Sự tổng hợp đơn giản của cấu trúc CuO nano và hìnhthái của chúng phụ thuộc thuộc tính quang xúc tác

Sự tổng hợp đơn giản của cấu trúc CuO nano và hình
thái của chúng phụ thuộc thuộc tính quang xúc tác
S.P Meshram, P.V. Adhyapak*, U.P. Amalnerkar.
Nổi bật
 Hình cầu, dạng lỗ hổng, loại tiểu cầu và dạng lá của CuO nano được tổng
hợp.
 PVP và axit oxalic, phương pháp thủy nhiệt và kết tủa gián tiếp được sử
dụng trong tổng hợp.
 Theo nghiên cứu dưới ánh sáng của mặt trời CuO nano bị thụ động gián tiếp
bởi quang hoạt hóa của methylene xanh (MB).
 Tiểu cầu CuO cho thấy hoạt tính cao nhất là sự suy thối MB.
Thơng tin bài viết
Lịch sử bài báo:
Nhận 28 tháng 2 năm 2012
Nhận được trong hình thức sửa đổi ngày 14 tháng 5 năm 2012
Chấp nhận ngày 04 Tháng bảy 2012
Có sẵn trực tuyến ngày 25 tháng 7 năm 2012
Từ khóa chính:
CuO
Kết tủa hóa học
Thủy nhiệt
Xúc tác quang
Methylene xanh


Đồ họa tóm tắt

Tóm tắt
Cấu trúc nano của đồng (II) oxit có các hình thái khác nhau như hình cầu,
dạng lỗ hổng, hình tấm và tiểu cầu được tổng hợp từ đồng sunfat trong sự hiện diện
của polyvinyl pyrolidone (PVP) và axit oxalic, sử dụng phương kết tủa và thủy

nhiệt. Sự biến đổi trong tham số phản ứng như là phương pháp tổng hợp và tác
nhân tạo phức trên hình thái của hạt nano đã được khảo sát. Cấu trúc nano được
đặc trưng bởi sự nhiễu xạ tia X (XRD), miền phát xạ hiển vi học điện tử quét (FESEM), phân tích tỉ trọng và phân tích nhiệt (TG/DTA), UV- Vis DR quang phổ học,
phân tích năng lượng phân tán tia X (EDAX), biến đổi ôm nhiệt quang phổ hồng
ngoại ( FT- IR), BET phân tích bề mặt cụ thể và phân bố kích thước hạt. Nỗ lực đã
được thực hiện để giải thích thỏa đáng cơ chế tăng trưởng cho sự hình thành các
cấu trúc hình thái. Các hoạt động xúc tác của sự chuẩn bị cấu trúc CuO nano được
đánh giá bằng cách giám sát sự xuống cấp của methylene xanh. Tốc độ suy thoái
quang xúc tác của methylene xanh được phát hiện là 72.59%, 93.48%, 49.71% và
95.71% cho hình cầu, dạng lỗ hổng, hình tấm và hình thái tiểu cầu tương ứng.
© 2012 Elsevier B.V. Bản quyền
1.Giới thiệu
Trong những năm gần đây hạt tinh thể bán dẫn nano đã thu hút đáng kể sự
quan tâm bởi vì tính chất đặc biệt của nó như là tỉ lượng bề mặt lớn, tăng cường
hoạt tính, tính chất điện tử đặc biệt và tính chất quang học độc đáo so với những
vật liệu rời [1,2]. Các oxit kim loại chuyển tiếp là một loại quan trọng của chất


bán dẫn. Trong số các oxit kim loại chuyển tiếp, đồng oxit (CuO), một trong
những chất bán dẫn loại p quan trọng với một khoảng cách hẹp 1,4 eV [3] đã thu
hút nhiều sự chú ý. CuO có từ tính phức tạp và là cơ sở cho một số chất siêu dẫn
và vật liệu nhiệt độ cao với sự chống lại từ tính lớn [4,5]. Ngồi ra, CuO được sử
dụng như chuyển đổi quang, bột màu, thuốc diệt nấm, thuốc thử luyện kim, cảm
biến khí, phương tiện lưu trữ từ tính, phát xạ trường (FE) phát xạ và tế bào năng
lượng mặt trời do tính chất quang và quang hóa của nó [6-16]. Gần đây, nhiều
nghiên cứu đã tập trung vào các ứng dụng của nó trong xúc tác quang hóa. Tuy
nhiên, trong hầu hết các báo cáo, CuO chỉ được sử dụng như một chất tăng nhạy
của quang xúc tác hỗn hợp như CuO/TiO 2 [17–19], CuO/SnO2 [20], CuO/ZnO
[21], CuO/BiVO4 [22], CuO/SiO2 [23], và CuO/zeolite [24,25]. Trong các nghiên
cứu, hoạt động này là không thỏa đáng khi chỉ CuO là được sử dụng như là quang

xúc tác trong các thí nghiệm kiểm sốt. Từ năm 2008 một số nhóm [26-29] đã
báo cáo hình thái khác nhau của CuO sử dụng quang xúc tác. Các nguồn ánh sáng
chỉ bị giới hạn bởi ánh sáng bức xạ tử ngoại (UV) hoặc ánh sáng bức xạ khả kiến
( UV-vis ). Nhược điểm của phương pháp này là: giá tiêu thụ các nguồn tài
ngun khan hiếm và tạo ra khí thải gây ơ nhiễm và chất thải, liên quan đến điện
năng cần thiết. Hơn nữa, một số các bước sóng tham gia có hại và yêu cầu các
biện pháp bảo vệ trong khi sử dụng; điều này hạn chế các tiện ích của quang xúc
tác. Ánh sáng mặt trời là nguồn khóa của sự rọi sáng để thực hiện các phản ứng
khác nhau của quang xúc tác. Ánh sáng nhìn thấy là một thành phần chính của
ánh sáng mặt trời như so với ánh sáng bức xạ khả kiến, cái mà chỉ có khoảng 4%
tổng bức xạ. Do các yếu tố, sự phát triển của một hệ thống quang xúc tác ổn định,
nó trở nên có hiệu quả trong sự có mặt của ánh sáng nhìn thấy, là khơng thể thiếu
từ quan điểm của việc sử dụng hiệu quả của ánh sáng mặt trời .
Nói chung, các thuộc tính xúc tác bị ảnh hưởng bởi các hình thái. Hàm ý
quan trọng của điều này là sự cần thiết của tổng hợp hình thái kiểm soát của CuO
cho nâng cao các ứng dụng thực tế. Tương tự như chức năng của nhiều chất bán
dẫn, nhiều cấu trúc CuO vi/nano: như mạng [30], cấu tạo bó [31], dải nano [32]
cũng như caddice sợi chỉ [33], dạng hình chữ nhật [34], cấu trúc hạt đậu [35] đã
được chế tạo bởi một loạt các kỹ thuật bao gồm lắng đọng hơi hóa chất, phương
pháp thủy nhiệt và một số quy trình giải pháp. Trong số các phương pháp tổng
hợp khác nhau, sử dụng phương pháp thủy nhiệt và hóa học kết tủa được quan
tâm đặc biệt bởi vì chúng an tồn và thân thiện với mơi trường, q trình thực
hiện ở nhiệt độ vừa phải mà khơng cần sử dụng bất kỳ thiết bị đắt tiền .


