Khả năng xúc tác quang của tio2 biến tính n tổng hợp bằng phương pháp đun hồi lưu

Science & Technology Development, Vol 15, No.T3- 2012
KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC CỦA TiO2 TẠP HÓA NITƠ TỔNG HỢP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ðUN HỒI LƯU
Trần Thị Xuân Duyên, Lê Thị Sở Như
Trường ðại học Khoa học Tự nhiên, ðHQG – HCM
(Bài nhận ngày 21 tháng 08 năm 2012, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 13 tháng 09 năm 2012)

TÓM TẮT: Bột TiO2 tạp hóa với N ñược tạo ra bằng phương pháp thủy phân tiền chất
Ti(C3H7O)4 kết hợp với ñun hồi lưu ở nhiệt ñộ khoảng 1000C. Ảnh hưởng của sự biến tính N, thời gian
ñun hồi lưu, sự hiện diện của H2O2 trong dung dịch hồi lưu ñến sự hình thành tinh thể TiO2 và hoạt tính
quang xúc tác của chúng ñã ñược khảo sát. ðặc trưng hóa lí của mẫu tạo thành ñược xác ñịnh bằng các
phương pháp XRD, FE-SEM, DRS, FTIR, BET, EDS. Hoạt tính quang xúc tác của các mẫu TiO2 ñược
xác ñịnh bởi sự giảm ñộ hấp thu quang của methylen xanh dưới bức xạ UVA và Vis. Kết quả nghiên cứu
cho thấy các mẫu TiO2 tạp hóa N có hoạt tính quang xúc tác cao hơn mẫu TiO2 không biến tính. Sự ñun
hồi lưu các mẫu TiO2 biến tính N trong dung dịch nước chỉ tạo pha anatase, nhưng ñun hồi lưu với
H2O2 tạo hỗn hợp pha anatase- rutile với bề mặt xốp, làm tăng ñáng kể diện tích bề mặt và hoạt tính
quang xúc tác của TiO2. Ngoài ra, kéo dài thời gian ñun hồi lưu trong H2O2 hoặc trong nước từ 2 giờ
ñến 10 giờ làm tăng ñộ tinh thể hóa của TiO, nhưng không làm ảnh hưởng ñáng kể ñến thành phần pha
tinh thể của TiO2 cũng như hoạt tính xúc tác quang của chúng.
Từ khóa: TiO2, TiO2 tạp hóa N, ñun hồi lưu, H2O2, hoạt tính xúc tác quang, methylen xanh.
MỞ ðẦU

quang hóa của TiO2 qua vùng khả kiến. Một

Khả năng quang oxi hóa của TiO2 ñã ñược

trong các phương pháp thu hút nhiều sự quan

biết tới lần ñầu tiên vào năm 1977 [1]. Từ ñó

tâm là tạp hóa (doping) các nguyên tố hóa học

ñến nay, TiO2 ñược coi là một trong những tác

khác nhau (có thể là kim loại hay phi kim) lên

nhân hứa hẹn nhất trong việc làm sạch môi

TiO2.

trường do có tính bền hóa học, không ñộc, và

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy TiO2 pha

giá thành không quá ñắt. Tuy nhiên, việc sử

tạp nitơ rất hứa hẹn trong việc tăng hoạt tính

dụng TiO2 trong thực tế bị hạn chế do năng

quang hóa của TiO2 trong vùng khả kiến [2-7].

lượng vùng cấm của nó khá lớn (3,0 eV ñối với

Có rất nhiều cách khác nhau ñể ñiều chế TiO2

Rutil và 3,2 eV ñối với Anatase). Với năng

pha tạp N như phương pháp sol-gel, thủy nhiệt,

lượng vùng cấm như vậy, TiO2 chỉ hoạt ñộng

thủy phân, phún xạ… [4]. Các nghiên cứu khác

quang hóa chủ yếu trong vùng UV, tức là một

nhau cho thấy hoạt tính quang xúc tác của TiO2

phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời. ðể khắc

biến tính phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: bản

phục nhược ñiểm này, nhiều phương pháp khác

chất và hàm lượng chất biến tính, và ñặc biệt là

nhau ñã ñược nghiên cứu ñể chuyển hoạt tính

phương pháp ñiều chế chất xúc tác. Gần ñây,

Trang 56


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO T3- 2012
Ge v cng s [8] cho thy vic ủun hi lu gel

khụng thờm H2O2, v ủc ký hiu l TiN-2,

TiO2 trong dung dch H2O2 va cú tỏc dng

TiN-6, v TiN-10. Mu TiO2 khụng tp húa N

thỳc ủy quỏ trỡnh tinh th húa TiO2 nhit ủ

cng ủc ủiu ch bng phng phỏp ủun hi

thp, va nõng cao hot tớnh quang xỳc tỏc ca

lu nh trờn, nhng khụng dựng urờ v H2O2.

TiO2. Tuy nhiờn, cha cú cụng b no v ủiu

Thi gian ủun hi lu mu ny l 10 gi, mu

ch TiO2 pha tp bng phng phỏp ủun hi

ủc ký hiu l Ti-10.

lu gel TiO2. Hn na, vai trũ ca vic ủun hi

Cu trỳc tinh th ca cỏc mu ủc xỏc ủnh

lu ủi vi s tinh th húa ca TiO2 cng cha

bng phng phỏp nhiu x tia X (XRD). Thớ

ủc bit rừ rng. Do ủú, trong ủ ti ny

nghim ủc thc hin ti trung tõm thit b

chỳng tụi s tin hnh nghiờn cu nh hng

khoa hc v phõn tớch húa lý, Vin Khoa hc

ca s ủun hi lu ủn s to thnh tinh th v

Vt liu ng dng thnh ph H Chớ Minh trờn

hot tớnh quang húa ca TiO2 cú tp húa N.

mỏy D8 Advance ca hóng Bruker c (ủi

VT LIU - PHNG PHP

õm cc l Cu, K1 = 1,54060), gúc quột t

Cỏc húa cht chớnh dựng trong nghiờn cu

2070o (2), bc nhy gúc 2 l 0,03o, thi

ny gm tetraisopropyl orthotitanate (TTiP,

gian lu mi bc l 0,8 s. T l pha anatase

loi AR, Merck), urờ (AR,Guangdong), ethanol

v rutile ca cỏc mu ủc xỏc ủnh theo

tuyt ủi (EtOH, AR, Guangdong), H2O2 30%

phng phỏp Rietveld chy trờn phn mm

(AR, Guangdong). Cỏc mu TiO2 tp húa N

Xpert Highscore Plus. Kớch thc trung bỡnh

ủc ủiu ch bng cỏch cho t t TTiP, ri

ca tinh th ủc tớnh theo cụng thc Scherrer

dung dch urờ 1 M vo EtOH khuy ủu theo t

[3] vi 2 = 25,3o cho pha anatase, v 27,5o cho

l th tớch TTiP/EtOH /Urờ = 1/19/1 [3]. Sau

pha rutile. Hỡnh thỏi mu, mc ủ phõn b ht

khi cho ht urờ, dung dch ủc dn ri xut hin

ủc ủo trờn thit b kớnh hin vi ủin t quột

kt ta trng. Lc, ra v thu kt ta vo bỡnh

phỏt x trng (FE-SEM) thc hin ti phũng

cu, sau ủú cho tip nc ct vo, khuy ủ

thớ nghim khu Cụng Ngh Cao thnh ph H

phõn tỏn kt ta trong nc, tip tc cho t t

Chớ Minh, trờn mỏy S-4800 ca hóng Hitachi

dung dch H2O2 vo, khuy cho ủn khi to

Nht Bn. Ph tỏn x nng lng (EDS) ủc

thnh sol mu vng ủm. T l th tớch gia

ủo phũng thớ nghim vt liu nano y sinh,

TTiP/ nc ct/ H2O2 l 1/15/1,5 [8].

