Nghiên cứu khả năng ưa nước và kỵ nước của màng tio2 và m tio2 các đế khác nhau

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
**************************

VŨ VĂN CÔNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ƯA NƯỚC VÀ KỴ NƯỚC CỦA
MÀNG TiO2 VÀ M.TiO2 TRÊN CÁC ĐẾ KHÁC NHAU
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NGỌC TRUNG

HÀ NỘI 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Ngọc Trung, người đã
hướng dẫn tôi về mặt khoa học và cung cấp những trang thiết bị cần thiết giúp tơi
hồn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Ths. Lưu Thị Lan
Anh và các cán bộ thuộc “Phịng thí nghiệm Phân tích và Đo lường vật lý’’ trong
q trình tơi làm thực nghiệm.

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đối với các thầy, cô giáo trong Viện Vật lý kỹ
thuật – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội về sự dạy dỗ tận tình trong hai năm học
tập và nghiên cứu vừa qua.
Tơi cũng khơng thể qn sự khích lệ và tạo mọi điều kiện của những người
thân trong gia đình, các bạn bè, đồng nghiệp trong cơng ty Thiết bị và Dịch vụ kỹ
thuật quốc tế (IETS). Đó là động lực giúp tơi hồn thành khố học này.
Trong thời gian thực hiện luận văn, mặc dù tôi đã rất cố gắng nhưng chắc
chắc không tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất mong được sự thơng cảm của tất cả
mọi người.
Hà Nội, tháng 10 - 2010
Học viên

Vũ Văn Công

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................. 2
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 4
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2 ..................................................................... 6
I.1. Cấu trúc tinh thể của TiO2 ............................................................................. 6

I.2. Tính chất của vật liệu TiO2............................................................................ 8
I.2.1. Tính chất hố lý...................................................................................... 8
I.2.2. Tính chất quang xúc tác.......................................................................... 9
I.2.3. Tính chất siêu ưa nước ..........................................................................13
I.3. Một số ứng dụng của vật liệu TiO2 ...............................................................16
I.3.1. Ứng dụng trong công nghệ điện tử........................................................17
I.3.2. Ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường .............................................18
CHƯƠNG II:
PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU TIO2 CẤU TRÚC NANO ................22
II.1. Phương pháp sol-gel ...................................................................................22
II.1.1. Phương pháp so- gel đi từ thuỷ phân các muối.....................................23
II.1.2. Phương pháp sol-gel đi từ thuỷ phân các phức chất .............................24
II.1.3. Phương pháp sol-gel đi từ thuỷ phân các alkoxide kim loại..................24
II.2. Phương pháp nhiệt thuỷ phân......................................................................25
II.2.1. Nhiệt thuỷ phân trong môi trường nước...............................................26
II.2.2. Nhiệt thuỷ phân trong môi trường axit.................................................27
II.2.3. Nhiệt thuỷ phân trong môi trường kiềm ................................................29
CHƯƠNG III:
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .........................32
III.1. Hoá chất và thiết bị....................................................................................33
III.1.1. Hố chất .............................................................................................33

Vũ Văn Cơng

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

III.1.2. Dụng cụ và thiết bị..............................................................................33
III.2. Quy trình thực nghiệm...............................................................................33
III.2.1. Tạo sol ................................................................................................34
III.2.2. Thuỷ nhiệt ...........................................................................................35
III.2.3. Làm sạch và xử lý nhiệt.......................................................................35
III.2.4. Khảo sát đặc tính sản phẩm ................................................................34
III.3. Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu đặc tính vật liệu ......................36
III.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt (DSC-TGA )..........................................36
III.3.2. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) .............................37
III.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)....................................................38
III.3.4. Phương pháp phổ tán xạ Raman .........................................................40
III.3.5. Phương pháp phổ tử ngoại-khả kiến (UV-VIS) ....................................41
CHƯƠNG IV:
CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..........................................43
IV.1. Khảo sát một số đặc trưng và hình thái bề mặt của màng TiO2 và M.TiO2 .43
IV.1.1. Kết quả phân tích nhiệt vi sai (DSC-TGA)...........................................43
IV.1.2. Kết quả phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X..............44
IV.1.3. Kết quả phân tích hình thái bề mặt màng bằng hiển vi điện tử quét.....47
IV.1.4. Kết quả đo phổ tán xạ Raman..............................................................50
IV.1.5. Kết quả đo phổ UV-VIS .......................................................................53
IV.2. Đánh giá khả năng ưa nước và kỵ nước của các mẫu màng .......................54
KẾT LUẬN ..........................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................59

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010

Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

MỞ ĐẦU
Vật liệu TiO2 có cấu trúc cỡ nano từ lâu được nghiên cứu và ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực như công nghiệp điện tử, hoá học xúc tác, y dược, mỹ phẩm và môi
trường. [3-11]
Vật liệu TiO2 đã được sử dụng để chế tạo các khẩu trang diệt khuẩn, máy
làm sạch khơng khí. Sơn có pha hạt nano TiO2 sẽ cho độ bám dính rất cao, giúp lớp
sơn bền lâu, giảm rêu mốc. Người ta phủ TiO2 lên sợi để tạo ra các loại vải khơng
dính nước và bụi khơng bám được. Ngồi ra, TiO2 quang hoạt cũng có khả năng
phân hủy tốt dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, hooc-môn và các chất bền vững khác
như các hợp chất clo hóa, toluen, hydrocacbon thơm và bột màu hữu cơ. Chính vì
vậy, TiO2 quang hoạt có thể dùng trong xử lý nước thải và các chất thải độc hại. [5,
8, 9, 11]
Khả năng ứng dụng về đặc tính siêu ưa nước và tự rửa trôi của màng nano
TiO2 là rất lớn, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, giao thông và thời trang. Bản thân
TiO2 chỉ thể hiện tính siêu ưa nước khi được chiếu sáng tử ngoại với bước sóng
ngắn hơn 388 nm. Đồng thời, việc pha tạp thêm kim loại như Fe có thể giúp màng
TiO2 hấp thụ được photon trong vùng ánh sáng khả kiến, làm tăng hiệu suất xúc tác
quang và tính ưa nước của màng trong điều kiện chiếu sáng ban ngày bình thường
[2, 6, 21]. Đây là cơ sở để chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng ưa

nước và kỵ nước của màng TiO2 và M.TiO2 trên các đế khác nhau”.
Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài cần thực hiện được các
nhiệm vụ sau:
ü Chế tạo màng mỏng TiO2 cấu trúc cỡ nano bằng phương pháp sol-gel kết
hợp nhiệt thuỷ phân, để phối hợp được những ưu điểm của hai phương
pháp này. [30-33]

ü Đưa thêm Fe với các nồng độ khác nhau vào dung dịch sol để tạo được màng
TiO2 có pha tạp Fe (màng Fe-TiO2).

Vũ Văn Cơng

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

ü Nghiên cứu các đặc tính của màng thu được như cấu trúc tinh thể, kích thước
hạt, hình thái bề mặt bằng các phương pháp như phổ nhiễu xạ tia X, hiển vi
điện tử quét, phổ tán xạ Raman và phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-VIS).
ü Nghiên cứu và đánh giá khả năng ưa nước, kỵ nước của màng.
Bản luận văn được trình bày với kết cấu bao gồm 4 chương như sau:
Chương I : Tổng quan về vật liệu TiO2
Trong chương này chúng tơi đưa ra cái nhìn tổng quan về vật liệu bao gồm
các đặc trưng cấu trúc, tính chất hoá lý cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu
trong các lĩnh vực đời sống.
Chương II : Phương pháp chế tạo vật liệu màng TiO2
Chúng tôi tập trung vào các phương pháp tạo ra cấu trúc màng TiO2 mà sẽ
được sử dụng trong phần thực nghiệm của đề tài là phương pháp sol-gel và phương
pháp nhiệt thuỷ phân.
Chương III : Các phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Các bước quy trình cơng nghệ chế tạo mẫu như tạo gel, tạo màng TiO2 và
M.TiO2 , các phương pháp sử dụng để nghiên cứu đặc tính vật liệu cũng được trình
bày chi tiết.
Chương IV : Các kết quả nghiên cứu và thảo luận

Phần này trình bày về các kết quả thực nghiệm thu được, đồng thời phân tích
ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sản phẩm đã được chế tạo.
Khả năng ưa nước và kỵ nước của màng TiO2 và M.TiO2 được khảo sát
thông qua sự thay đổi góc tiếp xúc của giọt nước trên màng này khi có chiếu sáng
và khi khơng chiếu sáng.
KẾT LUẬN : Đưa ra một số kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo dựa
trên những kết quả đã nghiên cứu được của luận văn.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2
I.1. Cấu trúc tinh thể của TiO2
TiO2 là ôxit kim loại chuyển tiếp, tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng
vật. TiO2 kết tinh ở 3 dạng tinh thể khác nhau là pha Anatase, Rutile và Brookite;
trong đó phổ biến nhất vẫn là pha Rutile. Vật liệu TiO2 được ứng dụng nhiều nhất
trong thực tế là TiO2 ở dạng pha Anatase và Rutile. Hằng số tinh thể, mật độ và bề
rộng vùng cấm của từng dạng tinh thể được biểu thị trong bảng I.1.
Bảng I.1. Thông số về cấu trúc mạng tinh thể TiO2 pha Anatase, Rutile và Brookite. [12]
Dạng tinh

Cấu trúc mạng

thể

tinh thể

Anatase
Rutile
Brookite

Lập phương
(Tetragonal)
Lập phương
(Tetragonal)
Trực thoi
(Orthohomibic)

Hằng số tinh thể (Å)

Bề rộng vùng

Mật độ

a

b

c

cấm (eV)

(g/cm3)

3.733

3.733

9.370

3.2

3.83

4.584

4.584

2.953

3.0

4.24

5.436

9.166

5.135

3.2

4.17

TiO2 có tính ổn định cấu trúc thấp, TiO2 ở dạng pha Anatase và Brookite khi
xử lý tại nhiệt độ cao sẽ chuyển thành pha Rutile. Tuỳ thuộc vào điều kiện chế tạo,
xử lý nhiệt mà vật liệu TiO2 thu được có cấu trúc dạng đơn pha hay ở dạng kết hợp.
Hình I.1 đưa ra cấu trúc ô mạng và cấu trúc không gian của TiO2 tồn tại ở hai dạng
pha điển hình là Anatase và Rutile.
Trong hình I.1 cho thấy pha Anatase và Rutile đều có cấu trúc ơ cơ sở dạng
lập phương (Tetragonal) bao gồm các bát diện TiO6 (Octahedra). Pha Rutile có sự
biến dạng Orthohomibic yếu cịn ở pha Anatase có sự biến dạng mạnh. Trong cấu
trúc Anatase các Octahedra sắp xếp trên các mặt (001) đặt lệch nhau và liên kết
chung cạnh, mỗi Octahedra tiếp giáp với 8 Octahedra.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Hình I.1. Cấu trúc ô mạng và không gian của TiO2 dưới dạng pha Anatase và Rutile. [13]

