Nghiên Cứu Composite Bi2S3-BiOCl Làm Chất Xúc Tác Quang Trong Ánh Sáng Khả Kiến

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp composite Bi2S3/BiOCl để ứng dụng làm chất xúc tác quang phân hủy thuốc nhuộm hữu cơ Rhodamine B (RhB) dưới ánh sáng khả kiến. Vận dụng nguyên lý xúc tác quang của vật liệu bán dẫn, tác giả chỉ ra rằng dưới tác dụng của ánh sáng, các electron trong vùng hóa trị của bán dẫn sẽ nhảy lên vùng dẫn, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các cặp electron-lỗ trống này tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử, phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm thành các chất vô cơ an toàn như CO2 và H2O. Luận văn cũng đề cập đến các vật liệu xúc tác quang truyền thống như TiO2, Bi2O3, ZnO, cũng như các vật liệu biến tính TiO2 và các hợp chất bismuth oxyhalides (BiOX). Việc lựa chọn Bi2S3/BiOCl xuất phát từ hạn chế của BiOCl (hoạt động chủ yếu dưới tia UV) và ưu điểm của Bi2S3 (hấp thụ tốt ánh sáng khả kiến). Sự kết hợp này hứa hẹn tạo ra vật liệu composite có khả năng xúc tác quang mạnh mẽ hơn dưới ánh sáng khả kiến, mở rộng phạm vi ứng dụng và tăng hiệu quả xử lý nước thải. "Vật liệu này có nhiều lợi thế như khả năng xúc tác quang cao do có diện tích bề mặt lớn, hình thái cấu trúc độc đáo,... kết hợp Bi2S3 với BiOCl làm mở rộng phạm vi phản hồi ánh sáng và tăng cường thu thập ánh sáng khả năng thể hiện hoạt tính xúc tác trong vùng khả kiến, làm giảm khả năng tái tổ hợp giữa electron và lỗ trống quang sinh."

Luận văn trình bày chi tiết quy trình tổng hợp vật liệu composite Bi2S3/BiOCl bằng phương pháp dung môi nhiệt. Các bước được mô tả cụ thể, bao gồm việc chuẩn bị dung dịch tiền chất, điều chỉnh pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Sau khi tổng hợp, vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), phổ Raman, phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (UV-Vis-DRS), phổ phát quang (PL) và phổ hấp thụ UV-Vis. "Các vật liệu sau khi tổng hợp được nghiên cứu đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp hóa lí hiện đại như: nhiễu xạ tia X (XRD); ảnh hiển vi điện tử quét (SEM); phổ raman; phổ tán xạ năng lượng năng lượng tia X (EDX); phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-Vis-DRS); phổ phát quang (PL); phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis)." Việc phân tích này giúp xác định cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, thành phần hóa học, năng lượng vùng cấm và các đặc tính quang học khác của vật liệu, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của composite Bi2S3/BiOCl làm chất xúc tác quang.

Hoạt tính xúc tác quang của vật liệu composite được đánh giá thông qua khả năng phân hủy RhB trong dung dịch nước dưới ánh sáng khả kiến. Luận văn khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xạ, nồng độ vật liệu và các yếu tố khác đến hiệu suất phân hủy RhB. Kết quả được phân tích bằng phổ UV-Vis để xác định nồng độ RhB còn lại sau phản ứng. "Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu thông qua phản ứng phân hủy rhodamine B trong dung dịch nước dưới bức xạ ánh sáng khả kiến." Việc so sánh hiệu suất phân hủy RhB của composite Bi2S3/BiOCl với BiOCl và Bi2S3 riêng lẻ cho thấy hiệu quả của việc kết hợp hai vật liệu này trong việc tăng cường hoạt tính xúc tác quang. Tác giả cũng thảo luận về cơ chế phân hủy RhB dựa trên các kết quả đặc trưng vật liệu và hoạt tính xúc tác quang.

Luận văn đã thành công trong việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính xúc tác quang của composite Bi2S3/BiOCl. Nghiên cứu này góp phần vào việc phát triển vật liệu xúc tác quang mới, hiệu quả hơn trong việc xử lý nước thải ô nhiễm thuốc nhuộm hữu cơ. Ứng dụng tiềm năng của vật liệu này trong xử lý môi trường là rất lớn, đặc biệt là trong bối cảnh ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng. "Vấn đề ô nhiễm môi trường luôn được con người quan tâm đặc biệt, các chất ô nhiễm ngày một nhiều hơn làm cho môi trường sống của chúng ta bị ảnh hưởng. Trong đó, chất thải từ thuốc nhuộm hữu cơ là một trong những chất làm tăng rủi ro ô nhiễm môi trường vì độc tính cao, có khả năng gây ung thư, ngoài ra còn có ảnh hưởng đến hệ sinh thái." Việc sử dụng ánh sáng khả kiến làm nguồn năng lượng kích hoạt phản ứng xúc tác giúp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu xúc tác quang và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế.