Nghiên Cứu Điều Chế và Tính Chất Bột Titan Đioxit Biến Tính

Nghiên cứu điều chế và khảo sát cấu trúc, tính chất bột titan đioxit biến tính bởi ion kim loại chuyển tiếp, ứng dụng trong công nghệ.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hưng
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Sỹ Lương
• Trường học: Đại học KHTN Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế và Tính Chất Bột Titan Đioxit Biến Tính
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Bột Titan Đioxit Biến Tính TiO2

Nghiên cứu về bột titan đioxit biến tính (TiO2) đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu và hóa học. TiO2, một chất bán dẫn quan trọng, thể hiện nhiều tính chất ưu việt như khả năng quang xúc tác, độ bền hóa học cao và giá thành tương đối thấp. Tuy nhiên, TiO2 nguyên chất vẫn còn những hạn chế nhất định, đặc biệt là hiệu suất quang xúc tác chưa cao và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy còn yếu. Do đó, việc biến tính TiO2 bằng các phương pháp khác nhau, như sử dụng các ion kim loại chuyển tiếp, là một hướng đi đầy tiềm năng để cải thiện các tính chất của vật liệu này. Nghiên cứu này tập trung vào việc điều chế và khảo sát cấu trúc, tính chất của bột TiO2 biến tính bởi một số ion kim loại chuyển tiếp, nhằm mở rộng ứng dụng của vật liệu này trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Vật Liệu Titan Đioxit TiO2

Lịch sử phát triển của vật liệu TiO2 trải qua nhiều giai đoạn quan trọng. Từ những nghiên cứu ban đầu về tính chất hóa học và vật lý, TiO2 dần được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Đặc biệt, khả năng quang xúc tác của TiO2 đã mở ra một hướng nghiên cứu mới, tập trung vào việc sử dụng TiO2 để xử lý ô nhiễm môi trường và sản xuất năng lượng sạch. Các nhà khoa học đã không ngừng nỗ lực để cải thiện hiệu suất quang xúc tác của TiO2, thông qua việc điều chỉnh cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và thành phần hóa học. Sự ra đời của TiO2 biến tính đánh dấu một bước tiến quan trọng trong quá trình phát triển của vật liệu này.

1.2. Cấu Trúc Tinh Thể và Đặc Tính Cấu Trúc của TiO2

Cấu trúc tinh thể là một yếu tố then chốt ảnh hưởng đến tính chất của TiO2. TiO2 tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau, trong đó phổ biến nhất là anatase, rutile và brookite. Mỗi dạng thù hình có cấu trúc tinh thể riêng biệt, dẫn đến sự khác biệt về tính chất quang học, điện tử và xúc tác. Anatase thường được ưu tiên sử dụng trong các ứng dụng quang xúc tác do có cấu trúc tinh thể mở và diện tích bề mặt lớn. Việc kiểm soát cấu trúc tinh thể và kích thước hạt của TiO2 là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng khác nhau.

II. Thách Thức và Giải Pháp Biến Tính Bột Titan Đioxit

Mặc dù TiO2 có nhiều ưu điểm, nhưng hiệu suất quang xúc tác của nó vẫn còn hạn chế do vùng hấp thụ ánh sáng hẹp và tốc độ tái hợp electron-lỗ trống cao. Để khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc biến tính TiO2 bằng nhiều phương pháp khác nhau. Một trong những phương pháp phổ biến là sử dụng các ion kim loại chuyển tiếp để thay đổi cấu trúc điện tử và tăng khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy của TiO2. Ngoài ra, việc kiểm soát kích thước hạt và diện tích bề mặt của TiO2 cũng là một yếu tố quan trọng để cải thiện hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu này khám phá các phương pháp biến tính TiO2 hiệu quả, nhằm tạo ra vật liệu có tính chất vượt trội và ứng dụng rộng rãi.