Trong cấu trúc Rutile mỗi Octahedra tiếp giáp với 10 Octahedra bằng liên
kết chung đỉnh O theo phương <110>. Do sự liên kết giữa các Octahedra khác nhau
nên pha Rutile có cấu trúc đối xứng cao hơn pha Anatase. Khoảng cách Ti-Ti trong
pha Anatase là (3,79Å và 3,03Å) lớn hơn so với trong pha Rutile (3,57Å và 2,96Å).
Khoảng cách Ti-O trong pha Anatase (1,966Å và 1,937Å) nhỏ hơn trong pha Rutile
(1,946Å và 1,983Å). Chính sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể nên mật độ và
cấu trúc vùng điện tử trong TiO2 ở hai pha Anatase và Rutile là khác nhau. Điều này

cũng dẫn tới tính chất hoá lý của vật liệu cũng như khả năng ứng dụng của vật liệu
ở các dạng pha là khác nhau. [14]

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Ngoài ra vật liệu TiO2 với cấu trúc pha Brookite có ơ cơ sở dạng trực thoi
Orthohomibic kém ổn định nên ở dạng pha cấu trúc này vật liệu ít được nghiên cứu
để đưa ra ứng dụng.

I.2. Tính chất của vật liệu TiO2
I.2.1. Tính chất hố lý
Tinh thể TiO2 dạng Anatase thường có màu nâu sẫm, đơi khi có thể có màu
vàng hoặc xanh, có độ sáng bóng như tinh thể kim loại, tuy nhiên lại rất dễ bị rỗ bề
mặt dưới dạng các vết xước có màu trắng. TiO2 khơng tồn tại riêng biệt, dạng
Anatase được tìm thấy trong các khống cùng với rutile, brookite, quarzt, feldspars,
apatite, hematite, chlorite, micas, calcite, ...
Trong 2 dạng thù hình Anatase và Rutile của TiO2 thì Anatase thể hiện tính
hoạt động mạnh hơn dưới sự có mặt của ánh sáng mặt trời (thống kê theo công bố
của các nghiên cứu gần đây) [23, 24]. Trong một số nghiên cứu cho thấy hỗn hợp
giữa hai pha này cũng cho hoạt tính quang hố mạnh (chất xúc tác quang với cái tên
P25 được dùng nhiều trong công nghiệp hiện nay có 80% Anatase và 20% Rutile).
TiO2 khi pha tạp có mầu sắc đa dạng đặc trưng cho từng loại tạp chất. Ngoài
ra, TiO2 được biết đến như vật liệu bền nhiệt với nhiệt độ sôi của TiO2 là dưới 1855

o

C và nhiệt độ nóng chảy là 1870 oC.
Xét về tính chất điện, TiO2 là chất bán dẫn vùng cấm rộng và có hằng số điện

mơi cao. Cấu trúc năng lượng của TiO2 gồm vùng hoá trị ứng trạng thái 2p của O2và vùng dẫn ứng với trạng thái 3d của Ti+. Bề rộng vùng cấm của TiO2 ở dạng
Anatase là 3,2 eV và Rutile là 3.0 eV.
TiO2 thuộc nhóm ôxit kim loại chuyển tiếp, không độc đối với cơ thể. Chúng
không tan trong nước, không tác dụng với dung dịch axít lỗng (trừ HF), ít tan trong
kiềm. TiO2 chỉ tác dụng với axít và dung dịch kiềm ở nhiệt độ cao. Do trơ về mặt
hoá học nên TiO2 được sử dụng nhiều làm chất độn cho cao su, chất tạo mầu cho
chất dẻo và sơn.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

I.2.2. Tính chất quang xúc tác
Quang xúc tác là q trình phản ứng ơxy hố khử của các gốc ơxy hố hình
thành trên bề mặt vật liệu xúc tác khi được chiếu ánh sáng thích hợp. Nó được tiến
hành ở pha lỏng và pha khí gồm có sáu giai đoạn sau:
1. Khuyếch tán các chất khí từ pha lỏng hoặc pha khí đến bề mặt xúc tác.
2. Hấp phụ các chất tham gia phản ứng lên bề mặt chất xúc tác.
3. Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp sẽ tạo ra các gốc ơxy hóa trên bề
mặt chất xúc tác nhờ năng lượng photon ánh sáng.

4. Phản ứng giữa các chất bị hấp phụ với với các gốc ơxy hóa.
5. Giải hấp phụ các sản phẩm.
6. Khuyếch tán các sản phẩm vào pha khí hoặc pha lỏng.
Như vậy, khi bán dẫn hấp thụ được một photon ánh sáng có năng lượng bằng
hoặc lớn hơn bề rộng vùng cấm của nó thì sẽ phát sinh cặp điện tử - lỗ trống. Các
điện tử chuyển lên vùng dẫn, các lỗ trống xuất hiện ở vùng hoá trị. Điện tử và lỗ
trống dịch chuyển về phía bề mặt để tham gia phản ứng ơxy hóa khử. Các phân tử
của các chất tham gia phản ứng ôxy hóa khử trên bề mặt xúc tác chia làm 2 loại: các
phân tử có khả năng nhận điện tử A (acceptor) và các phân tử có khả năng cho điện
tử D (donor). Khi đó các điện tử ở vùng dẫn sẽ chuyển đến nơi có các phân tử có
khả năng nhận điện tử và quá trình khử xảy ra. Các lỗ trống ở vùng hoá trị sẽ
chuyển đến nơi có các phân tử có khả năng cho điện tử và q trình ơxy hố sẽ xảy
ra:
SC + hν —> e-

+ h+

(1)

SC(e) + A(ads) —> A- (ads) + SC

(2)

SC(h+)

(3)

+ D(ads) —> D+ (ads) + SC

với SC là xúc tác bán dẫn.

