Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano tio2 biến tính bằng ag2o và cuo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

HOÀNG THỊ LINH

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
VÀ HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO TiO2
BIẾN TÍNH BẰNG Ag2O VÀ CuO

Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số: 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI ĐỨC NGUYÊN

Thái Nguyên, năm 2018

i


LỜI CAM ÐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS. Bùi Đức Nguyên. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung
thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự giúp đỡ cho
việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn
đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018
Tác giả luận văn

HOÀNG THỊ LINH

ii


Xác nhận của
Trưởng khoa
Hóa học

PGS.TS.
NGUYỄN
THỊ HIỀN
LAN

Xác nhận của
giáo viên
hướng dẫn

PGS.TS.
BÙI
ĐỨC
NGUYÊ
N

ii


LỜI CẢM ƠN
Luận văn đã được hoàn thành tại khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm, Đại

học Thái Nguyên. Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Đức
Nguyên người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn
thành luận văn.
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 các bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn thành luận văn.
Với khối lượng công việc lớn, thời gian nghiên cứu có hạn, khả năng nghiên
cứu còn hạn chế, chắc chắn luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong
nhận được các ý kiến đóng góp từ thầy giáo, cô giáo và bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018
Tác giả

Hoàng Thị Linh

3


MỤC LỤC
LỜI CAM ÐOAN ......................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 3
1.1.

Vật
liệu
nano
.............................................................................................................................3
1.2.
Tính
chất
quang
xúc
tác
............................................................................5

của

vật

TiO2

liệu

nano

TiO2

1.2.1. Giới thiệu về xúc tác quang bán dẫn.................................................................. 5
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang trên chất bán dẫn ............................................................ 5
1.3. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO TiO2 ........................................................ 9
1.3.1.
Xử
lý

chất
hữu
cơ
........................................................................9

độc

hại

ô

nhiễm
ô

1.3.2.
Xử
lý
ion
kim
loại
nước......................................................................10

độc

hại

1.3.3.
Xử
lý
các

khí
độc
...........................................................................10

hại

ô

1.3.4.
Điều
chế
hiđro
từ
...............................................................................................11

nguồn
nhiễm

nhiễm
phân

không
hủy

nước
nguồn
khí
nước

1.4. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU NANO TiO2 ..............................

12
1.4.1.
Pha
tạp
TiO2
với
nguyên
kim.................................................................12
1.4.2.
Kết
hợp
TiO2
với
một
..................................................................................13

tố

kim
chất

loại
bán

hoặc
dẫn

phi
khác

1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU .................................... 14
1.5.1.
Nhiễu
xạ
tia
..................................................................................................................14
1.5.2.
Hiển
vi
điện
tử
..............................................................................................16

4

truyền

X

(XRD)
qua

(TEM)


1.5.3.
Tán
xạ
năng
lượng

................................................................................................17

tia

X

(EDX)

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ............................................................................... 18
2.1.
HÓA
CHẤT
VA
BỊ ..........................................................................................................18

THIẾT

2.1.1. Hóa chất ............................................................................................................ 18
2.1.2. Dung cu và thiết bị ............................................................................................ 19
2.2.
CHẾ
TẠO
VẬT
...................................................................................................................19

LIỆU

2.2.1. Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính CuO..................................................... 19
2.2.2. Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính Ag2O ................................................... 20

5


2.2.3. Tổng hợp vật liệu nano TiO2 biến tính Ag2O, CuO.......................................... 21
2.3. CÁC KY THUẬT ĐO KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT
LIỆU..................................23
2.3.1. Nhiễu xạ tia X ................................................................................................... 23
2.3.2. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .................................................................... 23
2.3.3. Phổ tán xạ tia X (EDX)..................................................................................... 23
2.4. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY HỢP CHẤT
RHODAMINE
B CỦA CÁC VẬT LIỆU
......................................................................................................................23
2.4.1. Thí nghiệm khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phu của các vật liệu ............. 23
2.4.2. Thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng (%) Ag2O, CuO trong các
vật liệu đến hoạt tính quang xúc tác của TiO2 ..................................................................
24
2.4.3. Thí nghiệm khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các vật liệu theo thời gian .. 24
2.4.4. Hiệu suất quang xúc tác ................................................................................... 24
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 26
3.1. THÀNH PHẦN, ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT
LIỆU..........................................26
3.1.1. Kết quả nhiễu xạ tia X(XRD) .......................................................................... 26
3.1.2. Kết quả chup phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) .......................................... 28
3.1.3. Kết quả chup TEM............................................................................................ 31
3.2. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA CÁC VẬT
LIỆU...........................35
3.2.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phu của các vật liệu ................................ 35
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của phần trăm Ag2O, CuO biến tính đến hoạt tính quang
xúc tác của TiO2. ...............................................................................................................