2.1. Giảm Kích Thước Hạt và Điều Khiển Thành Phần Pha TiO2

Việc giảm kích thước hạt của TiO2 xuống kích thước nano có thể làm tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng quang xúc tác. Tuy nhiên, việc kiểm soát kích thước hạt và tránh sự kết tụ của các hạt nano là một thách thức lớn. Đồng thời, việc điều khiển thành phần pha của TiO2 cũng rất quan trọng, vì mỗi pha có tính chất khác nhau. Việc tạo ra vật liệu TiO2 với thành phần pha tối ưu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng khác nhau. Các phương pháp điều chế như sol-gel, thủy nhiệt và thủy phân đồng thể có thể được sử dụng để kiểm soát kích thước hạt và thành phần pha của TiO2.

2.2. Biến Tính Vật Liệu TiO2 Kích Thước Nano Bằng Ion Kim Loại

Biến tính TiO2 kích thước nano bằng các ion kim loại chuyển tiếp là một phương pháp hiệu quả để cải thiện tính chất của vật liệu. Các ion kim loại có thể thay đổi cấu trúc điện tử, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và giảm tốc độ tái hợp electron-lỗ trống. Việc lựa chọn ion kim loại phù hợp và kiểm soát nồng độ của ion kim loại là rất quan trọng để đạt được hiệu quả biến tính tối ưu. Các ion kim loại như Y(III), Nd(III), W(VI) và Cr(III) đã được chứng minh là có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của TiO2.

III. Phương Pháp Sol Gel Điều Chế Bột Titan Đioxit Biến Tính

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật điều chế vật liệu phổ biến, cho phép kiểm soát kích thước hạt, thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu. Trong nghiên cứu này, phương pháp sol-gel được sử dụng để điều chế bột TiO2 biến tính với các ion kim loại khác nhau. Quá trình sol-gel bao gồm việc tạo ra một sol (hệ keo) từ các tiền chất, sau đó chuyển sol thành gel thông qua quá trình thủy phân và trùng ngưng. Gel sau đó được sấy khô và nung để tạo ra bột TiO2 biến tính. Các yếu tố như nồng độ tiền chất, pH, nhiệt độ và thời gian có thể ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm.

3.1. Ảnh Hưởng của HNO3 và C2H5OH Trong Ổn Định Gel Y TiO2

Trong quá trình điều chế gel Y/TiO2 bằng phương pháp sol-gel, việc sử dụng HNO3 và C2H5OH có vai trò quan trọng trong việc ổn định gel và kiểm soát kích thước hạt. HNO3 có thể điều chỉnh pH của dung dịch, ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân và trùng ngưng. C2H5OH có thể làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch, ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt nano. Việc tối ưu hóa nồng độ của HNO3 và C2H5OH là rất quan trọng để tạo ra gel Y/TiO2 có cấu trúc đồng nhất và kích thước hạt nhỏ.

3.2. Ảnh Hưởng của Tỷ Lệ Mol Y TiO2 Đến Tính Chất Bột

Tỷ lệ % mol Y/TiO2 có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của bột TiO2 biến tính. Khi tăng tỷ lệ % mol Y/TiO2, cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và diện tích bề mặt của vật liệu có thể thay đổi. Một tỷ lệ % mol Y/TiO2 tối ưu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác của TiO2. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ % mol Y/TiO2 quá cao, có thể dẫn đến sự hình thành các pha tạp chất và làm giảm hiệu suất của vật liệu. Do đó, việc nghiên cứu và xác định tỷ lệ % mol Y/TiO2 tối ưu là rất quan trọng.

IV. Thủy Phân Đồng Thể Điều Chế Bột Titan Đioxit Biến Tính

Phương pháp thủy phân đồng thể là một kỹ thuật điều chế vật liệu khác, trong đó các tiền chất được thủy phân đồng đều trong dung dịch. Trong nghiên cứu này, phương pháp thủy phân đồng thể được sử dụng để điều chế bột TiO2 biến tính với các ion kim loại khác nhau. Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra vật liệu có độ đồng nhất cao và kích thước hạt nhỏ. Quá trình thủy phân đồng thể thường được thực hiện với sự có mặt của urê, một chất có khả năng giải phóng từ từ ion OH-, giúp kiểm soát tốc độ thủy phân.