Trong bài này, chúng tôi báo cáo tổng hợp của CuO cấu trúc nano với hình
thái khác nhau: chẳng hạn như hình cầu, dạng lỗ hổng, dạng tấm và tiểu cầu, sử
dụng phương pháp kết tủa hóa học và thủy nhiệt. Polyvinyl pyrrolidone (PVP) và
axit oxalic được sử dụng làm mẫu để kiểm soát sự phát triển của tinh thể CuO.
Tương lai của công việc này nằm ở sự đơn giản của nó trong việc kiểm sốt sự

phát triển của ba cấu trúc nano tích hợp khác nhau từ nguồn ion kim loại duy nhất
sử dụng đường hóa học đơn giản. Hơn nữa, các hoạt động quang xúc ánh sáng
mặt trời định hướng tự nhiên của các tinh thể CuO đã được chuẩn bị đánh giá sử
dụng thuốc nhuộm màu xanh methylen như một mẫu chất gây ô nhiễm. Dạng tiểu
cầu CuO cấu trúc nano đã được tìm thấy có hoạt tính xúc tác tốt nhất đối với sự
suy biến thuốc nhuộm MB.
2 . Thử nghiệm
2.1. Tổng hợp cấu trúc CuO nano
Tóm tắt như trong Bảng 1, có bốn phương pháp tổng hợp chính sử dụng
trong cơng việc hiện tại:
a)

3.319g CuSO4.5H2O 2g và PVP được hòa tan một cách riêng biệt trong
25 ml nước cất đôi. Hai giải pháp đã được pha trộn với nhau bằng cách
sử dụng máy khuấy từ ở nhiệt độ phịng.
Bảng 1
Chi tiết về các thơng số được sử dụng để tổng hợp tinh thể CuO nano.
Giảm/ tác
Nguồn ion
nhân kết
Mẫu
Ví dụ
Phương pháp
kim loại
tủa
Phương pháp kết tủa học
Phương pháp 1 CuSO4.5H2O
NH2.NH2
PVP
CP1

Phương pháp 2 CuSO4.5H2O
NH2.NH2 Axit oxalic
CP2
Phương pháp nhiệt hóa
Phương pháp 3 CuSO4.5H2O
NaOH
Axit oxalic
HT1
Phương pháp 4 CuSO4.5H2O
NaOH
PVP
HT2

pH ban đầu của dung dịch là 5,7 sau đó thêm từng giọt dung dịch 10 ml 30 %
hydrazine hydrate và lắc đều. pH cuối cùng của dung dịch là 8,5. Kết tủa màu nâu
được hình thành được lọc, rửa sạch với nước cất và sấy khơ trong lị nướng ở
100oC qua đêm. Sau khi sấy, mẫu được nghiền. Mẫu này được gia nhiệt ở 650 oC


trong 2 giờ trong lị ở bầu khơng khí xung quanh. Mẫu oxit đã chuẩn bị (87.25 %
sản lượng) được dán nhãn là CP-1.
b)

CuSO4.5H2O 3.319g được hòa tan trong 25 ml nước cất. Về điều này, 20 ml (1.5M)
của dung dịch axit oxalic được thêm vào khuấy đều liên tục. Kết tủa màu xanh da
trời được hình thành. Kết tủa thu được được phân tán trong 40ml nước cất. Sau
đó, 10 ml 30 % dung dịch hydrazine hydrate được thêm vào từng giọt và lắc đều.
pH quan sát của dung dịch là 8,4. Kết tủa màu đen được hình thành. Dung dịch
được lọc và rửa sạch kết tủa thu được bằng nước cất nhiều lần sấy khô để qua
đêm ở 100oC. Sau khi sấy, mẫu được nghiền và nung ở 650 oC trong 2 giờ trong lị

ở bầu khơng khí xung quanh. Bột màu đen (năng suất 86,45 %) được dán nhãn là
CP- 2.

c)

CuSO4.H2O 3,319 g và 1,584 g C2H2O4 được hòa tan một cách riêng biệt trong
30ml nước cất. Về điều này, NaOH ( 0,1 M ) dung dịch nước đã được thêm vào
cho đến khi pH = 9. Hỗn hợp phản ứng sau đó đã được chuyển sang bình chưng
Teflon. bình chưng đã được niêm phong và lưu giữ trong trước lị duy trì ở
180oC. Sau khi lão hóa 12h, để nguội bình chưng một cách tự nhiên ở nhiệt độ
phịng, kết tủa màu đen được hình thành. Kết tủa này được lọc ra và rửa sạch
bằng nước cất. Kết tủa quan sát được sấy khơ trong lị nướng ở 100 oC qua đêm.
Mẫu oxit này (90.33% sản lượng) được dán nhãn là HT-1.

d)

1 g CuSO4.5H2O và 5g PVP được hòa tan một cách riêng biệt trong 10 ml rượu
mêtylic. Dung dịch được khuấy ở nhiệt độ phòng để tạo thành một dung dịch rõ
ràng. Sau đó, dung dịch 0.1M NaOH trong MeOH được thêm vào từng giọt dung
dịch đồng axetat hoặc PVP, quan sát kết tủa màu vàng thu được. pH quan sát của
dung dịch là 10. Dung dịch thu được được chuyển vào bình Teflon, và nồi hấp
được giữ trong lò nướng ở 180 oC premaintained. Sau 12h, kết tủa được tách khỏi
dung dịch sử dụng máy li tâm và rửa sạch bằng methanol nhiều lần. Cuối cùng,
hạt CuO được phân tán trong dung dịch acetone, lọc bằng giấy lọc tráng nhựa
Whatman, và làm khô trong lị khơng khí nóng ở 100 oC qua đêm. Các mẫu thu
được oxit với 91.76 % sản lượng được dán nhãn là HT- 2.
2.2 Mơ tả những đặc điểm hóa lý