Tin

Vin Khoa hc v Cụng ngh Vit Nam, thc

hnh ủun hi lu hn hp trong bỡnh nhit ủ

hin trờn mỏy 6490 (LA) ủ ủnh lng nguyờn

khong 100 oC trong thi gian 2, 6, hoc 10

t. Phộp ủo quang ph hng ngoi dựng phộp

gi. Lc, ra sn phm v sy trong 2 gi

bin ủi Fourier (FTIR) ủc tin hnh ti

o

110 C, thu ủc cỏc mu ủun hi lu trong

trung tõm thit b khoa hc v phõn tớch húa lý,

dung dch H2O2, ký hiu l TiN-H-2, TiN-H-6,

Vin Khoa hc Vt liu ng dng thnh ph

TiN-H-10. Cỏc mu ủun hi lu trong dung

H Chớ Minh trờn mỏy EQUINOX 55 ca hóng

dch nc cng ủc ủiu ch tng t, nhng

Bruker (c) nhm nghiờn cu cỏc nhúm chc

Trang 57


Science & Technology Development, Vol 15, No.T3- 2012
trên bề mặt các mẫu TiO2. Phổ phản xạ khuếch

tích 90-110 phút, nhiệt ñộ phân tích mẫu là

tán (DRS) ñược tiến hành tại phòng Khoa học

-196 oC. Hoạt tính quang xúc tác của các mẫu

Vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng

TiO2 ñược xác ñịnh theo sự giảm ñộ hấp thu

thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng ñể khảo sát

quang của methylen xanh (MB) dưới bức xạ

khả năng hấp thu ánh sáng của các mẫu trong

UVA và VIS. Mật ñộ quang của dung dịch

vùng UV và Vis với khoảng bước sóng khảo

ñược ño ở bước sóng λ = 660 nm trên máy

sát từ 300 -700 nm, thực hiện trên máy V-550 -

Optima SP-300. Khối lượng mẫu xúc tác sử

C2951309. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu

dụng trong mỗi thí nghiệm khảo sát là 0,1 gam,

ñược ño bằng phương pháp BET, tiến hành trên

thể tích dung dịch MB 1,2 ×10-5 M là 200,0

máy Quantachrome version 11.0, khí sử dụng

mL. ðèn UVA (Trung Quốc) và ñèn VIS (ñèn

phân tích là nitơ, nhiệt ñộ ñuổi khí trong mẫu là

compact ðiện Quang) sử dụng trong các thí

o

150 C, thời gian ñuổi khí là 2h, thời gian phân

nghiệm ñều có công suất 9 W.

TiN-6
TiN-H-6
Ti-10

Hình 1. Phổ FT-IR của các mẫu Ti-10, TiN-6 và TiN-H-6

KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

theo khối lượng. Dù hàm lượng N trong mẫu

ðặc tính hóa lí của các mẫu

xác ñịnh từ phổ EDS khá thấp so với lượng N

Khác với mẫu TiO2 không có N (Ti-10), phổ

ñưa vào theo lý thuyết (khoảng 9% khối

FT-IR của hai mẫu TiO2 có biến tính N (TiN-6

lượng), kết quả cho thấy ñưa urê vào quá trình

và TiN-H-6) có xuất hiện pic hấp thu mới ở

thủy phân dung dịch TTiP có thể tạo TiO2 tạp

khoảng 1400 cm-1 (Hình 1). Pic này thể hiện

hóa N. Ngoài ra, trên phổ FT-IR của các mẫu

dao ñộng hóa trị của liên kết N-H, chứng tỏ sự

cũng thấy ñược các dao ñộng hóa trị và biến

có mặt của N trong các mẫu có biến tính nitơ

dạng của nhóm –OH (pic hấp thu rộng ở 3100-

[8]. ðiều này cũng ñược xác nhận từ kết quả

3500 cm-1 và pic 1626-1629 cm-1), và các dao

phổ EDS: hàm lượng N trong các mẫu Ti-10,

ñộng của liên kết Ti-O (636-654 cm-1) [8].

TiN-6 và TiN-H-6 lần lượt là 0, 2,02, và 1,97%

Trang 58

TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO T3- 2012
Ph XRD (Hỡnh 2) cho thy ủó cú s hỡnh