4.1. Ảnh Hưởng của Nồng Độ Urê Đến Tính Chất Bột TiO2

Nồng độ urê có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình thủy phân đồng thể và tính chất của bột TiO2 biến tính. Urê đóng vai trò là chất giải phóng từ từ ion OH-, giúp kiểm soát tốc độ thủy phân và kích thước hạt. Khi tăng nồng độ urê, tốc độ thủy phân có thể tăng lên, dẫn đến sự hình thành các hạt nano nhỏ hơn. Tuy nhiên, nếu nồng độ urê quá cao, có thể dẫn đến sự kết tụ của các hạt nano và làm giảm diện tích bề mặt của vật liệu. Do đó, việc tối ưu hóa nồng độ urê là rất quan trọng.

4.2. Ảnh Hưởng của Tỷ Lệ Mol Cr TiO2 Đến Hiệu Suất

Tỷ lệ % mol Cr/TiO2 có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất quang xúc tác của bột TiO2 biến tính. Cr(III) có thể thay đổi cấu trúc điện tử của TiO2, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và giảm tốc độ tái hợp electron-lỗ trống. Một tỷ lệ % mol Cr/TiO2 tối ưu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác của TiO2. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ % mol Cr/TiO2 quá cao, có thể dẫn đến sự hình thành các pha tạp chất và làm giảm hiệu suất của vật liệu. Do đó, việc nghiên cứu và xác định tỷ lệ % mol Cr/TiO2 tối ưu là rất quan trọng.

V. Ứng Dụng Bột Titan Đioxit Biến Tính Trong Phân Hủy Paraquat

Một trong những ứng dụng quan trọng của bột TiO2 biến tính là trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, như paraquat, một loại thuốc trừ cỏ độc hại. TiO2 biến tính có thể được sử dụng làm chất quang xúc tác để phân hủy paraquat thành các chất vô hại dưới tác dụng của ánh sáng. Hiệu quả phân hủy paraquat phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như loại ion kim loại sử dụng để biến tính, kích thước hạt, diện tích bề mặt và điều kiện phản ứng.

5.1. So Sánh Ba Phương Pháp Điều Chế Bột TiO2 Biến Tính

Nghiên cứu này so sánh ba phương pháp điều chế bột TiO2 biến tính: sol-gel, thủy phân đồng thể và thủy nhiệt. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát kích thước hạt và thành phần hóa học, nhưng đòi hỏi thời gian phản ứng dài. Phương pháp thủy phân đồng thể có thể tạo ra vật liệu có độ đồng nhất cao, nhưng khó kiểm soát kích thước hạt. Phương pháp thủy nhiệt có thể tạo ra vật liệu có cấu trúc tinh thể tốt, nhưng đòi hỏi thiết bị phức tạp. Việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

5.2. Khảo Sát Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Phân Hủy Paraquat Trên Y TiO2

Nghiên cứu này khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy paraquat trên bột Y/TiO2, bao gồm thời gian cân bằng hấp phụ-giải hấp, tỷ lệ rắn/lỏng, nồng độ paraquat và pH dung dịch. Thời gian cân bằng hấp phụ-giải hấp là thời gian cần thiết để paraquat hấp phụ lên bề mặt của Y/TiO2. Tỷ lệ rắn/lỏng là tỷ lệ giữa lượng Y/TiO2 và thể tích dung dịch paraquat. Nồng độ paraquat là nồng độ của paraquat trong dung dịch. pH dung dịch có thể ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của Y/TiO2 và khả năng hấp phụ paraquat.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Titan Đioxit

Nghiên cứu này đã thành công trong việc điều chế và khảo sát tính chất của bột TiO2 biến tính bằng các ion kim loại khác nhau, sử dụng các phương pháp sol-gel, thủy phân đồng thể và thủy nhiệt. Kết quả cho thấy rằng việc biến tính TiO2 có thể cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác của vật liệu. Các ứng dụng tiềm năng của bột TiO2 biến tính bao gồm xử lý ô nhiễm môi trường, sản xuất năng lượng sạch và các ứng dụng y sinh học.