37
3.2.3. Hoạt tính quang xúc tác phân hủy RhB theo thời gian của vật liệu 1,5%
Ag2O/TiO2 ;1% CuO/TiO2; 1,5%Ag2O,CuO/TiO2 .................................................... 42
KẾT LUẬN................................................................................................................ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 47
PHỤ LỤC
6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
T
ê
n
E E
D n
T T
E ra
X X
R R R
h h
V V
B al
C C
B o

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
S

T
T
r
1B
4
ản
2B
ả

1
9

n
3B
ả

2
0

n
4B
ả

2
1

n
g

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
S
Tr
T
a
1H
3
ìn
h
2H
4
ìn
3H
6
ìn
h
4H
7
ìn
h
5H
8
ìn
6H
8
ìn
7H
1

ìn 0
8H
1
ìn 1
9H
1
4
ì
n
1H
1
0 ìn 5
1H
1
1 ìn 6
1H
1
2 ìn 7
1H
1
3 ìn 8
h
1H
2
4 ìn 0
1H
2
5 ìn 1
1H
2

6 ìn 2
1H
2
7 ìn 5
viii


1H
8 ìn
h
1H
9 ìn
h
2H
0 ìn
h
2H
1 ìn
2H
2 ìn
2H
3 ìn
2H
4 ìn
2H
5 ìn
2H
6 ìn
2H
7 ìn

2H
8 ìn
2H
9 ìn
h
3H
0 ìn
h.
3H
1 ìn
h
3H
2ì
n
3H
3 ìn
h
3H
4ì
n

2
6
2
6
2
7
2
8
2

9
3
0
3
1
3
1
3
2
3
3
3
4
3
5
3
6
3
6
3
7
3
8
3
9

ix


3H

5ì
n
3H
6ì
n
3H
7 ìn
h
3H
8ì
n
h

3
9

3H
9ì
n
h
4H
0ì
n
4H
1ì
n
4H
2ì
n
4H

3ì
n
h
4H
4ì
n

4
3

4
0
4
1
4
2

4
3
4
4
4
4
4
5

4
5

x

MỞ ĐẦU
Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế giới. Nhiều vấn
đề về sức khỏe sẽ được giải quyết thuận lợi hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ
nano. Trong số đó, có hai mối đe dọa hàng đầu đối với con người mà giới khoa học kỳ
vọng vào khả năng giải quyết của công nghệ nano là vấn đề môi trường và năng
lượng.
Hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu nano TiO2 được coi là cơ sở khoa học đầy
triển vọng cho các giải pháp kỹ thuật xử lý vấn đề ô nhiễm. TiO2 là một vật liệu bán
dẫn vùng cấm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ lâu đã được ứng dung trong nhiều
ngành công nghiệp như: sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm,…Tuy nhiên, những
ứng dung quan trọng nhất của TiO2 ở kích thước nano là khả năng làm sạch môi
trường thông qua phản ứng quang xúc tác và khả năng chuyển đổi năng lượng mặt
trời thành điện năng ở quy mô dân dung.
Mặc dù vật liệu nano TiO2 có hoạt tính quang xúc tác khá mạnh trong vùng ánh
sáng tử ngoại, nhưng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu TiO2 tinh khiết vẫn chưa đạt
được như mong muốn. Nhược điểm của vật liệu TiO2 tinh khiết là các hạt nano chỉ
tiếp xúc với nhau chứ không có liên kết chặt chẽ với nhau dẫn đến hiện tượng tán xạ
các electron tự do, do đó làm giảm sự di chuyển của electron. Một cách tiếp cận để
tăng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu TiO2 là pha tạp với các nguyên tố kim loại
hoặc phi kim đã được nghiên cứu khá nhiều. Cách tiếp cận khác là dung chất đồng
xúc tác, kỹ thuật này được dựa trên việc tạo hỗn hợp composite của TiO 2 với các chất
bán dẫn khác dùng chất đồng xúc tác là tiếp cận rất hiệu quả để hạn chế sự tái tổ hợp
nhanh của electron kích thích và lỗ trống mang điện dương, tăng thời gian “sống” của
các hạt mang điện và tăng cương sợ di chuyển electron ở bề mặt tiếp giáp với chất
hấp phu.
Tuy nhiên, những nghiên cứu về sự tăng cường hoạt tính của TiO2 cho ứng dung
quang xúc tác phân hủy hợp chất hữu cơ bằng các oxit bán dẫn là chưa nhiều. Hơn
nữa, việc nghiên cứu biến tính TiO2 bằng một loại oxit trong các điều kiện, cùng muc