Phản ứng ơxy hố khử sẽ tạo nên các gốc ơxy hố có hoạt tính cao và chúng
sẽ tham gia q trình ơxy hố sau này. Nếu khơng tồn tại các chất tham gia phản
ứng ơxy hố khử trên bề mặt thì cặp điện tử-lỗ trống sẽ tái hợp sau vài nano giây.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Hiệu suất của quá trình quang xúc tác cao khi hiệu suất hình thành cặp điện tử lỗ
trống cao và hiệu suất tái hợp thấp. Cơ chế của quá trình quang xúc tác được thể
hiện ở hình I.2.
Bảng I.2. Bề rộng vùng cấm và bước sóng hấp thụ của một số vật liệu. [20]
Vật liệu

Bề rộng vùng cấm (eV)

Bước sóng hấp phụ thụ (nm)

CdO

2,1

590

CdS

2,5

497

CdSe

1,7

730

Fe2O3

2,2

565

GaP

2,3

540

TiO2 Rutile

3,0

413

TiO2 Anatase

3,2

388

ZnO

3,2

388

Vật liệu TiO2 được tập trung nghiên cứu tính quang xúc tác hơn so với các
loại ôxit kim loại khác do có ưu điểm: giá thành rẻ, khơng độc, hấp thụ được ánh
sáng tử ngoại dưới 388 nm trong vùng ánh sáng mặt trời gồm tia UVA (315 ÷ 380
nm) và UVB (280 ÷ 315 nm) [13], bề rộng vùng cấm lớn cho phép pha tạp để tăng
hiệu suất quang xúc tác (tham khảo bảng I.2).

Hình I.2. Cơ chế quang xúc tác của chất bán dẫn. [12]

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

a. Quá trình hình thành cặp điện tử - lỗ trống
b. Quá trình phản ứng ơxy hóa các chất D (donor)

c. Q trình phản ứng ơxy khử các chất A (acceptor)
d. Q trình tái hợp cặp điện tử - lỗ trống trên bề mặt
e. Quá trình tái hợp cặp điện tử - lỗ trống trong khối vật liệu
Các nghiên cứu cho thấy rằng TiO2 sẽ có tính quang xúc tác lớn nhất khi kết
hợp 70-80% Anatase và 20-30% Rutile. Kết quả này có thể giải thích: khi điện tử
chuyển từ vùng hố trị lên vùng dẫn, điện tử tồn tại ở mức năng lượng vùng dẫn
thấp hơn trong pha Rutile có thời gian sống rất ngắn, chúng sẽ tái hợp với lỗ trống ở
vùng dẫn.
Quá trình tái hợp trong pha Rutile sẽ làm giảm lượng lỗ trống và giảm khả
năng tái hợp của điện tử ở vùng dẫn trong pha Anatase. Thời gian sống của điện tử
trong pha Anatase lâu hơn làm tăng hiệu suất xúc tác quang của TiO2 [12]. Ngồi ra
khi có mặt của ôxy và hơi nước trên bề mặt, các phần tử này sẽ tham gia phản ứng
với điện tử và lỗ trống tạo thành các gốc ơxy hố. Sự có mặt của ơxy và hơi nước
làm giảm xác suất tái hợp của cặp điện tử-lỗ trống và tăng khả năng quang xúc tác
của vật liệu (tham khảo bảng I.3).
Bảng I.3. Q trình chính trong phản ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2
và tốc độ phản ứng của chúng. [12]
Quá trình
Hình thành cặp
điện tử - lỗ trống

Phản ứng

Thời gian

TiO2 + hn ® eCB - + hVB +

ns

hVB + +đTi IV OH ® {đTi IV OH *}

+

Điện tích và hạt tải bị
bẫy

{

eCB - +đTi IV OH ® đTi IV OH

}

100ps

Tại các tâm nơng trong vùng cấm
eCB - +đTi IV ®đTi III
Tại các tâm sâu trong vùng cấm

Vũ Văn Công

10ns

10ns

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

eCB - + {ñTi IV OH *} ®đTi IV OH

Tái hợp cặp điện tử - lỗ

+

trống

{

trên bề mặt
Chuyển dịch của điện
tích

{đTi

IV

100ns

}

hVB + + đTi III OH ®đTi IV OH

10ns

OH *} + Re d ®đTi IV OH + Re d *+

100ns

+

eCB - + Ox ®đTi IV OH + Ox *-

trên bề mặt

ms

Phản ứng ơxy hóa với hơi nước và ôxy trên bề mặt vật liệu:

h + + H 2O ® OH * + H +

(4)

e- + O2 ® O2-

(5)

Q trình hình thành các gốc ơxy hố:
2O2- + H + ® 2OH * + O2-

2O2- + H + ® HO2*

(6)

2HO2* ® H 2O2 + O2
Trong xúc tác quang hóa của nano TiO2 có sự tạo thành các tác nhân ơxy hóa
mạnh như gốc hydroxyl (OH*), hydrogen peroxide (H2O2), super ôxit (HO2*). Các
gốc OH* hoạt động rất mạnh do đó có thời gian tồn tại ngắn, các ion super ơxit có

thời gian tồn tại dài hơn (xem bảng I.4) . Trong 3 sản phẩm của phản ứng quang hóa
nano TiO2 thì OH* có thế oxi hóa 2,8V cao hơn thế ơxy hố của nhiều tác nhân
thường được sử dụng trong công nghệ xử lý môi trường như O3, H2O2, HClO, Cl2...
Bảng I.4. Thế ơxy hố của các gốc ơxy hố. [14]
Gốc ơxy hố
HO