6.1. Đánh Giá Ưu Điểm và Hạn Chế Của Các Phương Pháp Biến Tính

Mỗi phương pháp biến tính TiO2 đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát kích thước hạt và thành phần hóa học, nhưng đòi hỏi thời gian phản ứng dài. Phương pháp thủy phân đồng thể có thể tạo ra vật liệu có độ đồng nhất cao, nhưng khó kiểm soát kích thước hạt. Phương pháp thủy nhiệt có thể tạo ra vật liệu có cấu trúc tinh thể tốt, nhưng đòi hỏi thiết bị phức tạp.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Vật Liệu Titan Đioxit Biến Tính

Trong tương lai, nghiên cứu về vật liệu TiO2 biến tính có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp biến tính mới, sử dụng các vật liệu nano khác để tăng cường hiệu suất quang xúc tác, và khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Việc kết hợp TiO2 biến tính với các vật liệu khác, như graphene và carbon nanotube, có thể tạo ra các vật liệu composite có tính chất vượt trội. Ngoài ra, việc nghiên cứu các ứng dụng của TiO2 biến tính trong các lĩnh vực y sinh học, như điều trị ung thư và kháng khuẩn, cũng là một hướng đi đầy tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Vật liệu titan đioxit (TiO2) được sản xuất thương mại vào đầu thế kỷ 20 và nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm chất màu cho sơn, chất độn trong cao su, kem chống nắng, kem đánh răng, ứng dụng trong nhựa, giấy, vải sợi [1, 2, 3, 4],. Đến năm 1972, nhóm nghiên cứu gồm Fujishima và Honda khám phá ra hiện tượng quang phân giải nước trên bề mặt điện cực TiO2 dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại [5]. Kể từ thời điểm này, vật liệu TiO2 kích thước nano mét ở các dạng thù hình rutin, anata và brukit được nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm bởi những ứng dụng tuyệt vời của chúng như: làm chất xúc tác trong tổng hợp nhiều chất hữu cơ [6, 7], chất xúc tác quang hoá trong xử lí môi trường [8, 9, 10, 11, 12], chế sơn tự làm sạch [13, 14, 15], vật liệu chuyển hoá năng lượng trong pin mặt trời [16, 17, 18, 19], ứng dụng trong y học [20, 21, 22, 23],. Quá trình quang xúc tác bán dẫn là một trong những quá trình oxi hóa nâng cao nhờ ánh sáng và trong khoảng hơn mười năm trở lại đây được xem là quá trình có tầm quan trọng trong lĩnh vực xử lí nước và nước thải [24, 25].

Quá trình này có nhiều ưu việt như: sự phân hủy các chất hữu cơ có thể đạt đến mức vô cơ hóa hoàn toàn, không sinh ra bùn hoặc bã thải, chi phí thấp, có thể thực hiện trong điều kiện áp suất bình thường và có thể sử dụng chất xúc tác không độc và rẻ tiền [26, 27]. Cho đến nay, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu cơ bản về các phản ứng quang xúc tác với sự có mặt những chất quang xúc tác bán dẫn khác nhau [28, 29, 30, 31]. Mặt khác, nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng quy mô phòng thí nghiệm cũng như ứng dụng quy mô thử nghiệm trong phạm vi chương trình nghiên cứu quốc gia và quốc tế đã cho thấy những triển vọng to lớn của quá trình phân hủy quang xúc tác trong xử lí nước và nước thải công nghiệp [32, 33]. Trong nhiều chất bán dẫn có khả năng quang xúc tác như: TiO2, WO3, SrTiO3, Fe2O3, ZnO, ZnS, CdS.

