I. Nghiên cứu cấu trúc
Luận văn tập trung vào nghiên cứu cấu trúc của vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 (x=0÷0.5). Cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích bằng các phương pháp như nhiễu xạ Rơnghen (XRD) và phổ hồng ngoại (IR). Kết quả cho thấy, vật liệu có cấu trúc spinel nghịch, với các ion Zn2+ và Ni2+ phân bố ở các vị trí tứ diện và bát diện. Sự thay đổi tỷ lệ Zn/Ni ảnh hưởng đáng kể đến hằng số mạng và thể tích ô mạng, điều này được chứng minh qua các giản đồ XRD. Phổ IR cũng xác nhận sự hiện diện của các liên kết đặc trưng trong cấu trúc spinel, như liên kết Fe-O ở các vị trí tứ diện và bát diện.
1.1. Phương pháp tổng hợp
Vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 được tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy dung dịch. Phương pháp này được lựa chọn do tính đơn giản và hiệu quả trong việc kiểm soát kích thước hạt nano. Các mẫu được tổng hợp với tỷ lệ Zn/Ni khác nhau (x=0÷0.5) và được nung ở nhiệt độ 500°C. Kết quả cho thấy, phương pháp này tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều và độ tinh khiết cao, phù hợp cho các nghiên cứu tiếp theo về tính chất quang xúc tác.
1.2. Phân tích cấu trúc
Cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích chi tiết bằng phương pháp XRD. Kết quả cho thấy, các mẫu ZnxNi1-xFe2O4 có cấu trúc spinel nghịch, với các ion Zn2+ và Ni2+ phân bố ở các vị trí tứ diện và bát diện. Sự thay đổi tỷ lệ Zn/Ni ảnh hưởng đến hằng số mạng và thể tích ô mạng, điều này được thể hiện rõ qua các giản đồ XRD. Phổ IR cũng xác nhận sự hiện diện của các liên kết đặc trưng trong cấu trúc spinel, như liên kết Fe-O ở các vị trí tứ diện và bát diện.
II. Hoạt tính quang xúc tác
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 được nghiên cứu thông qua khả năng phân hủy metylen xanh dưới ánh sáng. Kết quả cho thấy, vật liệu có hoạt tính quang xúc tác cao, đặc biệt khi có sự hiện diện của H2O2. Hiệu suất phân hủy metylen xanh đạt tới 90% sau 300 phút chiếu sáng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, sự thay đổi tỷ lệ Zn/Ni ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu, với mẫu Zn0.3Ni0.7Fe2O4 cho hiệu suất cao nhất.
2.1. Ảnh hưởng của H2O2
Nghiên cứu chỉ ra rằng, sự hiện diện của H2O2 làm tăng đáng kể hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4. H2O2 hoạt động như một chất oxy hóa mạnh, giúp tăng tốc độ phân hủy metylen xanh. Kết quả thực nghiệm cho thấy, hiệu suất phân hủy metylen xanh đạt tới 90% sau 300 phút chiếu sáng khi có mặt H2O2. Điều này chứng tỏ rằng, H2O2 đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quang xúc tác của vật liệu.
2.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
Khối lượng vật liệu cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc tác. Nghiên cứu cho thấy, khi tăng khối lượng vật liệu từ 0.05g đến 0.2g, hiệu suất phân hủy metylen xanh tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, khi khối lượng vật liệu vượt quá 0.2g, hiệu suất phân hủy không tăng thêm do sự bão hòa của các trung tâm xúc tác. Kết quả này cho thấy, việc tối ưu hóa khối lượng vật liệu là cần thiết để đạt được hiệu quả quang xúc tác cao nhất.
III. Ứng dụng quang xúc tác
Vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 có tiềm năng lớn trong các ứng dụng quang xúc tác, đặc biệt là trong xử lý nước thải. Khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại như metylen xanh dưới ánh sáng cho thấy hiệu quả cao của vật liệu trong việc làm sạch môi trường. Ngoài ra, vật liệu cũng có thể được sử dụng trong các thiết bị quang điện và pin mặt trời nhờ tính chất quang học và điện từ đặc biệt.
3.1. Xử lý nước thải
Vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 được ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước thải nhờ hoạt tính quang xúc tác cao. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu có khả năng phân hủy metylen xanh với hiệu suất lên đến 90% sau 300 phút chiếu sáng. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc sử dụng vật liệu trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
3.2. Thiết bị quang điện
Nhờ tính chất quang học và điện từ đặc biệt, vật liệu nano spinel ZnxNi1-xFe2O4 cũng có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị quang điện và pin mặt trời. Cấu trúc spinel của vật liệu cho phép hấp thụ ánh sáng hiệu quả, tạo ra các điện tử tự do và lỗ trống, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