Vũ Văn Cơng

*

Thế ơxy hố (V)
2,80

O3

2,07

H2O2

1,78

HO2*

1,70

ClO2

1,57

HOCl

1,49

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

I.2.3. Tính chất siêu ưa nước
Song song với tính chất quang xúc tác, khi được chiếu ánh sáng tử ngoại
TiO2 ở dạng pha Anatase cịn thể hiện một tính chất nữa cũng rất đặc biệt, đó là tính
siêu ưa nước. Hiện tượng này được hãng TOTO của Nhật Bản tình cờ phát hiện
trong phịng thí nghiệm vào năm 1995 và mở ra triển vọng nghiên cứu, ứng dụng rất
lớn hiện nay. [15, 25]
a. Hiện tượng thấm ướt
ü Khi ta nhỏ một giọt chất lỏng lên một bề mặt thì xảy ra hiện tượng:
Giọt chất lỏng loang ra trên bề mặt, đó là hiện tượng bề mặt thấm ướt chất
lỏng, góc tiếp xúc < 90o.
ü Giọt chất lỏng khơng loang ra bề mặt, đó là hiện tượng khơng thấm ướt hay
kỵ nước, góc tiếp xúc > 90o.
Hiện tượng thấm ướt hay kỵ nước quyết định bởi hai loại lực tương tác:
ü Lực tương tác giữa các phân tử Lỏng-Lỏng: f(L-L).
ü Lực tương tác giữa các phân tử Lỏng-Rắn: f(L-R).
và :
ü Nếu f(L-R) > f(L-L), ta có hiện tượng thấm ướt.
ü Nếu f(L-R) < f(L-L), ta có hiện tượng kỵ nước.

Hình I.3. Góc tiếp xúc của giọt nước trên các đế khác nhau. [16]

b. Hiện tượng siêu ưa nước của màng nano TiO2 [1, 3]
Trong các vật liệu mà chúng ta vẫn đang sử dụng hàng ngày, bề mặt của
chúng thường có tính ưa nước ở một mức độ nào đó, đặc trưng bởi góc tiếp xúc.
Với mặt kính, gạch men, hay các vật liệu vơ cơ khác, góc tiếp xúc thường từ 20o30o. Các vật liệu hữu cơ như nhựa, mê-ca góc tiếp xúc thường dao động trong

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

khoảng 70o – 90o. Với các loại nhựa kỵ nước như silicon, fluororesin, góc tiếp xúc
có thể lớn hơn 90o. Trong tất cả các loại vật liệu mà ta biết, gần như khơng có loại
vật liệu nào cho góc tiếp xúc nhỏ hơn 10o ngoại trừ các vật liệu đã được hoạt hóa bề
mặt bằng các chất hoạt động bề mặt như xà phòng.
Tuy nhiên vật liệu TiO2 ở kích cỡ nano lại có một tính chất đặc biệt như sau:
khi chúng ta tạo ra một màng mỏng TiO2 ở pha Anatase với kích cỡ nano mét lên
một tấm kính, các hạt nước tồn tại trên bề mặt với góc tiếp xúc chừng 20o – 40o.
Nếu chúng ta chiếu ánh sáng tử ngoại lên bề mặt của màng thì các giọt nước bắt đầu
trải rộng ra, góc tiếp xúc giảm dần. Đến một mức nào đó góc tiếp xúc gần như bằng
0o, nước trải ra trên bề mặt thành một màng mỏng. Chúng ta gọi hiện tượng này của
màng TiO2 là hiện tượng siêu thấm ướt.
Hiện tượng siêu thấm ướt này chỉ tồn tại trong khoảng một tới hai ngày kể từ
khi ta dừng chiếu ánh sáng tử ngoại. Sau đó góc thấm ướt tăng dần và bề mặt trở lại
như cũ với góc thấm ướt chừng vài chục độ. Tính chất siêu thấm ướt sẽ lại phục hồi

nếu như bề mặt lại được chiếu sáng bằng tia tử ngoại.

Hình I.4. Hình ảnh đọng nước trên màng TiO2 ở các chế độ chiếu sáng. [16]

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

c. Cơ chế siêu ưa nước của màng nano TiO2
Khi màng nano TiO2 được kích thích bởi nguồn sáng có bước sóng nhỏ hơn
388 nm sẽ xảy ra sự dịch chuyển điện tử từ vùng hoá trị lên vùng dẫn làm xuất hiện
đồng thời cặp điện tử (e-) và lỗ trống (h+) lần lượt ở vùng dẫn và vùng hoá trị.
TiO2 + hυ --> TiO2(e- + h+)

(7)

Những cặp điện tử và lỗ trống này sẽ dịch chuyển tới bề mặt để thực hiện các phản
ứng ơxy hố.
Ø Ở vùng dẫn : xảy ra sự khử Ti4+ về Ti3+
e- + Ti4+ --> Ti3+

(8)

Ø Ở vùng hố trị : xảy ra sự ơxy hố O2- thành O2
4h+ + 2O2- --> O2↑

(9)

Cơ chế về tính siêu ưa nước của nano TiO2 được mô tả theo giản đồ sau:

Hình I.5. Cơ chế ưa nước của vật liệu TiO2 khi chiếu ánh sáng tử ngoại. [20]

Hiện tượng này được giải thích một cách giả định là do có sự tạo ra các lỗ
trống thiếu ôxy khi chiếu ánh sáng tử ngoại lên màng nano TiO2. Nguyên nhân của
sự hình thành các lỗ trống này theo mô tả ở các phương trình bên trên. Hiện tượng

Vũ Văn Cơng

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

này chỉ xảy ra với các phân tử bề mặt, cứ 4 phân tử TiO2 lại giải phóng một phân tử
ơxy, hình thành trên bề mặt một mạng lưới các lỗ trống.
Khi có nước trên bề mặt, các phân tử nước nhanh chóng chiếm chỗ các lỗ
trống, mỗi phân tử chiếm một lỗ trống bằng chính ngun tử ơxy của nó và quay hai
ngun tử hydro ra ngồi, bề mặt ngồi lúc này hình thành một mạng lưới hydro.
Chúng ta biết rằng, sở dĩ chất lỏng có hình dạng của bình chứa là do lực liên
kết giữa các phân tử chất lỏng yếu hơn giữa các phân tử chất rắn. Phân tử nước là
phân tử phân cực với phần tích điện âm là nguyên tử ơxy và phần tích điện dương là
ngun tử hydro. Giữa các phân tử nước có liên kết hydro hình thành giữa các
nguyên tử ôxy và nguyên tử hydro. Như vậy, nhờ chính lực liên kết hydro giữa lớp

"ion hydro bề mặt" và các "ion ôxy" của nước mà giọt nước được kéo mỏng ra, tạo
lên hiện tượng siêu thấm ướt.

