Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu và đánh giá hoạt tính xúc tác quang của vật liệu bi3 tự biến tính bismuth oxyhalides composite

• Tác giả: Ngô Triết Hân
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của composite bismuth oxyhalides biến tính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC HÌNH
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 5. LỜI MỞ ĐẦU
• 5.1. Xúc tác quang dị thể
• 5.2. Hệ xúc tác quang dị thể S-scheme
• 5.3. Cấu trúc tinh thể và cấu trúc dải năng lượng của BiOCl
• 5.4. Tính chất xúc tác quang
• 5.5. Xúc tác quang giàu bismuth
• 5.6. Cấu trúc dải năng lượng và cấu trúc tinh thể
• 5.7. Phương pháp điều chế và tính chất xúc tác quang
• 5.8. Tính cấp thiết của đề tài
• 5.9. Mục tiêu nghiên cứu
• 5.10. Nội dung nghiên cứu
• 5.11. Phương pháp nghiên cứu
• 5.12. Hóa chất và dụng cụ
• 5.13. Thiết bị và dụng cụ
• 5.14. Quy trình điều chế
• 5.15. Xúc tác dị thể Bi12O15Cl6/BiOCl
• 5.16. Phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu
• 5.16.1. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 5.16.2. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM)
• 5.16.3. Phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
• 5.16.4. Đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp N2
• 5.16.5. Phổ khuếch tán phản xạ tử ngoại khả kiến (UV-Vis DRS)
• 5.16.6. Phổ phát xạ huỳnh quang (PL)
• 5.16.7. Tán xạ ánh sáng động (DLS)
• 6. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 6.1. Các tính chất đặc trưng của vật liệu
• 6.2. Sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol Bi:Cl
• 6.3. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 6.4. Thí nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác
• 6.4.1. Điều kiện thí nghiệm
• 6.4.2. Động học phản ứng phân hủy
• 6.4.3. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác quang phân huỷ
• 6.4.4. Hoạt tính xúc tác quang
• 6.4.5. Ảnh hưởng của điều kiện điều chế
• 6.4.6. Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng xúc tác quang
• 6.4.7. Đề xuất cơ chế truyền điện tích
• 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 8. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• 9. TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Tổng quan về nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của composite bismuth oxyhalides

Nghiên cứu về hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu composite bismuth oxyhalides đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Các vật liệu này, đặc biệt là bismuth oxyhalides, đã được chứng minh có khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các gốc tự do, từ đó thúc đẩy quá trình phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Việc tìm hiểu và phát triển các hệ composite này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất xúc tác mà còn mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

1.1. Đặc điểm và cấu trúc của bismuth oxyhalides

Bismuth oxyhalides, như BiOCl, có cấu trúc tinh thể đặc biệt với các tính chất quang học nổi bật. Chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác. Cấu trúc phân lớp của chúng tạo điều kiện cho sự hình thành điện trường bên trong, giảm thiểu tốc độ tái tổ hợp điện tích.

1.2. Tầm quan trọng của composite trong xúc tác quang

Việc kết hợp các vật liệu bismuth oxyhalides với các chất bán dẫn khác tạo ra hệ composite có khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất xúc tác. Các hệ composite này không chỉ tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tối ưu hóa quá trình truyền điện tích, từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm.

II. Thách thức trong nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của bismuth oxyhalides

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của bismuth oxyhalides vẫn gặp phải một số thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự tái tổ hợp nhanh chóng của cặp điện tử-lỗ trống, làm giảm hiệu suất xúc tác. Ngoài ra, việc điều chế các hệ composite với tỷ lệ tối ưu cũng là một thách thức lớn.

2.1. Vấn đề tái tổ hợp điện tích

Tái tổ hợp điện tích là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của các hệ xúc tác quang. Khi cặp điện tử và lỗ trống tái kết hợp quá nhanh, khả năng tạo ra các gốc tự do sẽ giảm, dẫn đến hiệu suất phân hủy thấp.

2.2. Khó khăn trong điều chế hệ composite

Việc điều chế các hệ composite bismuth oxyhalides yêu cầu sự cân nhắc kỹ lưỡng về tỷ lệ mol và điều kiện nung. Sự thay đổi nhỏ trong các thông số này có thể ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu.

III. Phương pháp điều chế composite bismuth oxyhalides hiệu quả

Để tối ưu hóa hoạt tính xúc tác quang, các phương pháp điều chế composite bismuth oxyhalides cần được nghiên cứu và phát triển. Phương pháp dung nhiệt kết hợp với xử lý nhiệt đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tạo ra các hệ composite với cấu trúc và tính chất mong muốn.

3.1. Phương pháp dung nhiệt

Phương pháp dung nhiệt cho phép điều chế các hệ composite với cấu trúc đồng nhất và tính chất quang học tốt. Quá trình này giúp tối ưu hóa tỷ lệ mol giữa các thành phần, từ đó nâng cao hiệu suất xúc tác.

3.2. Xử lý nhiệt sau điều chế

Xử lý nhiệt sau khi điều chế là bước quan trọng giúp cải thiện tính chất quang học và cấu trúc của vật liệu. Nhiệt độ nung và thời gian nung cần được điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc tạo ra các hệ composite.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của bismuth oxyhalides

Nghiên cứu cho thấy rằng các hệ composite bismuth oxyhalides có khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm như ciprofloxacin (CIP) dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng. Kết quả này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý nước và bảo vệ môi trường.

4.1. Hiệu suất phân hủy CIP

Các mẫu composite bismuth oxyhalides đã thể hiện hiệu suất phân hủy CIP cao hơn nhiều so với các vật liệu đơn lẻ. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp các vật liệu này có thể tạo ra các hệ xúc tác quang hiệu quả hơn.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước

Với khả năng phân hủy các chất ô nhiễm, các hệ composite bismuth oxyhalides có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu bismuth oxyhalides

Nghiên cứu về hoạt tính xúc tác quang của bismuth oxyhalides composite đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm. Các hệ composite này không chỉ có hiệu suất cao mà còn thân thiện với môi trường, hứa hẹn sẽ là giải pháp bền vững cho các vấn đề ô nhiễm nước.

5.1. Tương lai của nghiên cứu composite

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các hệ composite mới với tính chất quang học và xúc tác tốt hơn. Việc tối ưu hóa các điều kiện điều chế cũng sẽ là một hướng đi quan trọng.

5.2. Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Với những ưu điểm vượt trội, các hệ bismuth oxyhalides composite có thể được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nước và bảo vệ môi trường.