Các thành phần và các thông tin tinh thể của mẫu tổng hợp đã được khảo

sát bởi nhiễu xạ X- RAV (mơ hình Rigaku Miniflex với các nguồn bức xạ Cu K
và ứng dụng hiện thời và điện áp 30kV và 30mA ) và năng lượng phân tán quang
phổ tia X ( EDAX ). Phổ FT- IR được ghi lại trên một quang phổ kế Perkin
Elmer 1090 ở nhiệt độ phòng trong với mẫu của KBr. Trường phát xạ quét điện tử
cực nhỏ (FESEM) hình ảnh thu được bằng cách sử dụng mẫu JEOL JSM - 6700F
được trang bị với súng phát xạ (FEG). Sự khuếch tán quang phổ phản xạ và
quang phổ hấp thụ quang học của mẫu thử được ghi lại trên phổ quang kế UV
nhìn thấy được. JASO V-570 . Đặc tính nhiệt của các hạt nano được ghi lại trên
TG- DTA 6200, dụng cụ Seiko, Inc. Kết quả đo của sự phân bố kích thước hạt của
mẫu được thực hiện bởi động lực tán xạ ánh sáng thông qua kỹ thuật tia laser
trong năng lượng sử dụng của 632nm PSS- NICOMP hệ thống kích thước hạt,
Santa Barbara, California, Mỹ. Diện tích bề mặt cụ thể được đo trên Autosorb-1
(dụng cụ Quatacrome) bởi phương pháp Brunauer- Emmett-Teller (BET). Phép
đo tổng hợp hữu cơ được đưa ra phân tích.
2.3 Đánh giá hoạt tính quang hóa
Các hoạt động xúc tác của mẫu tổng hợp được chứng minh bằng cách quan
sát sự thối biến quang hóa màu MB trong nước. Phản ứng được tiến hành trong lò
phản ứng chịu nhiệt có thể tích là 250ml, dưới ánh sáng mặt trời. Trong 1 thí
nghiệm điển hình, 20mg mẫu bột được hấp thụ trong 100ml dung dịch của 100mg
L-1 MB và giữ trong bóng tối 15 phút để đạt trạng thái cân bằng.Sau đó được đưa ra
tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Thí nghiệm kiểm tra có cùng điều kiện về chất phân
tích nhưng khơng có bất kỳ quang xúc tác nào. Trong thí nghiệm, mẫu quang được
thực hiện đều đặn 30 phút và thể vẩn được li tâm trong 10 phút. Tổng lượng nồi
được xác định bằng cách đo độ hấp thụ ở max = 664 bằng máy đo quang phổ UV.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Đặc tính hóa lý
Các phương pháp kết tủa hóa học và thủy nhiệt được sử dụng để thúc đẩy sự
hình thành cấu trúc nano của các oxit với nhiệt độ phản ứng thấp và thời gian q
trình được đánh giá mơ tả các vật liệu tổng hợp được bằng các đặc tính kỹ thuật
khác nhau. Các tinh thể và các pha tinh thể của vật liệu tổng hợp đã được kiểm tra

bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) . Hình 1 cho thấy mơ hình nhiễu xạ bằng
4 phương pháp khác nhau. Tất cả các đỉnh nhiễu xạ chỉ rõ pha đơn tà của
CuO( S.G C2/c; và dàn hệ số a=4,684 A˚, b=3,425A˚, C=5,129A˚, β=99,47˚) phù


hợp với JCPDS số 45- 0397. Thu được 20 giá trị 32.5˚, 35.5˚, 38.7˚, 48.7˚, 53.4˚,
58.3˚, 61.5˚, 66.2˚, 68.1˚, 72.4˚, 75.2˚, 82.3˚ tương ứng với các mặt phẳng tinh thể
(110), (111), (22̅ 02), (020), (202), (32̅ 11), (220), (311), (22̅ 02) và (32̅ 13)[36]. Khơng
đỉnh nào quan sát được có tạp chất, cho thấy độ tinh khiết cao của mẫu thu được.
Các đỉnh nhiễu xạ tương đối rộng cho thấy tinh thể nhỏ hơn hạt nhân CuO. Công
thức Sherrer D=
Trong đó D: kích thước trung bình của hạt
λ : độ dài sóng
θ : góc nhiễu xạ
β : chiều rộng nửa tối đa của phản xạ (002)

%
Mức
độ
truy
ền

Cườ
ng
độ

hi

Hàm sóng bậc 2
Hình 1. Phổ XRD của sự tổng hợp tinh thể

CuO . (a) CP-1, (b) CP-2, (c) HT-1, (d) HT-2

Hình 2. Biểu diễn phổ FT-IR
của mẫu CuO

Kết quả trung bình được tính tốn và tổng kết ở bảng 2


Phương
pháp

Mẫu

PP 1
PP 2

CP1
CP2

PP 3
PP 4

HT1
HT2

Đối tượng
quan sát

Kích thước
tinh thể

(XRD, nm)

Kích thước hạt
(FESEM,nm)

Phương pháp kết tủa hóa học
Hình cầu
53.63
50-60
Lỗ hổng
77.03
75-150
Phương pháp thủy nhiệt
Tấm
41.56
30-40
Tiểu cầu
36.01
35-100

Diện tích
bề mặt
(m2/g)

26.49
53.79
44.94
54.69

Phổ FT-IR từ lâu đã được sử dụng như một công cụ mạnh mẽ để cung cấp

thông tin về bản chất của các oxit kim loại. Một oxit lim loại thơng thường có dải
hấp thụ dài dưới 1000cm-1 phát sinh sự tự rung động giữa các nguyên tử.Hình 2
cho thấy quang phổ FT-IR của mẫu CP-2 và HT1 mô tả 2 phương pháp tổng hợp
hạt CuO có sử dụng axit oxalic. Trong phổ, dải hấp thụ giữa 1300 và 3500cm -1 chủ
yếu được cho là hấp thụ hóa học hoặc lý học cùa phân tử H 2O và CO2 trên bề mặt
của các tinh thể CuO cấu trúc nano. Mẫu HT1 hấp thụ phổ IR mạnh hơn là do diện
tích bề mặt BET cao hơn. Có 3 đỉnh hấp thụ IR cho biết tính chất của tinh thể CuO
nano trong dãy 400-700cm-1. Dạng CuO đơn tà thuộc nhóm khơng gian và bao
gồm 12 chế độ quay và âm thanh, tại điểm Γ của vùng Brillouin [37] được mơ tả
trong phương trình sau:
=Ag + 2Bg + 4Au + 5Bu
Trong tổng số 2 chế độ, có 6 cách thức hoạt động hồng ngoại (3A u+ 3Bu) và
3 phương thức hoạt động Raman [Ag + 2Bg].
= Ag(R) + 2Bg(G) +3Au(ir) +3Bu(ir)
Trong hình 2, 3 đỉnh của các tia α, β, γ được gán cho chế độ A u và 2Bu tương
ứng. Đỉnh α xuất hiện tại 590 cm-1 có thể là một sự kết hợp Cu-O từ hướng [[͞101]
và đỉnh β xuất hiện 505 cm-1 có thể là sự kết hợp Cu-O từ hướng [101][37]. Khi
phương pháp thủy nhiệt trong các thí nghiệm của chúng tơi khơng liên quan đến
việc nung ở nhiệt độ cao, rõ ràng các đỉnh α,β,γ trong mẫu CP-2 thay đổi so với
HT-1. Sự thay đổi đỉnh của phổ IR có thể là do mức cảm ứng gây ra biến thể mạng
và các khuyết tật tinh thể như bề mặt các chỗ sắp xếp không bão hòa và trật khớp
cạnh.