TiO2 được chứng minh là phù hợp nhất cho các ứng dụng rộng rãi trong xử lí môi trường do TiO2 có hoạt tính quang xúc tác cao nhất, trơ về hóa học và sinh học, bền vững, không bị ăn mòn dưới tác dụng của ánh 2 sáng và hóa học, giá thành thấp [31]. Tuy nhiên, do năng lượng vùng cấm của TiO2 tinh khiết khá lớn (3,25 eV đối với pha anata và 3,05 eV đối với pha rutin) [2] nên chỉ hoạt động quang xúc tác trong vùng tử ngoại gần và do đó chỉ có thể tận dụng được một phần nhỏ (< 5%) nguồn năng lượng mặt trời, làm giới hạn ứng dụng thực tiễn của nó. Một xu hướng đang được các nhà nghiên cứu quan tâm là tìm cách thu hẹp vùng cấm của TiO2, sao cho có thể tận dụng được tối đa nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời cho các mục đích quang xúc tác của chúng. Vì vậy, nhiều ion kim loại và không kim loại đã được sử dụng để biến tính các dạng thù hình của TiO2 bằng nhiều phương pháp khác nhau [34, 35, 36, 37].

Kết quả bước đầu cho thấy, việc biến tính TiO2 bằng các ion kim loại, đặc biệt là các ion kim loại chuyển tiếp đã cải thiện đáng kể hoạt tính quang xúc tác của TiO2 trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Trên thế giới, số lượng công trình công bố về lĩnh vực điều chế vật liệu TiO2 được biến tính đang ngày càng tăng, chứng tỏ sự quan tâm ngày càng nhiều của các nhà khoa học. Ở Việt Nam, việc điều chế vật liệu TiO2 được biến tính bằng các ion khác nhau từ các muối vô cơ của titan hoặc từ các titan ancoxit và ứng dụng loại vật liệu này cũng đã được tiến hành ở một số cơ sở nghiên cứu [38, 39, 40, 41]. Tuy nhiên, lĩnh vực nghiên cứu này vẫn mới chỉ là bước đầu.

Do những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu cho luận án là: “Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc và tính chất của bột titan đioxit biến tính bởi một số ion kim loại chuyển tiếp”. Chất bán dẫn và quá trình quang xúc tác Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính chất trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. Những electron ở các obitan của vùng hóa trị nếu bị một kích thích nào đó có thể vượt qua vùng cấm nhảy sang vùng dẫn, trở thành chất dẫn điện có điều kiện. Nói chung, những chất có năng lượng vùng cấm Ebg nằm trong khoảng 0,7 eV < Ebg < 3,5 eV là các chất bán dẫn [8, 25].

Giá trị năng lượng vùng cấm của một số chất bán dẫn được đưa ra ở hình 1. Giá trị năng lượng vùng cấm cho một số chất bán dẫn tại pH 0 [42]. Những chất bán dẫn có Ebg thấp hơn 3,5 eV đều có thể làm chất xúc tác quang vì khi được kích thích bởi photon, các electron trên vùng hóa trị của chất bán dẫn sẽ bị kích thích và nhảy lên vùng dẫn với điều kiện năng lượng của các photon phải lớn hơn năng lượng vùng cấm Ebg. Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron (e-) mang điện tích âm do quá trình bức xạ photon tạo ra, được gọi là electron quang sinh và trên vùng hóa trị sẽ có những lỗ trống mang điện tích dương (h+), được gọi là lỗ trống quang sinh.

Chính các electron và lỗ trống quang sinh này là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa với lỗ trống mang điện tích dương và quá trình khử với electron mang điện tích âm. Khả năng khử và oxi hóa của các electron và lỗ trống quang sinh là rất cao so với nhiều tác nhân khử và oxi hóa đã biết trong hóa học. Các electron quang sinh có khả năng khử từ -1,5 đến +0,5 V, các lỗ trống quang sinh có khả năng oxi hóa từ +1,0 đến +3,4 V [25, 28, 31, 32].2 là sơ đồ đơn giản về quá trình quang xúc tác dị thể xảy ra trên các hạt xúc tác bán dẫn khi được chiếu sáng. Các e- và h+ có thể tái kết hợp trên bề mặt (phản ứng (a)) hoặc trong lòng hạt bán dẫn trong vài nanno giây (phản ứng (b)) hoặc các electron và lỗ trống quang sinh có thể di chuyển ra bề mặt của các hạt xúc tác (được bẫy tại bề mặt) và tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp với các chất hấp phụ trên bề mặt (phản ứng (c) và (d)) [10, 28, 43].

