO2

m t hóa h c, không tác d ng v

và ki m (tr HF), tác d ng khá ch m v i axit H2SO4 n

c, dung d ch lỗng c a axit
cao khi

nóng lâu, tác

d ng v i ki m nóng ch y [14]:
Ti(SO4)2 + 2H2O

TiO2 + 2H2SO4
TiO2 + 2NaOH

Na2TiO3 + H2O

Khi pha loãng Na2TiO3 trong H2O thì Na2TiO3 b th y phân t o TiO2.nH2O và

NaOH:
Na2TiO3 + 2H2O
TiO2

TiO2.nH2O + 2NaOH
2[TiF6]

TiO2 + 2K2S2O7
nhi

+ 2H2O
4 )2

+ 2K2SO4

cao TiO2 có th ph n ng v i cacbonat và oxyt kim lo

các mu i titanat.
TiO2 + MCO3

(MTi)O3 + CO2

(V i M là Ca, Mg, Ba, Sr)
(MTi)O3

TiO2 + MO
(M là Pb, Mn, Fe, Co)
TiO2 + Na2CO3

2TiO3

+ CO2

TiO2 d b hidro, cacbon monooxyt và titan kim lo i kh v các oxyt th
2TiO2 + H2

2 O3

TiO2 + H2

TiO + H2O

2TiO2 + CO
3TiO2 + Ti

+ H2 O

Ti2O3 + CO2
2Ti2O3

TiO2

GVHD: TS NGÔ THANH AN

t o thành


8

1.2.4 Tính ch t xúc tác quang c a TiO2:

Xúc tác là ch t có tác d ng làm gi

ng ho t hóa c a ph n ng hố h c

và không b m t sau khi ph n ng. N

c kích thích b ng ánh

c g i là quá trình quang xúc tác.

quá trình quang xúc tác trên TiO2
Khi ch t quang bán d

c chi u sáng b i các photon, các electron trên vùng

hóa tr b kích thích nh y lên vùng d n, v

u ki

ng các photon ph

t

m

ng gi a vùng d n và vùng hóa tr , k t qu vùng d n s có các electron

(e-cb

n tích âm, và trên vùng hóa tr có nh ng l tr

(h+vb)
+

Các l tr

c x y ra ph n ng

vb

t o g c t do Hydroxyl *OH:
h+vb + H2

+

(1)

h+vb + OHn (e-cb), n u có m t O2

Khi có m
c x y ra ph n ng t o g c t do *OH:
e-cb + O2
2O2- + 2 H2

-

(2)

2
2O 2

H2O + e-cb
GVHD: TS NGÔ THANH AN

+ 2 OH- +O2
-

ng


9

V

t tính xúc tác c a TiO2 ph

ph n ng
n e-cb trên vùng

nh ng ch t ti p nh n không thu n ngh ch các electron nh
+

d n tr v l tr
s ng c a l tr ng, các ch

vb)

trên vùng hóa tr

kéo dài th i gian

ng là O2, O3, H2O2.

Hình 1.3: Gi

ng c a anatase và rutile

Anatase có kh

n nh t trong ba c u trúc này cho nên nó thu

hút chú ý c a nhi u nhà khoa h c trong nh
r ng kh

aa

b m tc

u gi thuy t cho
a rutile là do: ti t di n hi u d ng

u trúc rutile x p ch
kh

c dù m c Fermi c a

p th

Vùng hóa tr c

h ra trên gi

là x p x b ng nhau và
c kích

thích b

c sóng thích h p, các electron hóa tr s tách ra kh i liên k t,

chuy n lên vùng d n, t o ra m t l tr ng
electron khác có th nh y vào v
GVHD: TS NGƠ THANH AN

vùng hóa tr . Các
n tích t

ng th i t o ra


10

m t l tr ng m i ngay t i v trí mà nó v
t do chuy

y l tr

n tích

ng trong vùng hóa tr .

Các l tr ng này mang tính oxy hóa m nh và có kh

c thành

ts g ch
TiO2(h+) + H2

*

+ H+ + TiO2

Vùng d n c a rutile có giá tr g n v i th kh
0 eV), trong khi v

c thành khí hidro (th chu n là

c này m

i m t th kh

thì anatase có kh

O2 thành O2-

anatase các electron chuy n lên vùng d n có kh

O2 thành O2-.

m

y là

Chính các g c OH* và O2- v i vai trò quan tr ng ngang nhau có kh
h y các h p ch t h

2O

và CO2 .

1.2.5 Nh ng y u t
1.2.5.1

n ho t tính xúc tác quang:

c h t:
t hi u qu

gi

ch

c h t bán d n nh , vì v y ph i

u qu c a xúc tác [15]. K

t ng di n tích b m t c a xúc tác càng l n, kh
tác ch

c h t càng nh thì

p nh n ánh sáng và ti p xúc v i

u qu c a q trình. Tuy nhiên, khơng ph i ho t tính xúc
ng bi n v i vi c gi

c h t nh

c h t mà ho t tính ch

tt

kích

nh [16].

1.2.5.2 Thành ph n pha:
Pha tinh th anatase và rutile có
ch t xúc tác. Anatase là d
tính quang c

ng nhi u

n ho t tính quang hóa c a

c s d ng ch y u trong ph n ng quang hóa vì ho t
khác nhau v

c tính quang c a hai pha tinh th

trên có th do nhi

gi a e-CB và h+VB c

GVHD: TS NGÔ THANH AN

tái k t h p
u so v i anatase [17-19].


11

Tuy nhiên, nhi u cơng trình nghiên c u cho th y ho t tính quang hóa xúc tác c a
TiO2

ng bi n v

ng anatase mà ch

tt

i m t t l c u trúc

ng vùng c

ng v i

anatase/rutile thích h p [20,21].
1.2.5.3 Ngu n sáng:
M i ch t xúc tác bán d n có m
m t

c sóng h p th
cb

nh

c sóng c

ng l n

ng vùng c m c a ch t quang xúc tác thì m i có th kích thích

ho t tính c a chúng [22]. Vì th , ho t tính xúc tác

ch u

ng l n c

ng

ngu n sáng.
1.2.6

t ng h p:

t ng h p các v t li u TiO2

c nano mét, có th dùng c

u ch nano khác nhau ch ng h
-gel

pháp Micelle và Inverse Micelle
y nhi t
oxy hóa tr c ti p

d ng microwave

TiO2:
1.3.1 Bi n tính b i nguyên t kim lo i:
u ch v t li u TiO2 bi n tính b i kim lo i có th
thành 3 lo
c u trúc TiO2.

GVHD: TS NGÔ THANH AN

t, x lý nhi

c chia

cao, và c y ghép ion vào trong