I.3. Một số ứng dụng của vật liệu TiO2
Vật liệu TiO2 với tính chất quang điện và quang xúc tác đã được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp điện tử, hoá học xúc tác, y dược, mỹ phẩm và
môi trường,...[3-11]. Trong lĩnh vực xây dựng công nghiệp, chế tạo máy, vật liệu
nano TiO2 được pha tạp hoặc phủ để làm tăng khả năng chống ăn mòn vật liệu, tạo
cho vật liệu độ bền về cơ học và hoá học. Ngồi ra, vật liệu TiO2 cịn là một vật liệu
lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực vi điện tử, quang điện tử. Đã có rất nhiều
các cơng trình nghiên cứu và đưa vật liệu TiO2 ứng dụng vào trong cuộc sống. Dưới
đây, luận văn sẽ trình bầy một cách khái quát về một vài ứng dụng tiêu biểu của vật
liệu TiO2. Hình I.6 thể hiện ứng dụng về khả năng tự làm sạch của vật liệu được
phủ màng TO2 trong lĩnh vực giao thông và xây dựng.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Hình I.6. Một số ứng dụng của vật liệu TiO2 trong cuộc sống tương lai. [20]

I.3.1. Ứng dụng trong công nghệ điện tử
Với những ưu điểm về độ ổn định tính chất trong điều kiện nhiệt độ cao và
môi trường khắc nghiệt, các cảm biến khí dựa trên cơ sở vật liệu TiO2 được ứng
dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và dân dụng.

TiO2 còn là một vật liệu triển vọng thay thế cho SiO2 trong các linh kiện
MOSFET thế hệ mới. TiO2 là chất bán dẫn với hệ số điện môi cao sẽ được sử dụng
làm điện cực cổng trong MOSFET. Chúng khắc phục được nhược điểm bị đánh
thủng của lớp ôxit silic khi kích thước và chiều dầy của lớp vật liệu giảm đi đáng
kể.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Hình I.7. Cấu trúc của pin mặt trời quang điện hoá. [20]

Vật liệu TiO2 đang được nghiên cứu ứng dụng chế tạo pin mặt trời quang
điện hoá thế hệ mới. Pin mặt trời thế hệ mới đã khắc phục được những nhược điểm
của pin mặt trời truyền thống dựa trên nguyên lý của chuyển tiếp p-n như: công
nghệ chế tạo phức tạp và giá thành cao. Pin quang điện hóa thế hệ này sử dụng các
hạt nano TiO2 kết hợp với chất mầu với các điện cực dẫn điện được chế tạo trên
màng dẫn điện trong suốt như SnO2 hoặc ZnO. Không gian giữa hai điện cực được
lấp đầy bằng dung dịch điện ly là các cặp ơxy hố khử I-/I3-. Khi chiếu sáng chất
mầu sẽ phát sinh cặp điện tử lỗ trống. Dưới tác dụng của điện trường nội tại bề mặt
tiếp xúc giữa TiO2 và dung dịch điện ly, điện tử sẽ chuyển động ngược chiều với từ
trường nội tạo thành dòng mạch ngoài. Các lỗ trống kết hợp với chất khử của dung
dịch điện ly để tạo thành chất ơxy hóa. Chất ơxy hố này sẽ bị khử bởi điện tử từ
mạnh ngoài trở về chất khử. Chuyển động của điện tử tạo thành mạch khép kín.
Các pin quang điện hố sử dụng hạt nano

TiO2

kết

hợp

với

chất

nhạy

mầu

Ruthenium sẽ cho hiệu suất chuyển đổi 710 % (M.Gratzel và B.O’Rongen – 1990).

Hình I.8. Pin mặt trời quang điện hố

I.3.2. Ứng dụng trong xử lý ơ nhiễm mơi trường
Tính quang xúc tác của vật liệu nano TiO2 đã được nghiên cứu và ứng dụng
trong việc xử lý ô nhiễm và đảm bảo vệ sinh môi trường. Ta có thể chia làm 3 lĩnh
vực chính như sau:
Ø Vật liệu TiO2 ứng dụng để xử lý các tác nhân độc hại trong môi trường

