I. Quang xúc tác và vật liệu nano perovskite kép La2MnTiO6
Nghiên cứu này tập trung vào quang xúc tác của vật liệu nano perovskite kép La2MnTiO6. Vật liệu này được điều chế bằng phương pháp sol-gel và đánh giá hoạt tính quang xúc tác thông qua quá trình phân hủy Tetracycline (TC). Kết quả cho thấy vật liệu nung ở 800°C có cấu trúc đơn pha với diện tích bề mặt riêng 22,12 g.m⁻² và năng lượng vùng cấm Eg=2,83 eV. Hiệu suất phân hủy TC đạt 62% trong 120 phút, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng trong xử lý môi trường.
1.1. Quy trình điều chế và đặc tính vật liệu
Vật liệu La2MnTiO6 được điều chế bằng phương pháp sol-gel, một phương pháp phổ biến trong tổng hợp vật liệu nano perovskite. Quá trình điều chế bao gồm các bước hòa tan, gel hóa và nung kết. Kết quả XRD cho thấy vật liệu nung ở 800°C có cấu trúc đơn pha, đảm bảo tính đồng nhất và ổn định. Phân tích FE-SEM và EDX xác nhận hình thái và thành phần nguyên tố của vật liệu, trong khi phổ UV-Vis DRS xác định năng lượng vùng cấm phù hợp cho quang xúc tác.
1.2. Hoạt tính quang xúc tác và ứng dụng
Hoạt tính quang xúc tác của La2MnTiO6 được đánh giá thông qua quá trình phân hủy TC. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy tăng dần khi pH tăng từ 2 đến 10. Sự hiện diện của ion SO₄²⁻ trong dung dịch giúp đẩy nhanh quá trình loại bỏ TC, chứng tỏ vật liệu hoạt động hiệu quả trong điều kiện nước thải chứa ion này. Nghiên cứu cũng xác định lỗ trống tạo quang sinh (h⁺), gốc hydroxyl (•OH) và superoxide (•O₂⁻) là các nhóm hoạt động chính trong quá trình phân hủy.
II. Tính chất quang học và điện từ của La2MnTiO6
Vật liệu La2MnTiO6 thể hiện các tính chất quang học và điện từ đặc trưng của perovskite kép. Phổ UV-Vis DRS cho thấy năng lượng vùng cấm Eg=2,83 eV, phù hợp cho quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến. Phân tích BET xác định diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ xốp, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự kết hợp của Mangan và Titan trong cấu trúc perovskite kép tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, cải thiện khả năng tách điện tử và lỗ trống.
2.1. Phân tích quang học và cấu trúc
Phổ UV-Vis DRS và đồ thị Tauc được sử dụng để xác định năng lượng vùng cấm của La2MnTiO6. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến, phù hợp cho các ứng dụng quang xúc tác. Phân tích XRD và FE-SEM xác nhận cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của vật liệu, trong khi EDX xác định thành phần nguyên tố chính xác.
2.2. Tính chất điện từ và ứng dụng
La2MnTiO6 thể hiện các tính chất điện từ đặc trưng của perovskite kép, bao gồm khả năng tách điện tử và lỗ trống hiệu quả. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự kết hợp của Mangan và Titan tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, cải thiện hoạt tính quang xúc tác. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải và quang điện hóa.
III. Ứng dụng và triển vọng của La2MnTiO6
Nghiên cứu này chứng minh La2MnTiO6 là vật liệu tiềm năng trong ứng dụng quang xúc tác để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ như TC. Hiệu suất phân hủy cao và độ bền của vật liệu trong các điều kiện khác nhau cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải công nghiệp và y tế. Ngoài ra, khả năng tái sử dụng của vật liệu làm giảm chi phí và tăng tính bền vững trong các quy trình xử lý môi trường.
3.1. Ứng dụng trong xử lý môi trường
La2MnTiO6 được chứng minh là vật liệu hiệu quả trong phân hủy TC, một loại kháng sinh phổ biến trong nước thải. Hiệu suất phân hủy đạt 62% trong 120 phút, với khả năng tái sử dụng cao. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và y tế, giảm thiểu tác động môi trường của các chất kháng sinh.
3.2. Triển vọng nghiên cứu và phát triển
Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các vật liệu perovskite kép mới với hoạt tính quang xúc tác cao. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình điều chế và mở rộng ứng dụng của La2MnTiO6 trong các lĩnh vực khác như quang điện hóa và cảm biến môi trường.