Hình 3. Phương pháp FESEM (a) CP-1, (b) CP-2, (c) HT-1, (d) HT-2
Phương pháp EDX (e) CP1, (f) CP2, (g) HT1, (h) HT2


Hình 3 minh họa hình thái tổng thể của sản phẩm được kiểm tra bằng phương
pháp FESEM. Nó cho thấy 4 loại hình thái tinh thề thu được bằng 4 phương pháp

khác nhau:
- Hình cầu (hình 3a): kích thước khoảng 50-60 nm. Tổng hợp từ chất oxi hóa
là PVP và chất khử là hydrazin hydrat.
- Dạng lỗ hổng (hình 3b): kích thước khoảng 75- 150 nm. Tổng hợp từ
axit oxalic và hydrazin hydrat.
- Tấm nano (hình 3c): bề dày 20nm, bề ngang 120-140 nm. Tổng hợp bằng
phương pháp thủy nhiệt axit oxalic và NaOH.
- Hình tiểu cầu (hình 3d): kích thước khoảng 35- 100nm. Tổng hợp từ CuSO 4 ,
PVP, NaOH trong CH3 OH.
Kết quả của phương pháp FESEM cho biết, hình thái học của tinh thể CuO
được đánh giá bởi các thơng số phản ứng khác nhau, theo đó mẫu ảnh hưởng đến
cấu tạo các tinh thể và nhiệt độ đóng vai trị quan trọng.
Thành phần hóa học của sản phẩm được xác định dựa vào phương pháp
FESEM với phép phân tích năng lượng phân tán của tia X( EDAX ). Các đỉnh của
nguyên tố Cu và O quan sát được khơng có bất kỳ các đỉnh khác (hình 3e và f),
chúng xa hơn điều đó chứng tỏ rằng những sản phẩm thu được là CuO tinh khiết,
dần dần bị cơ đặc với mẫu XRD.
Hình 4 a) Khả năng phản
xạ khuếch tán UV – vis của
tinh thể CuO dạng hình cầu
(CP1), dạng lỗ hổng (CP2),
dạng (HT1) và dạng tiểu
cầu (HT2)
b) dãy quang phổ voiws
kích thước của mẫu CuO
đã được chuẩn bị bằng
phương pháp thủy nhiệt và
kết tủa hóa học.

Diện tích bề mặt của các tinh thể oxit đồng (II) khác nhau với dạng cầu,dạng
lỗ, dạng tấm và tiểu cầu giống như mơ hình hình học được tìm thấy lần lượt tương
ứng là 26.49,53.79,44.94 và 54,69 m2/g.
Cơ cấu năng lượng và tính chất quang học của CuO khá quan trọng vì đặc
tính xúc tác và bán dẫn của nó. Tia Uv-vis khuếch tán phản xạ quang phổ đến sản
phẩm của CuO với những mơ hình hình học khác nhau được thể hiện trong hình
4a. Năng lượng khoảng cách (E g) được tính tốn dựa trên phổ hấp thụ của các mẫu
theo phương trình ví dụ = 1240/λAbsorp.Edge [38]. Vùng hấp thụ của dạng cầu,
dạng lỗ, dạng tấm và tiểu cầu như CuO xuất hiện lần lượt tương ứng ở 570, 510,
525 và 480 nm. Các tinh thể CuO với hình dạng khác nhau cho biết tính nhạy với
những vùng ánh sáng thấy được là khác nhau. Ứng với các dạng cầu,dạng lỗ,dạng
tấm và tiểu cầu như CuO được ước tính lần lượt là 2.17,2.43,2.36 và 2,58ev. Tất cả
các giá trị này dường như lớn hơn giá trị kích thước của CuO (1,45ev) [3]. Các tinh
thể oxit đồng (II) với hình thái khác nhau cho biết độ nhạy đến vùng ánh sáng nhìn
thấy là khác nhau và dạng hình cầu của dạng tấm CuO có khả năng hấp thụ mạnh
nhất và dạng cầu là yếu nhất. Đó có thể là do các tinh thể dạng tấm CuO có các
mặt tinh thể linh hoạt và do đó phản chiếu ánh sáng giảm. So sánh các mặt kém
hoạt động của tinh thể oxit đồng (II) dạng cầu phản xạ hầu hết đến sự chiếu xạ và
sự hấp thụ sau đó là nhỏ nhất. Các tinh thể oxit đồng (II) dạng lỗ hổng cũng cho
thấy độ hấp thụ cao hơn so với dạng cầu và dạng tấm vì hạt rất nhỏ và có diện tích
bề mặt lớn hơn. Sự thay đổi của vùng chuyển hóa năng lượng với kích thước tinh
thể của mẫu CuO tổng hợp bằng hai phương pháp khác nhau được thể hiện trong
hình 4b. Trong trường hợp mẫu CuO điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt, cho
kích thước tinh thể là nhỏ nhất (36,01 nm) của dạng tiểu cầu CuO, mép vùng được
ước tính là 2,58 ev, trong khi giá trị của nó đối với các hạt CuO dạng tấm (41,56
nm) giảm đến 2,36 ev. Kết quả của chúng tôi cho thấy sự thay đổi màu xanh lam
trong vùng trống như kích thước tinh thể được giảm. Một sự thay đổi màu xanh
như đã được báo cáo trong tài liệu cho chấm lượng tử CuO [39], cho rằng sự thay
đổi màu xanh quan sát được là do ảnh hưởng sản sinh lượng tử. Kích thước đặc
trưng được gọi là bán kính ngun tử Bohr, nó là một hàm số cơ bản về sự thay đổi

dòng điện và quang học như một chức năng của kích thước đã được báo cáo trước
đó trong khoảng 6.6 – 28.7 nm cho CuO [39]. Hạt nano CuO của chúng tôi là
khoảng gần hơn khoảng này và do đó khơng q sự sản sinh chế độ vững chắc và
trên cơ sở bán kính nguyên tử dường như là lớn hơn 28.7nm. Đối với các hạt CuO
điều chế bởi phương pháp kết tủa hóa học, khoảng cách vùng giảm từ 2.43ev của


77.03 nm trong hạt nano dạng lỗ hổng đến 2,17 ev của các hạt nano dạng cầu
53.63nm .

