I. Tổng quan về vật liệu nanocomposite TiO2 GO
Vật liệu nanocomposite TiO2/GO là sự kết hợp giữa titan dioxide (TiO2) và graphene oxide (GO), được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào tính chất quang vượt trội của chúng. TiO2 là một chất xúc tác quang phổ biến với khả năng phân hủy các chất ô nhiễm trong nước, nhưng lại hạn chế trong việc hấp thụ ánh sáng khả kiến. Việc kết hợp với GO không chỉ cải thiện tính chất quang mà còn giúp giảm thiểu hiện tượng tái hợp của cặp điện tử và lỗ trống, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thủy nhiệt để tổng hợp vật liệu, cho phép kiểm soát kích thước hạt nano, từ đó tối ưu hóa tính chất quang của TiO2. Theo các nghiên cứu trước đây, việc điều chỉnh hàm lượng GO và nhiệt độ phản ứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Do đó, việc khảo sát các yếu tố này là cần thiết để phát triển vật liệu TiO2/GO hiệu quả hơn.
II. Phương pháp tổng hợp vật liệu TiO2 GO
Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để tổng hợp vật liệu TiO2/GO nhằm đảm bảo sự đồng nhất và kích thước hạt nano tối ưu. Quá trình này diễn ra trong môi trường áp suất và nhiệt độ cao, cho phép các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả hơn. Các mẫu vật liệu được tổng hợp với các tỷ lệ khác nhau của GO (5%, 10%, 15%, 20%) và ở các nhiệt độ khác nhau (180°C, 200°C, 220°C, 240°C). Kết quả cho thấy, hàm lượng GO và nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu. Việc tăng hàm lượng GO thường dẫn đến sự cải thiện trong khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến, trong khi đó, nhiệt độ thủy nhiệt cũng ảnh hưởng đến kích thước và hình thái của hạt TiO2. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, EDX và FTIR được sử dụng để đánh giá cấu trúc và thành phần hóa học của vật liệu sau khi tổng hợp.
III. Đặc trưng tính chất quang của vật liệu TiO2 GO
Đặc trưng tính chất quang của vật liệu TiO2/GO được khảo sát thông qua các phương pháp như UV-DRS và PL. Kết quả cho thấy, vật liệu TiO2/GO có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến cao hơn so với TiO2 nguyên chất. Sự hiện diện của GO không chỉ giúp tăng cường khả năng hấp thụ mà còn làm giảm tốc độ tái hợp của điện tử và lỗ trống, từ đó nâng cao hiệu suất quang xúc tác. Các mẫu TiO2/GO cho thấy khả năng phân hủy chất màu xanh methylene (MB) trong nước vượt trội, cho thấy ứng dụng tiềm năng của vật liệu trong xử lý nước thải. Sự cải thiện trong tính chất quang của TiO2/GO không chỉ nhờ vào sự tương tác giữa TiO2 và GO mà còn do cấu trúc nano giúp tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ chất ô nhiễm.
IV. Khả năng ứng dụng của vật liệu TiO2 GO trong quang xúc tác
Vật liệu TiO2/GO có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực quang xúc tác, đặc biệt là trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Nghiên cứu cho thấy, TiO2/GO có khả năng phân hủy MB hiệu quả hơn so với TiO2 nguyên chất, nhờ vào khả năng hấp phụ và hoạt tính quang xúc tác được cải thiện. Sự kết hợp giữa TiO2 và GO không chỉ giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển giao điện tử, từ đó nâng cao hiệu suất phân hủy. Việc sử dụng TiO2/GO trong xử lý nước thải có thể mang lại giải pháp bền vững và hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
