Nghiên Cứu Chế Tạo Và Tính Chất Quang Xúc Tác Của Vật Liệu Nano Fe3O4-ZnO

Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang xúc tác của vật liệu nano tổ hợp Fe3O4-ZnO, ứng dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Tuyến
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tư
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Quang Xúc Tác Của Vật Liệu Nano Fe3O4-ZnO
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Quy Nhơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. VẬT LIỆU NANO
• 1.1.1. Định nghĩa
• 1.1.2. Phân loại vật liệu nano
• 1.1.3. Đặc trưng của vật liệu nano
• 1.1.4. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano
• 1.1.4.1. Phương pháp nghiền bi
• 1.1.4.2. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.1.4.3. Phương pháp sol-gel
• 1.1.4.4. Phương pháp nhiệt phân
• 1.1.4.5. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.1.4.6. Phương pháp vi nhũ tương
• 1.1.4.7. Phương pháp lắng đọng điện hóa
• 1.1.5. Cấu trúc tinh thể của vật liệu ZnO và Fe3O4
• 1.1.5.1. Cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu ZnO
• 1.1.5.2. Cấu trúc tinh thể của Fe3O4
• 1.1.6. Tính chất và ứng dụng của vật liệu ZnO và Fe3O4
• 1.1.6.1. Tính chất và ứng dụng của vật liệu ZnO
• 1.1.6.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu Fe3O4
• 1.1.6.3. Tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnO-Fe3O4
• 1.1.6.3.1. Tính chất quang xúc tác của ZnO
• 1.1.6.3.2. Tính chất quang xúc tác của vật liệu Fe3O4-ZnO
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị chế tạo mẫu
• 2.2. Quy trình chế tạo vật liệu Fe3O4-ZnO bằng phương pháp kết tủa bề mặt kết hợp thủy nhiệt
• 2.3. Một số phương pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu
• 2.3.1. Nghiên cứu hình thái bề mặt của vật liệu bằng ảnh FESEM
• 2.3.2. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.3. Nghiên cứu các liên kết vật liệu bằng phổ Raman
• 2.3.4. Nghiên cứu tính chất quang vật liệu phổ huỳnh quang
• 2.3.5. Nghiên cứu tính chất từ bằng từ mẫu kế rung (VSM)
• 2.3.6. Nghiên cứu tính chất quang xúc tác bằng phổ hấp thụ UV-Vis
• 2.3.7. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.2. Hình thái bề mặt vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.3. Thành phần nguyên tố trong mẫu
• 3.4. Phổ Raman của vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.5. Tính chất quang của vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.6. Tính chất từ của vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.7. Tính chất quang xúc tác của vật liệu Fe3O4-ZnO
• 3.8. Tính chất hấp phụ của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO
• 3.9. Tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO dưới kích thích của ánh sáng UV
• 3.10. Tính chất quang xúc tác MB của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO dưới kích thích của ánh sáng nhìn thấy
• 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ Fe3O4 lên tính chất quang xúc tác của vật liệu Fe3O4-ZnO
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO Tiềm Năng Ứng Dụng

Vật liệu nano Fe3O4-ZnO đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu và xử lý ô nhiễm môi trường. Sự kết hợp giữa tính chất từ của Fe3O4 và tính chất quang xúc tác của ZnO tạo ra một vật liệu nano composite đa chức năng. Vật liệu này hứa hẹn nhiều ứng dụng tiềm năng, đặc biệt trong việc phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ dưới tác động của ánh sáng khả kiến và tia UV. Nghiên cứu và phát triển vật liệu nano Fe3O4-ZnO mở ra hướng đi mới cho các giải pháp xử lý ô nhiễm môi trường hiệu quả và bền vững. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng bằng cách lai hóa/tổ hợp ZnO với các vật liệu khác như Fe2O3, Fe3O4, SiO2, Graphene có khả năng quang xúc tác để phân hủy chất màu dưới kích thích của ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng mặt trời).

1.1. Định Nghĩa và Phân Loại Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO

Vật liệu nano Fe3O4-ZnO là vật liệu có kích thước ít nhất một chiều nằm trong khoảng 1-100nm. Dựa trên cấu trúc, vật liệu nano được chia thành các loại: 0D (hạt nano), 1D (dây nano), 2D (màng nano) và 3D (vật liệu khối nano). Vật liệu nano Fe3O4-ZnO thường được điều chế dưới dạng nano composite, kết hợp các ưu điểm của cả hai thành phần. Việc kiểm soát kích thước hạt nano và diện tích bề mặt riêng là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa tính chất quang xúc tác.

1.2. Đặc Trưng Nổi Bật Của Vật Liệu Nano Quang Xúc Tác Fe3O4 ZnO

Vật liệu nano Fe3O4-ZnO sở hữu nhiều đặc trưng nổi bật so với vật liệu khối. Hiệu ứng bề mặt lớn do tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao. Hiệu ứng kích thước lượng tử làm thay đổi vùng cấm năng lượng. Tính chất từ của Fe3O4 cho phép thu hồi vật liệu dễ dàng sau quá trình quang xúc tác. Sự kết hợp này tạo ra cơ chế quang xúc tác hiệu quả hơn so với ZnO hoặc Fe3O4 riêng lẻ.

II. Thách Thức và Vấn Đề Nghiên Cứu Vật Liệu Fe3O4 ZnO Nano

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nano Fe3O4-ZnO vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề quan trọng là làm thế nào để cải thiện hiệu suất quang xúc tác của vật liệu. Các yếu tố như kích thước hạt nano, cấu trúc tinh thể, và sự phân bố của Fe3O4 trên bề mặt ZnO đều ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác. Ngoài ra, việc đảm bảo độ bền vật liệu và khả năng tái sử dụng vật liệu cũng là những vấn đề cần được giải quyết. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về cơ chế quang xúc tác để tối ưu hóa hiệu quả của vật liệu.

2.1. Ảnh Hưởng Của Cấu Trúc Tinh Thể Đến Tính Chất Quang Xúc Tác

Cấu trúc tinh thể của cả Fe3O4 và ZnO đều ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác của vật liệu nano composite. Sự hình thành các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể có thể tạo ra các trung tâm hoạt động, tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp electron-hole pairs. Các phương pháp phương pháp XRD, phương pháp SEM và phương pháp TEM được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể và hình thái của vật liệu.

2.2. Kiểm Soát Kích Thước Hạt Nano Để Tối Ưu Hiệu Suất

Kích thước hạt nano đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định hiệu suất quang xúc tác. Kích thước hạt quá lớn có thể làm giảm diện tích bề mặt riêng, trong khi kích thước quá nhỏ có thể dẫn đến sự tái hợp nhanh chóng của các cặp electron-hole pairs. Cần có các phương pháp điều chế vật liệu nano Fe3O4-ZnO với kích thước hạt được kiểm soát chặt chẽ để đạt được hiệu suất quang xúc tác tối ưu.

III. Phương Pháp Điều Chế Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp khác nhau để điều chế vật liệu nano Fe3O4-ZnO, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt, và phương pháp lắng đọng điện hóa. Việc lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu về kích thước hạt nano, cấu trúc tinh thể, và tính chất từ của vật liệu. Phương pháp kết tủa bề mặt kết hợp thủy nhiệt được sử dụng trong nghiên cứu này.

3.1. Phương Pháp Đồng Kết Tủa Ưu Điểm và Ứng Dụng

Phương pháp đồng kết tủa là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để điều chế vật liệu nano Fe3O4-ZnO. Phương pháp này dựa trên việc kết tủa đồng thời các ion kim loại từ dung dịch, sau đó nung kết để tạo thành vật liệu nano composite. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thực hiện và có thể điều chế vật liệu với số lượng lớn. Tuy nhiên, việc kiểm soát kích thước hạt nano và cấu trúc tinh thể có thể gặp khó khăn.

3.2. Phương Pháp Thủy Nhiệt Kiểm Soát Cấu Trúc Tinh Thể

Phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp điều chế vật liệu nano Fe3O4-ZnO trong môi trường dung dịch ở nhiệt độ và áp suất cao. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt cấu trúc tinh thể và kích thước hạt nano. Vật liệu điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt thường có độ tinh khiết cao và hiệu suất quang xúc tác tốt. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và thời gian điều chế có thể kéo dài.