Hình 6. Biểu đồ phân bố kích thước hạt của tinh thể nano CuO dạng cầu, dạng lỗ hổng, dạng tấm và
dạng tiểu cầu.

Hiển nhiên thấy rằng khoảng cách vùng thay đổi để giảm năng lượng với
giảm kích thước. Chúng tơi cho rằng sự thay đổi màu đỏ được nhìn thấy cho biết
sự hiện diện của intragap thiếu hụt trong hạt nano CuO việc đó giảm vùng trống
quang học. Tính chất quang học của CuO bị ảnh hưởng mạnh bởi các loại và nồng
độ của sự thiếu hụt trong mẫu [40]. Cấu trúc của CuO được biết là có một số nhược
điểm như khoảng trống giữa oxy và Cu. Ngoài ra, CuO được báo cáo là có sự cản
trở khác nhau dẫn đến hình thành các dạng lỗ đặc trưng (CuO 4)5- và điện tử
(CuO4)7– ở trung tâm điện cực pseudo- Jahn-Teller, trong đó cho thấy q trình
chuyển đổi tại ~ 0,2 ~ 0,8 ev tương ứng trong [41]. Sự thay đổi màu đỏ ngày càng


tăng với tăng kích thước hạt cho thấy sự thiếu hụt chịu ảnh hưởng chủ yếu là thiếu
hụt bề mặt.
Một loại biểu đồ nhiệt (TG/DTA) của mẫu HT2 được thể hiện trong hình
5, ở một nhiệt độ nhất định thì một giá trị TG ứng với một giá trị DTA chỉ ra hiệu
ứng nhiệt đi kèm với những hao hụt khối lượng. Sự phân hủy nhiệt tiến hành theo
hai bước. Đỉnh cao thu nhiệt ở 150oC có thể là do mất trọng lượng đầu tiên liên

quan đến việc di chuyển nước trên bề mặt. Một hao hụt khối lượng của 7,13%,
quan sát từ đường cong TG, là kết quả của sự mất nước. Sau khi mất nước, có
cường độ cao, đỉnh tỏa nhiệt mạnh trên đường cong DTA khoảng 250 oC, tương ứng
với hình thành các oxit cuối cùng. Đường cong TG cho thấy mất khối lượng trong
khoảng nhiệt độ 200 - 280oc (25%). Sự hao hụt khối lượng quan sát thấy trong các
giá trị tính tốn định chuẩn hợp lý. Sự hao hụt khối lượng có thể tương quan với
sự hao hụt khối lượng trong lý thuyết là 25% = 79.5/(63,5-1)*100; 79.5 là một nửa
khối lượng của phân tử CuO và 63.5 là khối lượng của phân tử Cu. Ở nhiệt độ cao,
khơng có sự xa hơn nào có ý nghĩa trong mất trọng lượng đã được quan sát hỗ trợ
cho tinh thể tự nhiên của vật liệu với độ tinh khiết cao.
Hình 6 trình bày các biểu đồ kích thước hạt của các tinh thể nano CuO được
điều chế bởi bốn phương pháp khác nhau. Nó có thể được nhìn thấy từ biểu đồ
rằng phần lớn các hạt nano có kích thước CuO khơng q 50 - 100nm (có nghĩa là
kích thước 62,2 nm) với dạng hình cầu và phân bố kích thước hẹp khi PVP được sử
dụng như hoạt tính bề mặt và chất hydrate hydrazine (H 2NNH2OH2O) như giảm sự
chống lại (hình 6a). Khi axit oxalic đã được sử dụng, các tinh thể nano dạng lỗ có
kích thước hạt trung bình 88,2 được quan sát trong hình 6b. Sự tổng hợp thủy
nhiệt có mặt axit oxalic và NaOH thu được tinh thể CuO dạng tấm có kích thước
hạt trung bình 110,7 nm như hình 6c. Tuy nhiên, khi axit oxalic được thay thế bởi
PVP, tinh thể CuO với dạng tiểu cầu có kích thước hạt trung bình 57.7nm đã quan
sát và sự phân bố kích thước xuất hiện trong khoảng 40-80nm (hình 6d). Trong quá
trình điều chế CuO, phản ứng diễn ra trong chất nền cung cấp ( PVP và acid oxalic
). Nói cách khác, chất nền có tác dụng như trong lị phản ứng nano để cho ra sản
phẩm Cu(OH)2 dạng hạt bằng cách đó cung cấp môi trường confined cho sự phát
triển của các hạt nano. Các bức tường bề mặt bám chặt vào các hạt nano phục vụ
như lớp bảo vệ để ngăn chặn sự tích tụ [42,43]. Theo Quintillan và những cộng sự
[44], sự đóng góp đúng thời điểm được xác định bởi kích thước của các rãnh mà
phụ thuộc dựa vào độ cứng của bề mặt được sử dụng. Ở nồng độ thấp của nước, bề
mặt được bao bọc chặt chẽ bởi các bề mặt phân tử do đó cung cấp rãnh hẹp cho sự

trao đổi của chất phản ứng. Đây là yếu tố mà kết quả từ trong kích thước hạt tương
đối nhỏ hơn và hẹp hơn phân bố kích thước hạt. Ở nồng độ cao của nước, nhiều
phân tử nước là có sẵn qua đó lợi dụng tính linh hoạt của màng bề mặt. Kết quả
này làm tăng kích thước rãnh và cho phép thay đổi tỉ lệ của thuốc thử, và cuối cùng
cho ra nhiều hạt với cấu trúc đa giác và mở rộng kích thước phân bố. Trong các thí
nghiệm, chúng tơi đã có những kết quả tương đối. Khi MeOH được sử dụng, nó
cho ra kết quả có nhiều hạt với kích thước hẹp hơn phân bố mới kích thước khoảng
57,7 nm so với ba phương pháp khác sử dụng nước như môi trường phản ứng là
mang lại các tinh thể với kích thước hạt lớn hơn.

Hình 7.
mơ tả sự
hợp, quá trình phát triển
triển hình thái học của
CuO bằng 4 phương pháp.
3.2. Cơ chế hình thành hợp lý cấu trúc nano của CuO

Sơ đồ
tổng
và sự phát
tinh
thể


Trong dung dịch nước, bề mặt phân tử hoạt động như một khuôn mẫu,
thường tự lắp ráp một cách tự nhiên thành các cấu trúc rất nhỏ: hình trụ, lỗ hổng,
màng phụ thuộc các yếu tố bên ngoài [45]. Trong q trình tổng hợp với quy mơ
nanomet và siêu vi, các hạt phát triển theo kiểu tự sắp xếp thường bị ảnh hưởng bởi
các yếu tố như sức căng bề mặt chất lỏng, lực mao dẫn... Tuy nhiên, nghiên cứu

gần đây [46] cho thấy sự hấp thụ có chọn lọc các phân tử và ion trong dung dịch sẽ
làm hạt nano phát triển các hình dạng khác nhau bằng kiểm sốt tốc độ tăng trưởng
theo các chiều hướng khác nhau.

