I. Nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của ống nano TiO2 biến tính bằng NiO và CuO
Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và phân tích cấu trúc cũng như hoạt tính quang xúc tác của ống nano TiO2 được biến tính bằng NiO và CuO. Mục tiêu chính là tăng cường hiệu suất quang xúc tác của vật liệu TiO2 thông qua việc biến tính bằng các oxit kim loại. Vật liệu nano TiO2 được chọn do tính chất bán dẫn và khả năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường. NiO và CuO được sử dụng như các chất biến tính nhờ năng lượng vùng cấm thấp hơn so với TiO2, giúp cải thiện hiệu suất quang xúc tác.
1.1. Tổng hợp và đặc trưng cấu trúc
Quá trình tổng hợp ống nano TiO2 được thực hiện thông qua phương pháp thủy nhiệt, sau đó biến tính bằng NiO và CuO thông qua quá trình ngâm tẩm. Cấu trúc của vật liệu được phân tích bằng các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Kết quả cho thấy sự hiện diện của các pha anatase và rutile trong TiO2, cùng với sự phân bố đồng đều của NiO và CuO trên bề mặt ống nano.
1.2. Hoạt tính quang xúc tác
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu được đánh giá thông qua khả năng phân hủy 2,4-Dichlorophenol (2,4-DCP) dưới ánh sáng UV. Kết quả cho thấy vật liệu biến tính bằng NiO và CuO có hiệu suất quang xúc tác cao hơn so với TiO2 tinh khiết. Sự kết hợp của NiO và CuO giúp giảm sự tái hợp electron-lỗ trống, tăng cường hiệu suất quang xúc tác. Ngoài ra, ảnh hưởng của pH và nồng độ chất xúc tác cũng được nghiên cứu, cho thấy hiệu suất tối ưu ở pH trung tính và nồng độ xúc tác thích hợp.
II. Ứng dụng của vật liệu nano TiO2 biến tính
Vật liệu ống nano TiO2 biến tính bằng NiO và CuO có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý môi trường, sản xuất năng lượng sạch, và chế tạo vật liệu tự làm sạch. Quang xúc tác là một trong những ứng dụng quan trọng nhất, giúp phân hủy các chất hữu cơ độc hại trong nước và không khí. Ngoài ra, vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong sản xuất pin mặt trời và cảm biến quang học.
2.1. Xử lý môi trường
Vật liệu TiO2 biến tính có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như 2,4-DCP và các ion kim loại nặng trong nước. Hiệu suất quang xúc tác cao của vật liệu giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường một cách hiệu quả. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vật liệu này có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất.
2.2. Sản xuất năng lượng sạch
Vật liệu TiO2 biến tính có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất hydro từ quá trình phân hủy nước dưới ánh sáng mặt trời. Sự kết hợp của NiO và CuO giúp tăng cường hiệu suất chuyển đổi năng lượng, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
III. Kết luận và hướng phát triển
Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc biến tính ống nano TiO2 bằng NiO và CuO giúp cải thiện đáng kể hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường và sản xuất năng lượng sạch. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tối ưu hóa quy trình tổng hợp, nghiên cứu sâu hơn về cơ chế quang xúc tác, và mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao.