rutile vi t l rutil khỏ cao (khong 45% rutil

thnh tinh th cỏc mu ủiu ch bng phng

v 55% anatase). Nh vy, ủun hi lu trong

phỏp ủun hi lu trong nghiờn cu ny. Tuy

dung dch nc hay dung dch H2O2 ủu thỳc

nhiờn ph XRD ca cỏc mu ủu cú ủng nn

ủy s tinh th húa TiO2, tuy nhiờn thnh phn

cũn g gh, cng ủ thp, mi rng, chng t

húa hc ca mu v thnh phn dung dch ủun

ủ tinh th húa cha cao. Trc ủõy, khi Ge v

hi lu ủu cú nh hng quan trng ti thnh

cng s [8] ủiu ch cỏc mu TiO2 thun bng

phn tinh th to thnh. Kt qu thnh phn

phng phỏp ủun hi lu trong dung dch

pha v kớch thc tinh th Bng 1 cng cho

H2O2, tinh th TiO2 thu ủc ch cú pha

thy thnh phn pha cỏc mu khụng thay ủi

anatase. Trong nghiờn cu ny, cỏc mu TiO2

ủỏng k khi thay ủi thi gian ủun hi lu. Khi

dự cú doping hay khụng doping vi N khi ủun

kộo di thi gian ủun hi lu t 2 gi ủn 10

hi lu trong dung dch nc ủu cú thnh

gi thỡ ủ tinh th húa v kớch thc tinh th cú

phn pha tinh th ch yu l anatase (xem Bng

tng, nhng khụng nhiu. Kt qu ny hi khỏc

1), hm lng pha rutil khụng ủỏng k, ch cú

vi ca Ge v cng s [8] khi ủun hi lu TiO2

0-3,5%, nm trong khong sai s ca phộp ủo.

thun trong dung dch H2O2 t 2-10 gi. thớ

Tuy nhiờn, khi ủun hi lu cỏc mu TiO2 bin

nghim ca Ge v cng s, ủ tinh th húa tng

tớnh N trong dung dch H2O2, cỏc mu to

khỏ rừ rng theo thi gian ủun hi lu trờn ph

thnh ủu l hn hp ca hai pha anatase v

XRD.

Bng 1.Thnh phn pha anatase, rutile v kớch thc tinh th ca cỏc mu
Mu

Ti-10

TiN-2

TiN-6

TiN-10

TiN-H-2

TiN-H-6

TiN-H-10

96,5

99

100

100

54,1

55,8

50,3

0

0

45,9

44,2

49,7

6

10,2

5

6,5

9,5

-

8,7

10,2

12,4

Thnh phn pha (%)

Anatase
Rutile

3,5

1

Kớch thc tinh th

Anatase

6,7

4,9

(nm)

Rutile

-

-

-

70 0

Ti-10
TiN-2

60 0

TiN-6
TiN-10

I

50 0

40 0

TiN-H-2
TiN-H-6
TiN-H-10

30 0

20 0
20

30

40

50

60

70

Anatase
Rutile

2 th e ta

Hỡnh 2. Ph XRD ca cỏc mu

Trang 59


Science & Technology Development, Vol 15, No.T3- 2012
Diện tích bề mặt riêng của các mẫu Ti-10,

ñồng ñều, xảy ra sự kết tụ hạt. Riêng mẫu TiN-

TiN-6, và TiN-H-6 xác ñịnh theo phương pháp

H-6 ñược ñun hồi lưu trong dung dịch H2O2 có

2

BET lần lượt là 93,9, 124,9, và 151,7 m /g. So

kích thước hạt lớn hơn, ñặc biệt ảnh FE-SEM

với xúc tác TiO2 tạo thành theo phương pháp

cho thấy bề mặt hạt có dạng xốp. ðây có thể là

truyền thống bằng cách thủy phân hoặc sol-gel

nguyên nhân khiến diện tích bề mặt riêng của

rồi nung thường có diện tích bề mặt riêng trong

TiN-H-6 cao hơn so với các mẫu Ti-10 và TiN-

2

khoảng 50-70 m /g [7], TiO2 tạo thành theo

6 ñun hồi lưu trong nước. Hình thái bề mặt của

phương pháp ñun hồi lưu có diện tích bề mặt

các mẫu cũng ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ

riêng cao hơn rõ rệt. Ngoài ra, việc doping N

MB của chúng. Chúng tôi nhận thấy rằng các

vào TiO2 cũng làm tăng diện tích bề mặt riêng

mẫu ñun hồi lưu trong nước (có hay không có

so với không doping N. Sự ñun hồi lưu TiO2-N

doping với N) ñều hấp phụ MB tương ñương

trong dung dịch H2O2 cũng làm diện tích bề

nhau, và thấp hơn các mẫu ñun hồi lưu trong

mặt riêng của mẫu tăng lên ñáng kể so với ñun

dung dịch H2O2 [9]. ðiều này phù hợp với sự

hồi lưu trong dung dịch nước. Ảnh FE-SEM

tạo thành bề mặt xốp có diện tích bề mặt riêng

của các mẫu Ti-10, TiN-6 và TiN-H-6 (Hình 3)

cao hơn của mẫu TiN-H-6 so với các mẫu Ti-

cho thấy các hạt TiO2 ñã phát triển thành tinh

10 và TiN-6.