Hình 8. Sự thay đổi quang phổ hấp thụ của MB trong nước có các mẫu (a) CP1, (b) CP2, (c) HT1, (d)
HT2 ở các thời gian chiếu xạ (thuốc nhuộm MB conc = 10mg L -1 , 100ml; lượng xúc tác = 20mg; thời
gian chiếu xạ = 0.5 giờ).

Người ta tin rằng sự khử trên bề mặt là động lực chính cho sự tăng trưởng
hạt đơn giản, hơn nữa sự khử trong năng lượng bề mặt do giảm thiểu các mặt năng


lượng bề mặt cao sẽ thúc đẩy sự phát triển hình thái. Tăng trưởng tinh thể khơng
đẳng hướng dẫn đến các cấu trúc khác của hình cầu thường được thực hiện khi các
nguồn năng lượng tự do của tinh thể khác nhau là khác nhau đáng kể [47]. Hình 7
cho biết sơ đồ tổng hợp, quá trình tăng trưởng và hình thái phát triển của các tinh
thể CuO trong 4 phương pháp sử dụng. Trong các thí nghiệm của chúng tơi, sự
hình thành các tinh thể hình cầu có thể bắt nguồn từ ảnh hưởng của mẫu PVP. Ban
đầu trong q trình tổng hợp, sự hịa tan CuSO 4 và PVP trong nước dẫn tới các ion
Cu2+ phân bố đồng đều trong ma trận PVP. Phản ứng với hydrazin hydrat dẫn đến
sự hình thành Cu(NH3 )2+4 đơn vị và sau đó chuyển thành Cu(OH) 2 . Bề mặt tinh
thể học của Cu(OH)2 được kết hợp để tự lắp ráp hình cầu, bị làm méo do lực căng
mặt phân cắt, lực ưa nước, lực kị nước như hình 7a. Tương tự cho sự hình thành
dạng lỗ hổng của tinh thể CuO, chúng ta cho rằng, ban đầu trong dung dịch nước,
các ion đồng có thể kếp hợp với axit oxalic để tạo phối trí phức tạp. Khi ion đồng
bị oxi hóa thành tinh thể Cu(OH) 2 bởi hydrazin hydrat, sự phát triển các mặt khác
nhau của các tinh thể được kiểm soát bằng sức căng bề mặt, lực ưa nước, lực kị
nước để sắp xếp, đa dạng hóa các lỗ hổng. Một số trong đó kết tụ vì bề mặt năng
lượng tự do cao (hình 7b). Các tấm tinh thể CuO thu được bằng quá trình thủy
phân CuSO4 , axit oxalic và NaOH được mơ tả như hình 7c, có thể được giải thích

trên thực tế hiểu rõ từ các nghiên cứu trước đó, thơng số thực nghiệm như nhiệt độ
phản ứng [48-51] chúng ta có thể thao tác để kiểm sốt các hình thái và cấu tạo của
chất đang làm. Phép phân tích Bravais- Friedel-Donnay-Harker, tốc độ phát triển
của các tinh thể CuO tỉ lệ thuận với 1/DHKL, do đó hướng [101] được ưu tiên[52].
Khi các tinh thể CuO chuẩn bị sử dụng NaOH, là kết quả của sự hình thành tinh thể
Cu(OH )2 1D. Mặt phẳng (010) của hidroxit này có cấu trúc tấm lợp có thể chuyển
đổi thành 1 tờ của Cu(OH) 2 tám mặt bị bóp méo bằng cách chia sẻ cạnh. Các lớp
2D của các tấm song song với mặt phẳng (010) được kết nối thông qua sự liên kết
H-bonds. Sự phân hùy nhiệt Cu(OH)2 dẫn đến phá vỡ liên kết H-bonds và do đó
làm tăng tốc độ và tỉ lệ mất nước, chuyển đổi nhanh chóng Cu(OH) 2 thành các tấm
CuO.
Ngồi ra trong q trình tăng trưởng tinh thể dị hướng, tinh thể tấm gốc nhỏ
ở năng lượng cao ưu đãi mạnh mẽ các tinh thể lớn có thể làm giảm năng lượng bề
mặt. Cho nên, nhiệt gây ra trên các tấm CuO có thể tăng cường tập hợp bề mặt các
tấm bằng lực Van der Walls, ưu tiên 2 hướng (100) và (010) cho sự kết tụ các tấm
nano (các chấm trên đường tròn như hình 3c). Trong cách tương tự, dựa vào cơ sở
thảo luận sự hình thành lá CuO tinh thể và việc sử dụng các ma trận PVP trong


phương pháp 4, tinh thể CuO hình tiểu cầu thu được cũng có thể được giải thích do
sự tương tác hạn chế giữa PVP và những tinh thể có mặt phẳng khác nhau của
Cu(OH)2 có thể dẫn vào sự tăng trưởng ưu đãi cùng hướng (111), mà khi nóng có
thể dẫn vào tinh thể CuO với hình dạng tiểu cầu.

Hình 9a. Sự hấp thụ của thuốc nhuộm MB tại các thời gian điểm khác nhau.
Hình 9b. Biểu đồ đồ thị phương trình động học In([MB] o/[MB]t) theo thời gian của
MB (thuốc nhuộm MB có conc = 10mg L -1, 100 ml; lượng chất xúc tác = 20 mg,
thời gian chiếu xạ = 0.5 h) có sự hiện diện của hình cầu, dạng lỗ hổng, tấm giống
như và tiểu cầu như tinh thể CuO.
Hình 9c. Tỉ lệ hấp thụ, suy thối hoạt tính quang hóa, sự xuống cấp % TOC và %