Nếu chất hấp phụ trên bề mặt chất quang xúc tác là chất cho electron D, các lỗ trống quang sinh sẽ tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để tạo ra sản phẩm oxi hóa D+. Tương tự, nếu chất hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn là chất nhận electron A, các electron quang sinh sẽ tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để tạo ra sản phẩm khử A-. Phản ứng quang xúc tác với chất bán dẫn có dạng tổng quát như sau: h E bg A  D  A  D  (1.1) Vùng dẫn Vùng hóa trị Electron được kích thích quang Lỗ trống được kích thích quang Hình 1. Các quá trình chủ yếu xảy ra trên các hạt bán dẫn kèm theo sự kích thích electron [28]., trong số những chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm bé hơn 3,5 eV như: TiO2, WO3, Fe2O3, ZnO, ZnS.

đều có thể làm chất xúc tác quang trên lý thuyết, nhưng thực tế trong số này chỉ có TiO2 là thích hợp hơn cả khi sử dụng vào xử lí môi trường. Do TiO2 có hoạt tính quang xúc tác cao nhất, trơ về hóa học và sinh học, bền vững, không bị ăn mòn dưới tác dụng ánh sáng và hóa học, giá thành thấp [31]. Những oxit khác như sắt oxit là chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm như TiO2 hoặc cũng rất rẻ nhưng không thích hợp khi sử dụng để làm chất xúc tác quang do chúng bị ăn mòn hóa học ở catot trong quá trình phản 5 ứng quang xúc tác. Những chất bán dẫn sunfua kim loại cũng không thích hợp làm chất xúc tác quang vì chúng bị ăn mòn hóa học ở anot trong quá trình phản ứng quang xúc tác.

Trong các oxit kim loại kể trên, ZnO có thể được xem là chất xúc tác quang có thể thay thế cho TiO2, tuy vậy ZnO lại không ổn định vì bị hòa tan tạo ra Zn(OH)2 trên bề mặt các hạt ZnO, làm cho chất xúc tác bị mất dần hoạt tính theo thời gian. Do đó cho đến nay, chưa có chất xúc tác quang nào thay thế được TiO2. Vật liệu quang xúc tác TiO2 1. Lịch sử phát triển của vật liệu TiO2 Dựa vào các công trình nghiên cứu tiêu biểu về vật liệu TiO2 có thể khái quát quá trình phát triển của vật liệu này bao gồm các giai đoạn chủ yếu như sau:  Trước hiệu ứng Honda - Fujishima (năm 1972) Khoa học nghiên cứu về hoạt tính quang xúc tác của TiO2 đã được báo cáo từ những năm đầu của thế kỉ 20.

Báo cáo về quang tẩy màu thuốc nhuộm bởi TiO2 trong oxi đã được công bố năm 1938. Báo cáo cho thấy, sự hấp thụ tia cực tím tạo ra oxi hoạt động trên bề mặt TiO2, gây ra quang tẩy màu thuốc nhuộm. Báo cáo này gọi TiO2 là chất nhạy quang và thuật ngữ “quang xúc tác” vẫn chưa được sử dụng [44].  Sự quang phân nước bởi điện cực TiO2 những năm 1970 Tiêu biểu trong giai đoạn này là công bố của Fujishima và Honda năm 1972 trên tạp chí Nature [5].

Các tác giả đã khám phá ra hiện tượng phân giải nước do quá trình xúc tác quang xảy ra trên bề mặt điện cực TiO2 dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại. Cùng thời điểm, giá dầu thô đột nhiên tăng vọt, và thiếu hụt dầu thô tương lai là mối bận tâm nghiêm trọng. Do đó, báo cáo này nhận được sự quan tâm không chỉ của ngành điện hóa mà còn nhiều ngành khoa học trên toàn thế giới [44].  Chất quang xúc tác TiO2 những năm 1980 Trong giai đoạn này, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu điều chế và đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu TiO2 trong vùng ánh sáng tử ngoại gần nhằm hướng đến giải quyết các vấn đề chính về xử lí ô nhiễm môi trường, ứng dụng TiO2 trong y tế và ứng dụng trong tổng hợp hóa học.