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ độc hại để làm sạch môi trường nước và
khơng khí bằng bức xạ tử ngoại có xúc tác là TiO2 đã được phát hiện từ nhiều năm
trước. Dưới tác dụng của tia tử ngoại, phản ứng quang xúc tác TiO2 sẽ hình thành
các tác nhân ơxy hoá mạnh như các gốc hydroxyl (OH*), hydrogen peroxid (H2O2),
super ôxit (HO2*). Các tác nhân ôxy hoá sẽ phân hủy các chất hữu cơ độc hại thành
sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Các tác nhân ơxy hố cũng phân hủy các hợp
chất có hại trong mơi trường như CO, NO2, SO2, CFC… thành những hợp chất
không độc hoặc ít độc hơn.
Trên cơ sở phân huỷ các chất độc hại, vật liệu TiO2 được ứng dụng vào mục
đích làm sạch, xử lý nước và khơng khí, các chất thải hữu cơ độc hại. Tính chất
khử độc làm sạch nước của vật liệu TiO2 cũng được ứng dụng trong việc xử lý các
nguồn nước trong nuôi trồng thuỷ sản, khử các độc tố trong nguồn nước thải công
nghiệp…
Ø Vật liệu TiO2 ứng dụng để khử khuẩn
Để xử lý các tác nhân sinh học có hại trong mơi trường (như vi khuẩn, virut,
nấm mốc), người ta sử dụng các phương pháp truyền thống như clo hố, ơzơn hố
hoặc sử dụng đèn UV diệt khuẩn. Các tác nhân sinh học sẽ bị phân huỷ khi tiếp xúc
trực tiếp với ôzôn, tia tử ngoại hay các chất tẩy rửa. Tuy nhiên phương pháp này
không đảm bảo diệt trừ tận gốc các tác nhân sinh học.
Quá trình xúc tác quang trên bề mặt vật liệu TiO2 sẽ tạo ra các chất ơxy hoạt
động có khả năng phá huỷ cấu trúc tế bào của vi khuẩn. Các gốc hydroxyl (OH*),
hydrogen peroxid (H2O2), super ôxit (HO2*) sẽ xâm nhập vào tế bào và hoạt hoá
bằng ion sắt có trong tế bào vi khuẩn bằng phản ứng Fenton:
Fe 2+ + H 2O2 ® OH * + OH - + Fe3+

(10)

Phản ứng Fenton tiếp tục tạo ra các gốc OH* tham gia vào q trình hoạt hố phân
huỷ vi khuẩn.
Với ứng dụng khử trùng và diệt khuẩn vật liệu TiO2 được phủ lên các loại
cửa kính, gạch men ốp tường, rèm cửa trong gia đình và các bệnh viện để tăng khả
năng tự làm sạch, khử trùng và diệt nấm mốc. Vật liệu TiO2 được dùng trong đèn

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

huỳnh quang, hệ thống điều hồ trong gia đình để làm sạch khơng khí, khử mùi,
khử độc tố.
Ø Vật liệu TiO2 ứng dụng làm vật liệu phủ thông minh
Vật liệu TiO2 khi phủ lên kính, gương, tường trong các cơng trình nó được
coi như một lớp vật liệu thông minh với khả năng không đọng hơi nước, tự tẩy rửa
chống mốc và bụi bẩn.

Hình I.9. Một số ứng dụng của TiO2 làm vật liệu thơng minh trong cuộc sống. [20]

Q trình ơxy hố sẽ hình thành các nút khuyết ơxy trên bề mặt vật liệu và
các nút khuyết này có xu hướng hấp thụ các phân tử nước trên bề mặt và làm giảm
góc tiếp xúc giữa các hạt nước với bề mặt. Khi nước bám dính trên vật liệu sẽ có xu
hướng dàn đều thành lớp mỏng rồi chảy đi. Chính nhờ cơ chế này người ta đã tạo ra
các loại gương và kính khơng mờ phục vụ trang trí nội thất và giao thông vận tải.
Cơ chế tự làm sạch của vật liệu TiO2 cũng dựa trên cơ sở của quá trình ơxy

hố các chất khí tồn tại trong mơi trường NO, SO2, NO2 thành các gốc axít. Khi các
gốc tự do này gặp nước sẽ hình thành axít và tẩy rửa các chất bẩn trên bề mặt.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

hn
ì
®
TiO
e- + h +
ï
2
ï ïe + NOx ® NO3
ï 2íe + SO2 ® SO4
ï
ï NO3 + H 2O ® HNO3
ïSO 2- + H O ® H SO
4
2
2
4
ïỵ

Mục lục

(11)

Hình I.10. Cơ chế tự làm sạch của kính phủ TiO2. [20]

Hiện nay ở Nhật, hiện tượng siêu ưa nước được ứng dụng nhiều trong kính
hoặc gạch ngói tự làm sạch. Khi bụi bẩn và chất hữu cơ bám vào, một phần bị phân
hủy bởi quá trình quang xúc tác, một phần bị rửa trơi do tính siêu ưa nước, các giọt
nước len vào khoảng không giữa hạt bụi và TiO2 đẩy các hạt bụi rơi xuống.

Hình I.11. Bụi bẩn bị phân huỷ và tự rửa trôi trên vật liệu phủ màng TiO2. [20]

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO
Để chế tạo vật liệu TiO2 cấu trúc nano có nhiều phương pháp vật lý và hoá
học khác nhau như phương pháp sol-gel, phương pháp nhiệt thuỷ phân, phương
pháp đúc khuôn, phương pháp lắng động pha hơi hoá học từ các hợp chất cơ kim,
phương pháp điện hố,… Chúng tơi chỉ trình bày phương pháp sol-gel và phương
pháp nhiệt thuỷ phân vì đây là những phương pháp chính sẽ được sử dụng trong
phần thực nghiệm của luận văn này.

II.1. Phương pháp sol-gel

Sol-gel là phương pháp được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu kích
thước hạt nhỏ, độ đồng đều cao từ những phân tử tiền định ban đầu thông qua các
phản ứng polymer hố vơ cơ. Sản phẩm cuối cùng của q trình sol-gel là các ơxit
phức hợp có độ đồng nhất cao. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để chế
tạo các ơxit vơ cơ bằng phương pháp hóa học. Phương pháp này có ưu điểm hơn so
với các phương pháp kết tinh thông thường:
-

Phương pháp sol-gel với các thiết bị đơn giản và rẻ tiền, nó cho phép ta
có thể chủ động điều khiển trong các giai đoạn để tạo ra sản phẩm như
mong muốn.

-

Nhiệt độ cần cho quá trình sol-gel thường thấp hơn so với các phương
pháp thơng thường nên sẽ tiết kiệm chi phí chế tạo.