COD của thuốc nhuộm MB của các tinh thể CuO khác nhau (Thuốc nhuộm MB có
conc =10 mg L-1,100 ml; lượng chất xúc tác = 20 mg; thời gian chiếu xạ = 0.5 h;
trong thí nghiệm Blank: thuốc nhuộm MB có conc = 10mg L -1,100 ml; khơng chất
xúc tác).
Giá trị pH cũng có một ảnh hưởng đáng kể dựa vào hình thái và chiều kiểm
sốt. Nồng độ OH- cũng ảnh hưởng 1 cách đáng kể đến sự hình thành nhân và q
trình tăng trưởng. Trong các thí nghiệm của chúng tôi, khi NH 2NH2 đã được sử


dụng, nó cho biết kết quả thơng tin của NH 3.H2O, có thể phối hợp với Cu 2+, tạo ra
phức chất Cu(NH3)2+4 . Phức chất này có thể hoạt động như phân tử vận chuyển
Cu2+ đến các hạt tinh thể lớn dần gắn với đầu phối tử OH- [53,54]. Khi các tinh thể
CuO đã được chuẩn bị tại các giá trị pH thấp hơn, những đơn vị Cu(NH 3)2+4 được
hình thành với nồng độ tương đối thấp tập trung trong dung dịch và do đó những
đơnvị lượng phân tử vng góc Cu(OH)2-4 sẽ thấp và chiều tăng trưởng ưu đãi của
Cu(OH)2 đã được dập tắt mà kết quả vào sự hình thành của các tinh thể CuO hình
cầu bị bóp méo và dạng lỗ hổng (phương pháp a và b). Liên quan đến việc sử dụng
các dung dịch NaOH như chất phản ứng kiềm trong cách thức tổng hợp của chúng
tơi, vai trị quan trọng có được là, nó có thể cung cấp những kiến thức cơ bản và
tiếp tục điều chỉnh giá trị pH. Trong giai đoạn ban đầu của phản ứng, dung dịch
NaOH phản ứng với các ion Cu 2+ tạo ra những đơn vị lớn trong dung dịch. Đây là
giai đoạn quan trọng trong phản ứng hóa học đặc biệt này, kể từ giai đoạn này được
điều khiển bởi việc cung cấp các ion OH- đó là quan trọng nhất cho sự hình thành
của CuO. Nồng độ cần cung cấp trong dung dịch phản ứng liên tục tăng cho đến
khi mức siêu bão hòa rất quan trọng là đạt ở lúc mới tạo mầm [55]. Điều đó cũng
được biết rằng cấu trúc tinh thể của hạt nhân trong quá trình tạo mầm và giai đoạn
tăng trưởng tiếp theo của chúng là thông số quan trọng ảnh hưởng đến hình dạng
cuối cùng của các tinh thể nano. Do đệm có hiệu lực, cấu trúc của các hạt nano
CuO có thể thay đổi ở giai đoạn này cho đến khi các tinh thể động học khác hình
thành. Ở pH cao của dung dịch phản ứng, nồng độ của Cu(OH) 2 sẽ cao hơn. Theo

đó, tinh thể nano 1D đầu tiên có thể dễ dàng thu được, phát triển thành cấu trúc
CuO nano dạng tấm và tiểu cầu. Do đó, các thông số phản ứng khác nhau và giá trị
pH ảnh hưởng đáng kể đến hình thái học của CuO cấu trúc nano dưới sự kết tủa
hóa học và phương pháp thủy nhiệt.
3.3 Hoạt tính quang hóa của mẫu CuO.
CuO có những hoạt tính tuyệt vời trong nhiều ứng dụng thương mại [36,56].
MB thường được sử dụng như một chất nhuộm màu cho nghiên cứu sự chuyển đổi
oxit kim loại thơng qua sự suy giảm hoạt tính quang hóa. Trong công việc hiện tại,
các hoạt động xúc tác của các tinh thể CuO tổng hợp bằng phương pháp khác nhau
đã được đánh giá bằng cách thực hiện hấp thụ tối và ánh sáng nhìn thấy gây ra suy
thối quang xúc tác của MB. Một thí nghiệm được khảo sát mà khơng cần bất kỳ
chất xúc tác cũng được hình thành dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy. Những thay


đổi trong quang phổ hấp thụ của MB trong dung dịch nước ở những thời điểm khác
nhau dưới ánh sáng có thể nhìn thấy sự chiếu sáng được thể hiện trong hình 8. .
Hình 9a cho thấy độ hấp thụ của thuốc nhuộm MB tại các thời điểm khác
nhau trong điều kiện thí nghiệm khác nhau. Kết quả thực nghiệm cho thấy, thuốc
nhuộm MB dưới điều kiện thí nghiệm khảo sát hầu như khơng bị suy thối. Nghiên
cứu hấp thụ trong bóng tối chỉ ra rằng thuốc nhuộm MB tương tác kém với tất cả
bốn mẫu CuO tổng hợp. Sự thoái biến bởi hấp thụ khá chậm và mức độ cao nhất
của hấp phụ có thể đạt được là c.a 22,11% trong trường hợp của tinh thể CuO nano
hình tiểu cầu. Mức độ hấp phụ trong trường hợp hình cầu, dạng lỗ hổng và tấm lần
lượt là c.a 12%, 18,28% và 12,45%.

Hình
10:dung
Biểudịch
đồ sự
hoạtthử

hóaMB
quang
của
thểCuO
CuOnhư
và sự
thốibịbiến
Khi
thuốc
đã bịhọc
tinh
thểtinh
nano
chuẩn
dướicủa
ánh
Methylene xanh
Ánh sáng mặt trời chiếu sáng, thuốc nhuộm được biến đổi khác nhau của tất
cả các mẫu tổng hợp cho thấy mỗi một thuộc tính quang xúc tác cụ thể. Nồng độ
MB vẫn còn sau 04.30 h thời gian phản ứng trong sự hiện diện của hình cầu, hình
lỗ theo thứ tự tinh thể CuO dạng tấm như là 2.5, 6.5, 5.3 và 4.2 mg -1. Sự suy thối
đã gần như tuyến tính với thời gian và đạt trạng thái cân bằng trong 0.5h. Mức độ
suy thoái thuốc nhuộm MB trong 4,30 h là 95,71% và 93,48% đối với tiểu cầu và
dạng lỗ tương ứng. Trong trường hợp tinh thể CuO dạng cầu và dạng tấm tương
ứng đạt 72,57% và 49,71%. Gần đây, ông và các cộng sự [ 36 ] báo cáo suy thoái
thuốc nhuộm MB sử dụng như mẫu CuO tổng hợp trong sự hiện diện của H 2O2 là
tác nhân oxy hóa và đạt được c.a sự xuống cấp 97% của 100 ml, 10 mg/L dung