thể có góc cạnh, các hạt có kích thước không

(b)

(a)

(c)

Hình 3. Ảnh FE-SEM của các mẫu a) Ti-10, b) TiN-6, c) TiN-H-6

Phổ phản xạ khuếch tán DRS (Hình 4) cho

lượt là 3,16, 3,01, và 2,90 eV. Như vậy, ngoài

thấy biên hấp thu ánh sáng của các mẫu chuyển

việc biến tính TiO2 với N, việc ñun hồi lưu

dần về vùng ánh sáng khả kiến theo thứ tự tăng

trong dung dịch H2O2 ñã làm tăng diện tích bề

dần từ Ti-10, TiN-6 và TiN-H-6. Năng lượng

mặt riêng, ñồng thời chuyển vùng hấp thu ánh

vùng cấm Eg của các mẫu tính dựa vào tiếp

sáng của mẫu về phía khả kiến.

tuyến của biên hấp thu của các mẫu trên lần

Trang 60


TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO T3- 2012
100
90

Ti-10
TiN-6

80

TiN-H-6

70
60

%R

50
40
30
20

10
0
300

400

500

600

700

( nm)
Hỡnh 4. Ph DRS ca Ti-10, TiN-6 v TiN-H-6

Hot tớnh quang xỳc tỏc ca cỏc mu ủiu

mu xỳc tỏc quang TiO2 bng phng phỏp

ch bng phng phỏp ủun hi lu

ủun hi lu, vic doping N vo TiO2 lm tng

Hỡnh 5 cho thy hot tớnh quang xỳc tỏc ca

hot tớnh quang xỳc tỏc ca chỳng. Kt qu ny

cỏc mu di bc x UVA cao hn di bc

tng t nh kt qu ca cỏc nghiờn cu ủiu

x VIS. Tuy nhiờn, di c hai loi bc x ny,

ch xỳc tỏc TiO2 doping N bng phng phỏp

hot tớnh quang xỳc tỏc ca cỏc mu ủu chia

nung ủó cụng b trc ủõy [3-7, 10], v ủó

thnh ba nhúm tng t nhau: cỏc mu TiO2

ủc gii thớch l do s hỡnh thnh cỏc mc

doping N ủun hi lu trong dung dch H2O2 cú

nng lng pha tp gia cỏc võn ủo húa tr

ủ chuyn húa MB cao nht, cỏc mu TiO2

ca N v O, dn ti gim nng lng band gap

doping N ủun hi lu vi dung dch H2O cú ủ

hoc gim tc ủ tỏi kt hp electron l trng

chuyn húa MB trung bỡnh, v cui cựng l

quang húa.

TiO2 khụng doping N. Nh vy khi ủiu ch

TiN-H-10
TiN-H-6
TiN-H-2
TiN-10
TiN-2
TiN-6

100
90
80

60
50
40

TiN-H-6
TiN-H-10
TiN-H-2

60
50
H (% )

H (%)

70

70

40

TiN-6
TiN-2

30

TiN-10

Ti-10

30

20

20

Ti-10
10

10
0

0

0

30 60 90 120 150 180 210 240 270

Thi gian (phỳt)

(a)

0

30

60

90

120 150 180 210 240 270
Thi gian (phỳt)

(b)

Hỡnh 5. Phn trm chuyn húa (H%) MB ca cỏc mu di bc x UVA (a) v VIS (b)

Trang 61


Science & Technology Development, Vol 15, No.T3- 2012
Thành phần dung dịch ñun hồi lưu là yếu tố

hồi lưu ở 2 giờ và 10 giờ kém hơn mẫu ñun hồi

ảnh hưởng ñáng kể ñến hoạt tính quang xúc tác

lưu trong 6 giờ.