-

Phương pháp sol-gel cho phép tạo ra sản phẩm rất phong phú : dạng bột,
dạng sợi, dạng màng mỏng, dạng khối với các hình dạng bất kỳ.

-

Sol-gel cho phép chế tạo các hệ đơn pha nhiều thành phần bằng cách sử
dụng kết hợp nhiều chất tiền định phân tử khác nhau, sản phẩm tạo thành
có độ đồng nhất và độ tinh khiết hố học cao.

-

Phương pháp sol-gel có thể chế tạo bột có kích thước hạt nhỏ, độ tinh
khiết cao vì vậy sẽ nâng cao hoạt tính của vật liệu.

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010


Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Tuy nhiên phương pháp sol-gel vẫn có một số hạn chế nhất định. Đây là
phương pháp hố học nên các q trình phản ứng xảy ra rất phức tạp. Ngoài ra, các
chất lượng sản phẩm gel chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố mơi trường như nhiệt
độ, độ ẩm. Hình II.1 đưa ra quá trình tạo liên kết giữa các phân tử trong phản ứng
sol-gel.

+ o + o+
o + + o
+ o++ o
++ o + o

+o+o+
o+o+o
+o+o+

+o+
o+o

+o+o+o+
o+o+o+o
+o+o+o+
o+o+o+o
+o+o+o+

Hình II.1. Quá trình tạo liên kết giữa các phân tử trong phản ứng sol-gel. [20]

Cơ sở của q trình sol-gel chế tạo các ơxit dựa trên hai quá trình thuỷ phân
và ngưng tụ các tiền chất ban đầu. Bằng cách điều chỉnh tốc độ giữa hai phản ứng
thuỷ phân và ngưng tụ ta sẽ thu được vật liệu có tính chất như mong muốn. Sol là
một dung dịch huyền phù gồm các hạt keo có kích thước từ 1 nm đến 1000 nm phân
tán ở pha lỏng. Khi độ nhớt của sol tăng đáng kể thì những hạt keo mất đi pha lỏng,
đồng thời xảy ra sự polymer hoá các hạt tạo thành một khối rắn đồng nhất gọi là
gel.
Phương pháp sol-gel có thể đi từ các chất tiền định khác nhau, thông thường
người ta chia phương pháp này thành 3 dạng chính như sau:

II.1.1. Phương pháp sol-gel đi từ thuỷ phân các muối
Các muối sau khi hoà tan vào trong nước sẽ phân ly thành các ion và xảy ra
hiện tượng các ion kết hợp với phân tử nước để tạo thành phức chất. Quá trình thuỷ
phân các phức này để tạo thành phức đơn, các phức đơn tiếp tục ngưng tụ tạo thành
phức đa nhân hay còn gọi là hạt keo.
Muối sử dụng cho phương pháp này thường là các muối của axít nitric
(HNO3), axít clohydric (HCl), axít sunfuric (H2SO4). Để tổng hợp bột TiO2 người ta
thường đi từ muối TiCl4, TiSO4 phản ứng với NH4OH, (NH4)2SO4 hoặc NH4HCO3 .

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010

Luận văn Thạc sĩ khoa học

Mục lục

Các tác giả sử dụng phương pháp sol-gel đi từ muối TiCl4 thuỷ phân trong dung
dịch NH4OH 5M và đã tạo ra bột TiO2 có kích thước đồng đều từ 20nm đến 25nm
[17, 18].
Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng tạo bột với kích thước khá đồng
đều, đi từ nguyên liệu rẻ tiền nên giá thành sản phẩm thấp hơn so với những phương
pháp khác.

II.1.2. Phương pháp sol-gel đi từ thuỷ phân các phức chất
Vật liệu ban đầu của quá trình sol-gel là các phức chất. Phức chất dùng trong
phương pháp này là các cation kim loại kết hợp với các phối tử hữu cơ. Các phối tử
hữu cơ gồm có các axít citric, axít cacboxylic, axít oleic, axít naphtalic… Liên kết
giữa các phối tử trong các phức chất là liên kết phối trí nên năng lượng liên kết
thường nhỏ hơn các ion do vậy tính phân cực giảm. Sự hồ trộn giữa các phân tử
thành phần phản ứng dễ dàng nên sản phẩm tạo ra có tính đồng đều cao và kích
thước hạt nhỏ.

II.1.3. Phương pháp sol-gel đi từ thuỷ phân các alkoxide kim loại
Vật liệu ban đầu của phương pháp này là các alkoxide kim loại M(OR)x
trong đó: M là kim loại; (OR) là nhóm alkoxi và R thường là các nhóm alkyl
(R=CH3, C2H5…). Tuỳ theo mục đích chế tạo mà ta chọn các alkoxide có gốc kim
loại khác nhau. Việc chế tạo vật liệu TiO2 bằng phương pháp này có thể đi từ các
alkoxide như titanium tetra-isopropoxide (TTIP) hay tetraisopropyl orthotitanate
(TIPT), thuỷ phân trong dung dịch isopropanol, ethanol, methanol, hydroxypropyl
cellulose [19]. Bên cạnh các chất tạo phức chất chính người ta cịn sử dụng các chất

xúc tác là axít nitric (HNO3), axít clohydric (HCl) để khống chế độ thuỷ phân và
ngưng tụ thông qua việc điều chỉnh độ pH.
Q trình sol-gel xảy ra theo các phản ứng chính sau:
-

Phản ứng thủy phân:

Ti(OR)4 + H 2O « (OR)3Ti - OH + R - OH
-

Phản ứng ngưng tụ loại rượu:

Ti(OR)4 + (OR)3Ti - OH « (OR)3Ti - O - Ti - (OR)3 + R - OH

Vũ Văn Công

Cao học Vật lý 2008 - 2010