đích xử lý một loại chất hữu cơ độc hại sẽ phần nào cho chúng ta nhận thấy có hay
1


không sự ảnh hưởng khác nhau của các chất đồng xúc tác khác nhau đến hoạt tính
quang xúc tác của TiO2.

2


Vì vậy tiếp tuc hướng phát triển nghiên cứu tăng hiệu suất vật liệu TiO2, trong
nghiên cứu này, tôi hướng đến mục đích chế tạo vật liệu nano TiO2 biến tính bằng
Ag2O và CuO. Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng cấu
trúc va hoạt tinh quang xúc tác của vật liệu nano TiO2 biến tinh bằng Ag2O va
CuO”.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu nano TiO2

4


Titan đioxit (titan (IV) oxit hoặc titania) là oxit có nguồn gốc tự nhiên của titan.
Với vai trò là chất màu trong một số ngành công nghiệp như sản xuất mỹ phẩm, thực
phẩm...titan đioxit được gọi là trắng titan.
Titan đioxit là chất rắn, dạng bột, màu trắng, khi đun ở nhiệt độ cao chuyển sang
màu vàng, trở lại màu trắng khi làm lạnh. Tinh thể TiO2 có độ cứng và nhiệt độ nóng

chảy cao (tnc = 1870oC).
TiO2 được ứng dung nhiều trong các ngành hóa mỹ phẩm, dùng làm chất màu,
sơn hay chế tạo các loại vật liệu chịu nhiệt (thủy tinh, gốm, men…). Ở kích thước
nano mét TiO2 được ứng dung nhiều trong các lĩnh vực như chế tạo pin mặt trời, làm
chất quang xúc tác xử lý môi trường, chế tạo vật liệu tự làm sạch. Với các tính chất lý
hóa, quang điện tử khá đặc biệt, cấu trúc bền, không độc, giá thành rẻ đã khiến TiO2
trở thành một trong những vật liệu cơ bản của ngành công nghệ nano.
TiO2 có bốn dạng thù hình[18] gồm dạng vô định hình và ba dạng tinh thể là
anatase
(tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic) (Hình 1.1)

A
B
C
Hình 1.1. Các dạng thù hình khác nhau của TiO2 (A) rutile, (B) anatase, (C) brookite.
Trong đó rutile là dạng bền và phổ biến nhất của TiO2 (có mạng lưới tứ phương
trong đó mỗi ion Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện), anatase và brookite là các
dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng.
Ba dạng tinh thể của TiO2 đều tồn tại trong tự nhiên như các khoáng, nhưng chỉ
có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp. Trong thực

5


tế hai pha này được dùng làm chất màu, chất độn, chất xúc tác... Các pha khác (kể cả
pha ở áp suất cao) như brookite cũng có nhiều ứng dung nhưng bi hạn chế do việc
điều chế brookite sạch (không lẫn rutile hoặc anatase) rất khó khăn.
Bảng 1.1: Một số tính chất vật lý của tinh thể rutile và anatase
C
á

Cấu
trúc
A
T (
h C
(
ôKhối
lượng
Chiết
suất
Độ
rộng

Ở
Nhiệt 1nh
8iệt
độ
3độ
nóng
Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ
các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh
oxy chung (hình 1.2). Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2-.