3.3. Phương Pháp Kết Tủa Bề Mặt Kết Hợp Thủy Nhiệt

Phương pháp kết tủa bề mặt kết hợp thủy nhiệt là phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này. Phương pháp này kết hợp ưu điểm của cả hai phương pháp, cho phép điều chế vật liệu nano Fe3O4-ZnO với kích thước hạt nano nhỏ, cấu trúc tinh thể tốt và tính chất từ cao. Quy trình bao gồm kết tủa Fe3O4 trên bề mặt ZnO, sau đó xử lý thủy nhiệt để cải thiện cấu trúc tinh thể và tăng cường tính chất quang xúc tác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO Trong Xử Lý Ô Nhiễm

Vật liệu nano Fe3O4-ZnO có nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường. Khả năng quang xúc tác của vật liệu cho phép phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước và không khí dưới tác động của ánh sáng. Tính chất từ của Fe3O4 giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau quá trình xử lý, giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp. Vật liệu này có thể được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp, nước sinh hoạt, và không khí ô nhiễm.

4.1. Phân Hủy Chất Ô Nhiễm Hữu Cơ Dưới Ánh Sáng Khả Kiến

Một trong những ứng dụng quan trọng của vật liệu nano Fe3O4-ZnO là phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ dưới tác động của ánh sáng khả kiến. Điều này cho phép sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng, giảm chi phí và tăng tính bền vững của quá trình xử lý. Các chất ô nhiễm hữu cơ như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, và các hợp chất hóa học độc hại có thể được phân hủy thành các chất vô hại.

4.2. Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp Bằng Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO

Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Vật liệu nano Fe3O4-ZnO có thể được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp, loại bỏ các chất ô nhiễm như kim loại nặng, thuốc nhuộm, và các hợp chất hữu cơ. Tính chất từ của vật liệu giúp dễ dàng thu hồi và tái sử dụng, giảm thiểu chi phí và ô nhiễm thứ cấp.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Tính Chất Quang Xúc Tác Fe3O4 ZnO Nano

Nghiên cứu về tính chất quang xúc tác của vật liệu nano Fe3O4-ZnO đã đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ. Vật liệu này cho thấy khả năng phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ hiệu quả dưới tác động của ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến. Hiệu suất quang xúc tác của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước hạt nano, cấu trúc tinh thể, và tỷ lệ Fe3O4/ZnO. Các kết quả nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu quang xúc tác hiệu quả và bền vững.

5.1. Ảnh Hưởng Của Nồng Độ Fe3O4 Đến Hiệu Suất Quang Xúc Tác

Nồng độ Fe3O4 trong vật liệu nano Fe3O4-ZnO ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất quang xúc tác. Nồng độ Fe3O4 quá thấp có thể không đủ để tạo ra các trung tâm hoạt động, trong khi nồng độ quá cao có thể làm giảm khả năng hấp thụ ánh sáng của ZnO. Cần có một tỷ lệ Fe3O4/ZnO tối ưu để đạt được hiệu suất quang xúc tác cao nhất.

5.2. Cơ Chế Phân Hủy Chất Ô Nhiễm Của Vật Liệu Fe3O4 ZnO

Cơ chế phân hủy chất ô nhiễm của vật liệu nano Fe3O4-ZnO bao gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên, vật liệu hấp thụ ánh sáng, tạo ra các cặp electron-hole pairs. Các electron và lỗ trống này di chuyển đến bề mặt vật liệu, tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử, phân hủy chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại. Fe3O4 đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và giảm thiểu sự tái hợp của các cặp electron-hole pairs.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu Nano Fe3O4 ZnO

Vật liệu nano Fe3O4-ZnO là một vật liệu quang xúc tác đầy tiềm năng cho ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu và phát triển vật liệu này cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất quang xúc tác, độ bền vật liệu, và khả năng tái sử dụng vật liệu. Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm việc điều chế vật liệu với cấu trúc nano phức tạp hơn, sử dụng các phương pháp biến tính bề mặt, và kết hợp vật liệu với các vật liệu khác để tạo ra các hệ thống xử lý ô nhiễm hiệu quả hơn.