của các mẫu: các mẫu ñun hồi lưu trong dung

KẾT LUẬN

dịch H2O2 có hoạt tính xúc tác quang của cao

Kết quả của nghiên cứu cho thấy ñưa dung

rõ rệt hơn các mẫu ñun hồi lưu trong dung dịch

dịch urê vào giai ñoạn thủy phân tiền chất Titan

H2O. Theo Li (trích trong [8]), sự hiện diện của

kết hợp với ñun hồi lưu ñã tạo ra các mẫu TiO2

dung dịch H2O2 khi ñiều chế mẫu có thể làm

biến tính N. Hơn nữa, phương pháp ñun hồi lưu

xuất hiện các nhóm peroxo trên bề mặt xúc tác,

trong dung dịch nước và dung dịch H2O2 ñều

dẫn tới dễ dàng tạo ra gốc tự do .OH khi ñược

thúc ñẩy sự hình thành tinh thể TiO2 doping N

hoạt hóa quang, làm tăng hoạt tính xúc tác

ở nhiệt ñộ thấp. Việc biến tính N lên TiO2 ñiều

quang của các mẫu TiO2 ñiều chế trong dung

chế bằng phương pháp ñun hồi lưu làm tăng

dịch H2O2. Ngoài ra, bề mặt xốp, diện tích bề

hoạt tính quang xúc tác của TiO2 thuần với

mặt lớn, khả năng hấp phụ MB cao của các

cách ñiều chế tương tự. Thành phần hóa học

mẫu ñun hồi lưu trong H2O2 cũng có thể ñóng

của TiO2 và thành phần dung dịch ñun hồi lưu

góp vào việc tăng hoạt tính quang của chúng.

ảnh hưởng rõ rệt ñến thành phần pha của TiO2

Kết hợp hoạt tính quang hóa với phổ XRD,

tạo thành: TiO2 doping N ñiều chế bằng

có thể nói yếu tố thời gian ñun hồi lưu (trong

phương pháp ñun hồi lưu trong dung dịch nước

khoảng 2-10 giờ) có ảnh hưởng không nhiều

chỉ tạo pha anatase, nhưng ñun hồi lưu trong

lên thành phần pha tinh thể của các mẫu cũng

dung dịch H2O2 tạo hỗn hợp cả hai pha rutile

như hoạt tính quang xúc tác của các mẫu trong

và anatase. Phương pháp ñun hồi lưu mặc dù

nghiên cứu của chúng tôi. Kết quả này có khác

tạo chất xúc tác có ñộ tinh thể hóa chưa cao,

biệt so với quan sát của Ge và cộng sự [8].

nhưng lại có diện tích bề mặt cao và hoạt tính

Trong nghiên cứu của Ge và cộng sự, mẫu

xúc tác cao. TiO2 doping N bằng phương pháp

TiO2 thuần ñun hồi lưu ở 6 giờ có hoạt tính

ñun hồi lưu trong dung dịch H2O2 có bề mặt

quang dưới ñèn UV cao hơn các mẫu ñun hồi

xốp, diện tích bề mặt riêng cao, và ñộ hấp thu

lưu ở 2 và 10 giờ. ðiều ñó ñược các tác giả [8]

quang chuyển mạnh vào vùng khả kiến. Kéo

cho là khi ñun hồi lưu 2 giờ thì ñộ tinh thể hóa

dài thời gian ñun hồi lưu từ 2 giờ ñến 10 giờ

của mẫu còn thấp nên hoạt tính quang không

làm tăng ñộ tinh thể hóa, nhưng không ảnh

cao, khi kéo dài thời gian ñun hồi lưu trong

hưởng nhiều ñến thành phần pha tinh thể của

dung dịch H2O2 thì ñộ tinh thể hóa tăng nhưng

mẫu TiO2 cũng như hoạt tính xúc tác quang của

lượng nhóm peroxo trên mẫu giảm dần, làm

nó.

cho hoạt tính quang xúc tác của các mẫu ñun

Trang 62

TAẽP CH PHAT TRIEN KH&CN, TAP 15, SO T3- 2012
PHOTOCATALYTIC ACTIVITIES OF NITROGEN-DOPED TIO2 SYNTHESIZED
BY REFLUX METHOD
Tran Thi Xuan Duyen, Le Thi So Nhu
University of Science, VNU-HCM