Hình 1.2. Khối bát diện của TiO2.
Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng
của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra. Pha rutile và anatase đều có
cấu trúc tetragonal lần lượt chứa 6 và 12 nguyên tử tương ứng trên một ô đơn vi. Hình
tám mặt trong rutile là không đồng đều do đó có sự biến dạng orthorhombic (hệ trực
thoi) yếu. Các octahedra của anatase bi biến dạng mạnh hơn nên mức đối xứng của hệ

là thấp hơn hệ trực thoi. Khoảng cách Ti-Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng
khoảng cách Ti-O trong anatase lại nhỏ hơn so với rutile. Điều này ảnh hưởng đến cấu

6


trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác nhau về các tính chất vật lý và tính
chất hóa học.
1.2. Tính chất quang xúc tác của vật liệu nano TiO2
1.2.1. Giới thiệu về xúc tác quang bán dẫn
Từ những năm 1920, thuật ngữ xúc tác quang đã được sử dụng để mô tả các
phản ứng được thúc đẩy bởi sự tham gia đồng thời của ánh sáng và chất xúc tác. Chất
bán dẫn ZnO được dùng làm chất nhạy sáng trong phản ứng quang hóa phân hủy các
hợp chất hữu cơ và vô cơ vào giữa những năm 1920. Ngay sau đó TiO2 cũng đã được
nghiên cứu về đặc điểm phân hủy quang này. Hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực
hóa quang bán dẫn diễn ra vào những năm 1960. Vào đầu những năm 1970 pin hóa
điện quang ra đời với hai điện cực là TiO2 và Pt được sử dung trong quá trình phân
chia nước. Lần đầu tiên vào đầu những năm 1980 TiO2 đã được sử dung làm xúc tác
cho các phản ứng quang phân hủy các hợp chất hữu cơ. Từ đó, các nghiên cứu trong
lĩnh vực xúc tác quang tập trung chủ yếu vào lĩnh vực oxi hóa xúc tác quang hóa các
hợp chất hữu cơ và ion kim loại độc hại trong môi trường nước, tiêu diệt các loại vi
khuẩn (E.coli), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong môi trường khí, xử lý ô nhiễm môi
trường nước.
Nhiều chất bán dẫn có hoạt tính xúc tác quang đã được nghiên cứu như: TiO2
(năng lượng vùng cấm bằng 3,2 eV); SrTiO3 (3,4 eV), Fe2O3 (2,2 eV); CdS (2,5 eV);
WO3 (2,8 eV); ZnS (3,6 eV); FeTiO3 (2,8 eV); ZrO2 (5,0 eV); V2O5 (2,8 eV); Nb2O5
(3,4 eV); SnO2 (3,5 eV)….Trong đó TiO2 được nghiên cứu và sử dụng phổ biến nhất vì
nó có nhiều ưu điểm như: năng lượng vùng cấm trung bình, không độc, diện tích bề mặt
riêng lớn, giá thành rẻ, có khả năng tái chế, hoạt tính quang hóa cao, bền hóa học.
1.2.2. Cơ chế xúc tác quang trên chất bán dẫn

Xét theo khả năng dẫn điện, các vật liệu rắn thường được chia thành ba loại: chất
dẫn điện, chất bán dẫn và chất cách điện. Sự khác nhau về cấu trúc vùng năng lượng là
nguyên nhân của sự khác nhau về tính dẫn điện. Ở kim loại, các mức năng lượng liên
tục, các electron hóa tri dễ dàng bi kích thích thành các electron dẫn. Ở chất bán dẫn
và chất cách điện, vùng hóa tri (VB) và vùng dẫn (CB) được cách nhau một vùng
trống, không có mức năng lượng nào. Vùng năng lượng trống này được gọi là vùng

7


cấm. Năng lượng khác biệt giữa hai vùng VB và CB được gọi là năng lượng vùng
cấm (Eg). Khi bi kích thích với