6.1. Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Nano Để Nâng Cao Hiệu Suất

Việc tối ưu hóa cấu trúc nano của vật liệu nano Fe3O4-ZnO là một hướng nghiên cứu quan trọng. Các cấu trúc nano phức tạp như lõi-vỏ, nano rod, và nano sheet có thể cải thiện diện tích bề mặt riêng, tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng, và giảm thiểu sự tái hợp của các cặp electron-hole pairs. Cần có các phương pháp điều chế vật liệu với cấu trúc nano được kiểm soát chặt chẽ để đạt được hiệu suất quang xúc tác tối ưu.

6.2. Nghiên Cứu Độ Bền và Khả Năng Tái Sử Dụng Vật Liệu

Độ bền và khả năng tái sử dụng vật liệu là những yếu tố quan trọng để đánh giá tính khả thi của vật liệu nano Fe3O4-ZnO trong ứng dụng thực tế. Cần có các nghiên cứu về độ bền hóa học, độ bền cơ học, và khả năng chống chịu các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các phương pháp biến tính bề mặt có thể được sử dụng để cải thiện độ bền vật liệu và tăng cường khả năng tái sử dụng vật liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ KIM TUYẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU NANO TỔ HỢP Fe3O4-ZnO Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 NGƢỜI HƢỚNG DẪN :TS. NGUYỄN TƢ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học đƣợc trình bày trong luận văn này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu và chƣa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt đƣợc là chính xác và trung thực. Quy Nhơn, ngày 25 tháng 09 năm 2020 Ngƣời cam đoan Nguyễn Thị Kim Tuyến LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, em luôn nhận đƣợc sự ủng hộ, hƣớng dẫn, giúp đỡ quý báu từ các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và ngƣời thân đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Phòng đào tạo sau Đại học, quý thầy cô giáo giảng dạy Bộ môn Vật lý - Khoa Khoa học tự nhiên – trƣờng Đại học Quy Nhơn. Em cũng chân thành cảm ơn GS. Phạm Thành Huy và thầy cô Trƣờng Đại học Phenikaa, quý thầy cô đã giảng dạy lớp Vật lý chất rắn khóa 21. Em xin chân thành cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Tƣ, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài để em hoàn thiện luận văn này. Tác giả cũng muốn gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Thị Lan Hƣơng, TS. Nguyễn Văn Quang, TS. Đỗ Quang Trung, Lƣu Thị Hà Thu đã giúp đỡ em rất nhiều trong việc thực hiện các thí nghiệm, xử lý số liệu và hoàn chỉnh luận văn. Em xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia đã hỗ trợ kinh phí chính (đề tài mã số 103.32) để em hoàn thiện luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Thị Kim Tuyến MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ Đ U. Lý do chọn đề tài . Mục đích nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu . Vật liệu nano . Phân loại vật liệu nano . Đặc trƣng của vật liệu nano . Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano . Phƣơng pháp nghiền bi . Phƣơng pháp đồng kết tủa. Phƣơng pháp sol-gen. Phƣơng pháp nhiệt phân. Phƣơng pháp thủy nhiệt . Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng . Phƣơng pháp lắng đọng điện hóa. Cấu trúc tinh thể của vật liệu ZnO và Fe3O4 .1 Cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu ZnO . Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 . Tính chất và ứng dụng của vật liệu ZnO và Fe3O4 . Tính chất và ứng dụng của vật liệu ZnO. Tính chất và ứng dụng của vật liệu Fe3O4 . Tính chất quang xúc tác của vật liêu ZnO-Fe3O4. Tính chất quang xúc tác của ZnO . Tính chất quang xúc tác của vật liêu Fe3O4-ZnO . THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . Hóa chất và thiết bị chế tạo mẫu . Quy trình chế tạo vật liệu Fe3O4-ZnO bằng phƣơng pháp kết tủa bề mặt kết hợp thủy nhiệt. Một số phƣơng pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu . Nghiên cứu hình thái bề mặt của vật liệu bằng ảnh FESEM . Nghiên cứu nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Nghiên cứu các liên kết vật liệu bằng phổ Raman . Nghiên cứu tính chất quang vật liệu phổ huỳnh quang . Nghiên cứu tính chất từ bằng từ mẫu kế rung (VSM) . Nghiên cứu tính chất quang xúc tác bằng phổ hấp thụ UV-Vis . Đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . Cấu trúc tinh thể vật liệu Fe3O4-ZnO . Hình thái bề mặt vật liệu Fe3O4-ZnO . Thành phần nguyên tố trong mẫu . Phổ Raman của vật liệu Fe3O4-ZnO. Tính chất quang của vật liệu Fe3O4-ZnO . Tính chất từ của vật liệu Fe3O4-ZnO. Tính chất quang xúc tác của vật liệu Fe3O4-ZnO . Tính chất hấp phụ của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO . Tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO dƣới kích thích của ánh sáng UV . Tính chất quang xúc tác MB của vật liệu ZnO và Fe3O4-ZnO dƣới kích thích của ánh sáng nhìn thấy . Ảnh hƣởng của nồng độ Fe3O4 lên tính chất quang xúc tác của vật liệu Fe3O4-ZnO. 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 59 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt EDS Energy dispersive X-ray Phổ tán sắc năng lƣợng tia X spectroscopy FESEM Field emission scanning Hiển vi điện tử quét phát xạ electron microscopy trƣờng LED Light emitting diode Điốt phát quang UV Ultraviolet Tử ngoại PL Photoluminescence Quang phát quang PLE Photoluminescence excitation Kích thích quang phát quang XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X FTIR Fourier-transform infrared Hồng ngoại chuyển đổi Fourier MB Methylene blue Xanh methylen UV-Vis Ultraviolet–visible Tử ngoại – khả kiến RhB Rhodamin B Rhodamin B DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Các loại vật liệu nano 0D, 1D, 2D,3D [11] . Các cấu trúc tinh thể ZnO: (a) wurtzite và (b) lập phƣơng giả kẽm [20] . Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 [21]. Mô hình quang xúc tác ZnO khi chiếu sáng bằng tia UV. Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu ZnO và ZnO-Fe3O4 với các nồng độ Fe3O4 khác nhau [30] . Quy trình chế tạo cấu trúc lõi@vỏ Fe3O4@ZnO đƣợc chế tạo thành công bằng phƣơng pháp hai bƣớc: đồng kết tủa và thủy nhiệt [30] . Hiệu suất phân hủy RhB của ZnO và vật liệu có cấu trúc lõi@vỏ Fe3O4@ZnO [6] . Mô hình giải thích cơ chế tăng cƣờng hoạt tính quang xúc tác của cấu trúc lõi@vỏ Fe3O4@ZnO [6] . Sự phân hủy MB theo thời gian chiếu sáng của các mẫu Fe3O4/ZnO (M1), Fe3O4/ZnO-SiO2 (M2), Fe3O4/ZnO-SiO2- APTS (M3) [4] . Sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian của các mẫu nghiên cứu với nồng độ BiOI và PANI khác nhau . Các thiết bị chính chế tạo vật liệu tổ hợp Fe3O4-ZnO bằng phƣơng pháp kết tủa bề mặt kết hợp thủy nhiệt: (a) Khuấy từ; (b) bình thủy nhiệt; (c) Cân phân tích, (d) Máy ly tâm; (e): Máy rung siêu âm; (f) tủ sấy . Quy trình chế tạo vật liệu Fe3O4-ZnO bằng phƣơng pháp kết tủa bề mặt . Thiết bị FESEM-JEOL/JSM-7600F tích hợp đo FESEM tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Đại học Bách khoa Hà Nội . Hệ đo giản đồ nhiễu xạ tia X (D8 Advance) tại Đại học Cần Thơ . Thiết bị đo phổ Raman (HORIBA JobinYvon LabRAM HR- 800) với nguồn laser He-Ne có bƣớc sóng λ = 632,8 nm và công suất 215 W/cm2 tại Trƣờng Đại học khoa học tự nhiên (Hà Nội) . Hệ huỳnh quang (Nanolog, Horiba Jobin Yvon) nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450 W có bƣớc sóng từ 250 ÷ 800 nm, tại viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội. Thiết bị đo từ mẫu kế dung VSV Microsense EV9 . Thiết bị đo phổ UV-Vis lỏng (UV-VIS 6850, Jenway) (a) và thiết bị UV-Vis rắn (DRUV-Vis, Jasco V-670) (b) . Phổ UV-Vis (a) và đƣờng chuẩn hấp phụ với các nồng độ MB khác nhau từ 5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Fe3O4 (a), ZnO (g) và các mẫu Fe3O4-ZnO với các tỉ lệ khối lƣợng khác nhau: 1:2 (b), 1:4 (c), 1:8 (d), 1:16 (e) và 1:32 (f) . Ảnh FESEM của mẫu Fe3O4 thƣơng mại ở độ phân giải thấp (a) và chế độ phân giải cao hơn (b). Ảnh FESEM của mẫu ZnO (a) và các mẫu Fe3O4-ZnO với tỉ lệ mol Fe3O4:ZnO khác nhau: 1:2 (b), 1:8 (c) và 1:32 (d) . Ảnh FESEM tƣơng ứng với phổ tán sắc năng lƣợng tia X của mẫu ZnO (a,b) và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ số mol giữa Fe3O4:ZnO = 1:8 (c,d) . Phổ Raman của các mẫu Fe3O4, ZnO và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ số mol giữa Fe3O4:ZnO = 1:8 . Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu Fe3O4, ZnO và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ số mol giữa Fe3O4:ZnO = 1:8 . Mối liên hệ giữa h và (h)2 của các mẫu Fe3O4, ZnO và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ số mol giữa Fe3O4:ZnO = 1:8 . Phổ huỳnh quang kích thích tại 325 nm của hai mẫu ZnO và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ số mol giữa Fe3O4:ZnO = 1:8 . Từ độ bão hòa của mẫu bột thƣơng mại Fe3O4 và các mẫu Fe3O4-ZnO với các tỉ lệ khối lƣợng khác nhau: 1:2 (b), 1:4 (c), 1:8 (d), 1:16 (e) và 1:32 (f) . Phổ hấp thụ UV-Vis thu đƣợc sau quá trình hấp phụ MB trên bề mặt của ZnO (a) và Fe3O4-ZnO với tỉ lệ mol Fe3O4:ZnO =1:8 (b). Đồ thị biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian từ các phổ hấp thụ tƣơng ứng . Phổ hấp thụ UV-Vis thu đƣợc sau quá trình chiếu sáng UV với các thời gian khác nhau từ 15 – 150 phút . Đồ thị biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian thu đƣợc từ các phổ hấp thụ (a) và đồ thị biểu diễn động học của quá trình quang xúc tác (b) . Phổ hấp thụ UV-Vis thu đƣợc sau quá trình chiếu ánh sáng nhìn thấy với các thời gian khác nhau từ 15 – 150 phút: (a) mẫu ZnO và (b) mẫu Fe3O4-ZnO với tỉ lệ mol Fe3O4:ZnO =1:8. Đồ thị biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian thu đƣợc từ các phổ hấp thụ (a) và đồ thị biểu diễn động học của quá trình quang xúc tác (b) . (a) Đồ thị biểu diễn sự suy giảm nồng độ MB theo thời gian của mẫu ZnO và mẫu Fe3O4-ZnO với các tỉ lệ mol Fe3O4:ZnO khác nhau: 1:2, 1:4 và 1:8. (b) Đồ thị biểu diễn động học của quá trình quang xúc tác tƣơng ứng . Cơ chế phân hủy MB của ZnO dƣới kích thích của đèn UV bƣớc sóng cực đại 365 nm . Cơ chế phân hủy MB của vật liệu Fe3O4-ZnO dƣới kích thích của đèn UV bƣớc sóng cực đại 365 nm . Cơ chế phân hủy MB của vật liệu Fe3O4-ZnO dƣới kích thích của ánh sáng nhìn thấy . 56 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.2 Một vài thông số của ZnO 13 Số liệu thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano tổ hợp 2.1 27 Fe3O4 – ZnO ở các tỉ lệ khác nhau Giá trị momen từ hóa bão hòa (Ms) của các mẫu thực 3.1 45 nghiệm Hằng số tốc độ phản ứng động học bậc 1 của quá trình phân 3.