ABSTRACT: N-doped TiO2 powder was prepared by hydrolyzing titanium precursor combined
with refluxing at the temperature around 1000C. Effects of N doping, refluxing time, and the presence of
H2O2 in the refluxed solution on the formation of TiO2 and their photocatalytic activities were
investigated. The samples were characterized by XRD, FE-SEM, DRS, FTIR, BET, and EDS. Their
photocatalytic activities were characterized by photodegradation of methylene blue under UV and VIS
radiation. Results showed that the N-doped TiO2 samples presented higher photocatalytic activities than
undoped sample. The N-doped TiO2 refluxed in H2O2 solution performed porous samples with mixture
of anatase and rutil, leading to higher surface area and higher photocatalytic activities than those
refluxed in water. Increasing the reflux time from 2 hours to 10 hours improved the crystallinity of
samples, but insignificantly affected phase composition as well as photocatalytic activities of N-doped
TiO2.
Key words: TiO2, TiO2 doping N, reflux, H2O2 solution, photocatalytic activity, methylene blue.
[4]. S. Hu, A. Wang, X. Li, H. Lowe,

TI LIU THAM KHO
[1]. K. Hashimoto, H. Irie, A. Fujishima,
TiO2

Photocatalysis:

A

Historical

Overview and Future Prospects, AAPPS
Bulletin, 6, 12-28 (2007).
[2]. D. Lin, C. Guo-xi, M. Ying, J. Xiao-lin,
Y. Guo-tian, G. Shao-kang, Enhanced
photocatalytic degradation properties of
nitrogen-doped titania nanotube arrays,
Elsevier, 19, 1583-1587 (2009).
[3]. Y. Huang, Z. Xuxu, Y. Zhongyi, T.
Feng, F. Beibei, H. Keshan, J. Chin,
Preparation of Nitrogen-doped TiO2
Nanoparticle Catalyst and Its Catalytic
Activity under Visible Light, Chemistry
England, 15, 802807 (2007).

Hydrothermal
dispersed

synthesis

ultrafine

nanoparticles
photocatalytic

of

well-

N-doped

TiO2

with

enhanced

activity under

visible

light, Journal of Physics and Chemistry
of Solids, 71, 156162 (2010).
[5]. M. Xing, J. Zhang, F. Chen, New
approaches to prepare nitrogen-doped
TiO2 photocatalysts and study on their
photocatalytic activities in visible light,
Applied Catalysis B: Environmental, 89,
563569 (2009).
[6]. H.X. Huai, T.Y. Chao, H. Chun, Y.H.
Qing, C.C. Sheng, Preparation and
characterization of visible light active

Trang 63


Science & Technology Development, Vol 15, No.T3- 2012
nitrogen-doped

TiO2

photocatalyst,

[9]. T.T.X. Duyên, Khảo sát ảnh hưởng của

Journal of Enviromental Sciences, 4,

sự tạp hóa nitơ lên TiO2 ñến khả năng

562-565 (2005).

xúc tác quang hóa của TiO2 tổng hợp

[7]. J.Y. Bae, T.K. Yun, K.S. Ahn, K.S. Kim,

bằng phương pháp ñun hồi lưu, Luận văn

Visible-photoresponsive Nitrogen-Doped

thạc sĩ Hóa học, ðại học Khoa Học Tự

Mesoporous

Nhiên thành phố Hồ Chí Minh, (2012).

TiO2

Photoelectrochemical

Films
Cells,

for
Bull.

Korean Chem. Soc, 4, 925-928 (2010).
[8]. L. Ge, M. Xu, M. Sun, H. Fang, Low-

[10]. J. Ananpattarachai, P. Kajitvichyanukul,
S. Seraphind, Visible light absorption
ability

and

photocatalytic

oxidation

temperature synthesis of photocatalytic

activity of various interstitial N-doped

TiO2 thin film from aqueous anatase

TiO2 prepared from different nitrogen

precursor sols, Journal of

dopants,

Sol-Gel

Science Technology, 38, 47–53 (2006).

Trang 64

Journal

of

Hazardous

Materials, 168, 253–261(2009).