Luận văn thạc sĩ: Chế tạo màng mỏng quang xúc tác chứa TiO2 và Polyl DOPA bằng phương pháp tự lắp lớp

• Tác giả: Duong Cuong Thinh
• Người hướng dẫn: Assoc. Wu Chien-Hou
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Fabrication of Photocatalytic Thin Films Containing TiO2 Nanoparticles and Poly(L-Dopa) by Layer-by-Layer Self-Assembly
• Loại tài liệu: Bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thai Nguyen

• ACKNOWLEDGEMENT
• TABLE OF CONTENT
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• 1. PART I. RESEARCH RATIONALE
• 1.1. Research rationale
• 1.2. Research’s objectives
• 1.3. Research questions and hypotheses
• 1.4. Limitations
• 2. OVERVIEW OF TITANIUM DIOXIDE
• 2.1. Titanium oxidation structures and properties
• 2.2. The photocatalytic activity of TiO2
• 3. LAYER-BY-LAYER SELF-ASSEMBLY
• 3.1. Layer-by-layer self-assembly
• 3.2. Overview of Poly(L-Dopa)
• 4. FABRICATION OF PHOTOCATALYTIC THIN [TIO2/ POLYMER]N FILMS BY THE LAYER-BY-LAYER SELF-ASSEMBLY
• 4.1. Experimental process
• 4.2. Preparation of glass slides
• 4.3. Preparation of polymer solution (pH 3.0, C = 2g/l)
• 4.4. Preparation of TiO2 solution (pH 3.0, C = 1g/l)
• 4.5. PH adjustments
• 4.6. [TiO2/ Polymer]n film procedures
• 4.7. Numbers of layers
• 5. CHARACTERIZATION
• 5.1. DLS procedure
• 5.2. SEM
• REFERENCES

I. Giới thiệu về TiO2

Titanium dioxide (TiO2) là một chất bán dẫn loại n, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quang xúc tác nhờ vào khả năng phân hủy các chất ô nhiễm môi trường. TiO2 tồn tại dưới ba dạng tinh thể chính: anatase, rutile và brookite. Trong đó, anatase được cho là có hoạt tính quang xúc tác tốt hơn so với các dạng khác. Band gap của anatase là 3.2 eV, cho phép nó hấp thụ ánh sáng UV, trong khi rutile có band gap là 3.0 eV. Việc sử dụng TiO2 trong các ứng dụng thực tiễn gặp phải một số hạn chế, bao gồm khả năng hấp thụ thấp đối với các chất ô nhiễm và khó khăn trong việc tách rời các hạt TiO2 khỏi pha lỏng. Do đó, việc phát triển các phương pháp mới để cải thiện hiệu suất của TiO2 là rất cần thiết.

II. Phương pháp tự lắp lớp

Phương pháp tự lắp lớp (layer-by-layer self-assembly) là một kỹ thuật hứa hẹn cho việc chế tạo các màng mỏng nanostructured. Kỹ thuật này dựa trên sự hấp phụ ion của các vật liệu mang điện tích trái dấu từ dung dịch. Phương pháp này cho phép tạo ra các lớp mỏng với độ dày chỉ khoảng 1 nm, giúp kiểm soát cấu trúc tốt hơn. Việc sử dụng TiO2 mang điện tích dương và Polyl DOPA mang điện tích âm trong quá trình chế tạo màng mỏng đã cho thấy hiệu quả cao trong việc ngăn ngừa sự agglomeration của các hạt TiO2. Kết quả cho thấy rằng phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, đồng thời cho phép tạo ra các màng mỏng với độ ổn định cao.

III. Chế tạo màng mỏng quang xúc tác

Màng mỏng quang xúc tác chứa TiO2 và Polyl DOPA được chế tạo thông qua phương pháp tự lắp lớp. Các màng mỏng này đã được kiểm tra bằng các phương pháp như quang phổ UV-Vis, DLS, SEM và FTIR để đánh giá hiệu suất quang xúc tác. Kết quả cho thấy rằng số lớp tối ưu cho màng mỏng là 20 lớp, với khả năng phân hủy sulforhodamine B (SRB) trong dung dịch nước. Việc sử dụng Polyl DOPA không chỉ giúp cải thiện tính ổn định của màng mà còn tăng cường khả năng quang xúc tác của TiO2. Các màng mỏng này có tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

IV. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác

Hoạt tính quang xúc tác của các màng mỏng được đánh giá thông qua khả năng phân hủy SRB. Kết quả cho thấy rằng các màng mỏng chứa TiO2 và Polyl DOPA có khả năng phân hủy cao, nhờ vào sự kết hợp giữa các đặc tính quang xúc tác của TiO2 và khả năng bám dính của Polyl DOPA. Sự kết hợp này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu mới trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện chế tạo và đánh giá hiệu suất trong các ứng dụng thực tế.