8


năng lượng thích hợp, các electron trên vùng hóa tri có thể nhảy lên vùng dẫn và hình
thành một lỗ trống trên vùng hóa trị. Cặp electron dẫn trên vùng dẫn và lỗ trống trên
vùng hóa tri là hạt tải điện chính của chất bán dẫn [5].
Trong xúc tác quang, khi chất bán dẫn bi kích thích bởi một photon có năng
lượng lớn hơn năng lượng vùng dẫn thì một cặp electron – lỗ trống được hình thành.
Thời gian sống của lỗ trống và electron dẫn là rất nhỏ, cỡ nano giây. Sau khi hình
thành, cặp electron - lỗ trống có thể trải qua một số quá trình như: tái hợp sinh ra
nhiệt; lỗ trống và electron di chuyến đến bề mặt và tương tác với các chất cho và chất
nhận electron. Trong các quá trình trên, các quá trình tái hợp làm cho hiệu suất của quá
trình xúc tác quang giảm. Quá trình cho nhận electron trên bề mặt chất bán dẫn sẽ hiệu
quả hơn nếu các tiểu phân vô cơ hoặc hữu cơ đã được hấp phu sẵn trên bề mặt. Xác
suất và tốc độ của quá trình oxi hóa và khử của các electron và lỗ trống phu thuộc vào
vi trí bờ vùng dẫn, vùng hóa tri và thế oxi hóa khử của tiểu phân hấp phu [5].

Hình 1.3. Các quá trình diễn ra trong hạt bán dẫn khi bị chiếu xạ với bước sóng thích
hợp.
Trong đó:
1. Sự kích thích vùng cấm;
2. Sự tái hợp electron và lỗ trống trong khối;
3. Sự tái hợp electron và lỗ trống trên bề mặt;
4. Sự di chuyển electron trong khối;
5. Electron di chuyển tới bề mặt và tương tác với chất nhận (acceptor);
6. Lỗ trống di chuyển tới bề mặt và tương tác với chất cho.

9


Trong xúc tác quang, TiO2 là một xúc tác lý tưởng vì nó bền về mặt hóa học và
lỗ trống sinh ra trong TiO2 có tính oxi hóa cao. Được chỉ ra ở hình 1.5, thế oxi hóa của
lỗ trống sinh ra trên bề mặt TiO2 là + 2,53V so với thế điện cực chuẩn của điện cực
hidro, trong dung dịch nước pH = 7. Lỗ trống này dễ dàng tác dung với phân tử nước
hoặc anion hiđroxyl trên bề mặt của TiO2 tạo thành gốc hiđroxyl tự do. Thế của cặp
HO●/OH‾ chỉ nhỏ hơn so với thế oxi hóa của lỗ trống một chút nhưng vẫn lớn hơn thế
oxi hóa của ozôn (O3/O2) [5].

10


‾
TiO2 + h → ecb
+ h+(vb)

h+ + H2O → HO● + H+
h+ + OHˉ → HO●

Hình 1.4. Giản đồ thế oxi hóa khử của các cặp chất trên bề mặt TiO2
Thế oxi hóa khử của electron trên vùng dẫn sinh ra bởi TiO2 là -0,52V, đủ âm để
có thể khử phân tử oxi thành anion superoxit.
e‾cb + O2 → O2‾
O2ˉ + H+ → HOO●
HOO● + H2O → H2O2 + HO●

11


Hình 1.5. Giản đồ năng lượng của pha anatase và pha rutile.
Vùng dẫn của rutile có giá tri gần với thế khử nước thành khí hidro (thế chuẩn là
0,00V), vùng dẫn của anatase có giá tri cao hơn thế chuẩn một chút, nghĩa là có một
thế khử mạnh hơn. Theo giản đồ hình 1.5 anatase có khả năng khử O2 thành O2‾,
chứng tỏ ở anatase các electron chuyển lên vùng dẫn có khả năng khử O2 thành O2‾.
Sự hình thành các gốc OH● và O2‾ được minh họa ở hình 1.6

Hình 1.6. Sự hình thành gốc HO● và O2−.
Trong điều kiện có mặt TiO2 làm xúc tác và chiếu sáng, các gốc HO● có tính oxi
hóa mạnh không chọn lọc 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 nhờ 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
RCOO‾ + h+υb → R● + CO2