I. Vật liệu composite
Vật liệu composite là trọng tâm của luận án, được tổng hợp từ g-C3N4 và các thành phần khác như ZIF-67, Fe2O3, và TiO2. Các vật liệu này được nghiên cứu để ứng dụng trong điện hóa và quang xúc tác. Vật liệu composite kết hợp các ưu điểm của từng thành phần, tạo ra các tính chất vượt trội như độ bền cơ học, khả năng dẫn điện, và hiệu suất xúc tác cao. Luận án đã tổng hợp thành công các vật liệu mới như ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4 và TiO2/g-C3N4, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực hóa học vật liệu.
1.1. Tổng hợp vật liệu
Quá trình tổng hợp vật liệu được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học tiên tiến. g-C3N4 được tổng hợp từ melamine, sau đó kết hợp với ZIF-67, Fe2O3, và TiO2 để tạo ra các vật liệu composite. Các phương pháp như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và Volt-Ampere hòa tan (SV) được sử dụng để đặc trưng vật liệu. Kết quả cho thấy các vật liệu composite có cấu trúc đồng nhất, diện tích bề mặt lớn, và khả năng ứng dụng cao trong điện hóa và quang xúc tác.
1.2. Ứng dụng composite
Các vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là điện hóa và quang xúc tác. ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4 được sử dụng để xác định Auramine O (AO) trong thực phẩm bằng phương pháp DP-ASV, cho kết quả chính xác và độ nhạy cao. TiO2/g-C3N4 được nghiên cứu để phân hủy các chất màu hữu cơ như Methylene Blue (MB) dưới ánh sáng khả kiến, mang lại hiệu suất xúc tác quang cao và thân thiện với môi trường.
II. g C3N4 và tính chất
g-C3N4 là vật liệu nền quan trọng trong luận án, có cấu trúc tương tự graphite và khả năng dẫn điện tốt. Vật liệu này được tổng hợp từ melamine, tạo ra các lớp heptazine imide hoặc triazine. g-C3N4 có năng lượng vùng cấm thấp, phù hợp để tạo ra các vật liệu composite ứng dụng trong quang xúc tác. Luận án đã khai thác các tính chất ưu việt của g-C3N4 để kết hợp với các oxide kim loại, tạo ra các vật liệu có hiệu suất xúc tác cao và độ bền cơ học tốt.
2.1. Cấu trúc tinh thể
g-C3N4 có cấu trúc tinh thể đồng nhất, được mô tả bởi các đơn vị tri-s-triazine. Cấu trúc này tạo ra các lớp đồng phẳng, giúp vật liệu có khả năng dẫn điện và độ bền cơ học cao. Các nghiên cứu về cấu trúc của g-C3N4 đã được thực hiện thông qua các phương pháp như XRD và FTIR, cho thấy sự ổn định và khả năng ứng dụng rộng rãi của vật liệu này trong hóa học vật liệu.
2.2. Phương pháp tổng hợp
Phương pháp tổng hợp g-C3N4 từ melamine được thực hiện ở nhiệt độ cao, tạo ra các lớp heptazine imide hoặc triazine. Quá trình tổng hợp được tối ưu hóa để đảm bảo độ đồng nhất và chất lượng của vật liệu. g-C3N4 sau đó được kết hợp với các oxide kim loại như TiO2 và Fe2O3 để tạo ra các vật liệu composite có tính chất vượt trội, phù hợp cho các ứng dụng trong quang xúc tác và điện hóa.
III. Ứng dụng trong điện hóa
Luận án tập trung vào việc ứng dụng các vật liệu composite trong lĩnh vực điện hóa. ZIF-67/g-C3N4 và ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4 được sử dụng để biến tính điện cực GCE, cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc trong phương pháp DP-ASV. Các vật liệu này cho phép xác định chính xác các chất hữu cơ như Diclofenac (DCF) và Auramine O (AO) trong mẫu thực tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy các vật liệu composite có tiềm năng lớn trong việc phát triển các điện cực mới, ứng dụng trong phân tích điện hóa.
3.1. Phân tích điện hóa
Phương pháp DP-ASV được sử dụng để phân tích các chất hữu cơ như DCF và AO trên điện cực biến tính ZIF-67/g-C3N4. Kết quả cho thấy độ nhạy cao, độ lặp lại tốt, và giới hạn phát hiện thấp. Các nghiên cứu về tính chất điện hóa của vật liệu đã được thực hiện thông qua các phương pháp như CV và DPV, cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của các vật liệu composite trong phân tích điện hóa.
3.2. Ứng dụng thực tế
Các vật liệu composite được ứng dụng để phân tích các mẫu thực tế như nước tiểu và thực phẩm. ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4 cho phép xác định AO trong thực phẩm với độ chính xác cao, trong khi ZIF-67/g-C3N4 được sử dụng để xác định DCF trong nước tiểu. Các kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế của các vật liệu composite trong lĩnh vực phân tích điện hóa.
IV. Ứng dụng trong quang xúc tác
Luận án cũng tập trung vào việc ứng dụng các vật liệu composite trong lĩnh vực quang xúc tác. TiO2/g-C3N4 được nghiên cứu để phân hủy các chất màu hữu cơ như Methylene Blue (MB) dưới ánh sáng khả kiến. Vật liệu này cho thấy hiệu suất xúc tác quang cao, khả năng phân hủy sâu các chất ô nhiễm thành CO2 và H2O. Kết quả nghiên cứu cho thấy TiO2/g-C3N4 là vật liệu tiềm năng trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường.
4.1. Quá trình quang xúc tác
Quá trình quang xúc tác được thực hiện dưới ánh sáng khả kiến, sử dụng TiO2/g-C3N4 để phân hủy các chất màu hữu cơ như MB. Các nghiên cứu về cơ chế phản ứng và động học quá trình đã được thực hiện, cho thấy khả năng phân hủy sâu và hiệu suất cao của vật liệu. TiO2/g-C3N4 cũng cho thấy khả năng tái sử dụng tốt, phù hợp cho các ứng dụng thực tế trong xử lý môi trường.
4.2. Ứng dụng thực tế
TiO2/g-C3N4 được ứng dụng để xử lý các chất màu hữu cơ trong nước thải công nghiệp. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm, mang lại giải pháp thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu về hiệu suất và độ bền của vật liệu đã được thực hiện, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của TiO2/g-C3N4 trong lĩnh vực quang xúc tác.