dịch MB sử dụng 20 ml H2O2 như là chuẩn bị CuO trong 10h của thời gian phản

ứng. Sự hiểu biết của chúng tôi về tất cả các mẫu tổng hợp CuO duy nhất, là mẫu
có hoạt tính quang mà là cao hơn nhiều so với những báo cáo trong văn bản trước
đó. Hình thành kết quả thực nghiệm, yếu tố hình dạng có tầm quan trọng trong hoạt
tính quang hóa. Cách sắp xếp và cấu trúc sẽ quyết định tính của nguyên tử trong
tinh thể, hoạt tính xúc tác phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt của tinh thể với hoạt động
cao. Theo tài liệu báo cáo của Al Zhang và cộng sự, [57] mặt (111) tích cực hơn
mặt (100) do mặt (111) có liên kết treo, trong khi mặt (100) đã bão hịa liên kết hóa
học và khơng có liên kết treo tồn tại. Vì vậy, các tinh thể oxit đồng (II) với ưu thế
(111) có hấp thụ cao hơn và hoạt tính quang so với những mặt (100) và (110). Bởi
vì những ưu thế của mặt (111), tinh thể dạng tấm của CuO có hoạt tính quang hóa
thấp nhất trong bốn loại tinh thể dù nó có khu vực riêng lớn nhất (44,94 m 2/g) so
với các tinh thể hình cầu CuO (26,49 m 2/g). Tinh thể CuO hình tiểu cầu bao gồm
các tinh thể cực nhỏ với ưu thế mặt (111) gộp lại và cũng có diện tích bề mặt lớn
nhất (54,69 m2/g), vì vậy chúng thể hiện các hoạt động tốt nhất trong suy thoái
quang của xanh methylene. Các hoạt động ảnh hưởng đến xúc tác quang hóa thấp
nhất của các tinh thể hình cầu CuO có thể là do bề mặt riêng của chúng ít hơn
(26,49 m2/g). Mặt khác, chất hút và khoảng cách nhóm có lỗ trống trực tiếp cũng bị
ảnh hưởng bởi hình dạng của các tinh thể và sau đó ảnh hưởng đến hoạt động
quang xúc tác. Bề mặt cụ thể chi phối bởi các kích thước cấu trúc tinh thể và là một
yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động phản ứng. Sự thấm hút cao trong vùng
nhìn thấy là kết quả của hoạt đọng quang hóa trong vùng ánh sáng nhìn thấy được.
Nói chung, sự thấm hút của quang xúc tác cao hơn việc sử dụng ánh sáng, cũng
như cặp electron lỗ được tạo ra bởi các electron kích thích.Vì vậy, tiềm năng của
hoạt động oxi hóa khử quang xúc tác là cải thiện và hoạt động xúc tác được tăng
lên. Tinh thể CuO dạng tiểu cầu với hoạt động chiếm ưu thế hơn mặt (111) mặt
khác có sự hấp thụ tương đối cao và khoảng cách giữa các lỗ trống lớn ( 2,48 eV )
vì vậy chúng thể hiện hoạt động cao hơn nhiều trong suy thoái quang của
methylene xanh.
Nghiên cứu động lực học về sự thoái biến thuốc nhuộm MB. Hình 9b minh
họa biên độ của đồ thị phương trình động học bậc 1 In([MB] o/[MB]t) với thời gian

thoái biến của tất cả các mẫu CuO tổng hợp được. Kết quả cho thấy mối tương
quan tuyến tính chặt chẽ (R2 = 0,995) của mẫu HT2, hằng số tỉ lệ động học bậc 1
k = 0.279 h-1. Hằng số tỉ lệ động học bậc 1 được tính tương ứng 0.21 h -1 (CP1),
0.265h-1 (CP2), 0.157 h-1 (HT ), chỉ ra rằng sự suy thoái MB theo thứ tự HT2 (tiểu


cầu CuO) > CP2 (lỗ hỗng CuO) > CP1 (hình cầu CuO) > HT1 (tấm CuO). Để đảm
bảo sự thoái biến hồn tồn của thuốc nhuộm MB và độc tính của các chất chuyển
hóa quang hóa, các mẫu thí nghiệm được giám sát liên tục bằng phương pháp khử
tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) và phương pháp oxy hóa học (COD). Các kết
quả được mơ tả trong hình 9c. Có thể thấy rõ rằng, sự khử TOC là gần như hoàn
toàn trong trường hợp mẫu CP, CP2 và HT2. Sự sụt giảm tương ứng trong phương
pháp cho mẫu CP1, CP2, HT1 và HT2 lần lượt là 64%, 77%, 51% và 85%. tương
tự như vậy, sự khử giá trị COD là 75%, 83%, 62% và 93% lần lượt cho mẫu CP1,
CP2, HT1 và HT2.
Dựa trên kết quả thử nghiệm, cơ chế cho sự thoái biến của thuốc nhuộm MB
được đưa ra. Cơ chế đó được thể hiện rõ qua kết quả thí nghiệm hấp phụ tối, mặc
dù các chất thấm hút có cấu trúc phân lớp, mức độ hấp phụ tối đa có thể đạt được
là c.a 22,11% do các tinh thể CuO có cấu trúc tiểu cầu. Mức độ hấp phụ thấp hơn
có thể là do cùng gánh nhiệm vụ của CuO và MB. Bề mặt CuO được tích điện
dương ở pH sau giá trị PZC cao (pH=9.5). Hơn nữa, thuốc nhuộm MB cũng được
tích điện dương. Phản ứng ở pH trung tính, yếu tố có tác dụng cho lực đẩy tĩnh
điện của các phân tử thuốc nhuộm MB trên bề mặt của tinh thể CuO, qua đó cho
thấy sự thối biến của thuốc nhuộm MB vì bị oxy hóa khi có mặt các tinh thể nano
CuO dưới sự chiếu ánh sáng mặt trời. Cơ chế của sự thoái biến quang hóa như hình
10. Dưới ánh sáng mặt trời, CuO tạo ra cặp electron có thể tạo ra gốc OH- bằng
phản ứng với nước. Giai đoạn này có thể gây ra vỡ các cấu trúc vòng của phân tử
MB và tổng khoáng tiếp theo.
4. Kết luận
CuO nano được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học và phương

pháp thủy nhiệt. So với khác phương pháp như phương pháp đồ thị và gel sol đòi
hỏi nhiệt độ cao hơn và thiết bị đắt tiền, hoạt động này khơng địi hỏi áp lực kiểm
soát và nhiệt độ cao hơn. Bằng cách thay đổi các thông số phản ứng như chất kết
tủa/ chất khử, chất tạo phức và nhiệt độ phản ứng, các hình thái khac nhau của cấu
trúc CuO nano được hình thành. Các tính chất của các hạt nano tổng hợp được
nghiên cứu bởi nhiễu xạ tia X, FT- IR, FE- SEM, UV- visiable (DRS), TG/ DTA,
EDX và phân bổ kích thước hạt. Hơn nữa, các hoạt động xúc tác của CuO cấu trúc
nano được đánh giá bằng cách giám sát sự thoái biến do cảm ứng ánh sáng mặt trời
của MB. Kết quả thực nghiệm cho thấy, tỷ lệ suy thoái quang xúc tác của MB được
phát hiện là 72.57%, 93.48%, 49.71% và 95.7% đối với hình cầu, dạng lỗ hỗng,


tấm và tiểu cầu như hình thái động lực học bậc 1 tương ứng. Hình thái khác nhau
dẫn tới các dạng tinh thể có hoạt động quang hóa khác nhau.
Lời cảm ơn
Xin chân thành cảm ơn ông Palani Raja đã hỗ trợ thử nghiệm của chúng tôi.