Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang xúc tác của hệ vật liệu graphitic carbon nitride

• Tác giả: Đặng Nguyên Giáp
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Hoài Linh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang xúc tác của hệ vật liệu graphitic carbon nitride
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU g-C3N4
• 1.1. Cấu trúc của vật liệu g-C3N4
• 1.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu g-C3N4
• 1.3. Tính chất quang học của vật liệu g-C3N4
• 1.3.1. Cấu trúc vùng năng lượng
• 1.3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR)
• 1.3.3. Tính chất hấp thụ quang
• 1.3.4. Tính chất huỳnh quang (PL) của vật liệu g-C3N4
• 1.3.5. Khả năng quang xúc tác của vật liệu g-C3N4
• 1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của g-C3N4
• 1.4. Phương pháp chế tạo mẫu
• 1.5. Các kĩ thuật đo đạc và khảo sát
• 1.5.1. Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.5.2. Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.5.3. Phép đo phổ huỳnh quang (PL)
• 1.5.4. Phép đo phổ hấp thụ (UV-vis)
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X
• 3.2. Phổ hồng ngoại FTIR
• 3.3. Phổ huỳnh quang (PL): Đo ở 2 ánh sáng kích thích là 325 nm
• 3.4. Phổ hấp thụ UV-vis của vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính chất quang xúc tác của graphitic carbon nitride

Graphitic carbon nitride (g-C3N4) là một vật liệu bán dẫn có cấu trúc độc đáo, được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực quang xúc tác. Vật liệu này nổi bật với khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng, giúp phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Nghiên cứu cho thấy g-C3N4 có độ rộng vùng cấm khoảng 2.7 eV, cho phép nó hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng nhìn thấy.

1.1. Cấu trúc và đặc điểm của graphitic carbon nitride

Cấu trúc của g-C3N4 bao gồm các lớp lục giác, tương tự như graphene, nhưng có thêm nguyên tố nitơ. Điều này tạo ra các liên kết hóa học đặc biệt, giúp tăng cường tính ổn định và khả năng quang xúc tác của vật liệu.

1.2. Tính chất quang học của g C3N4

Tính chất quang học của g-C3N4 được xác định bởi cấu trúc vùng năng lượng của nó. Vật liệu này có khả năng hấp thụ ánh sáng trong dải nhìn thấy, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng quang xúc tác.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường và vai trò của quang xúc tác

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm là rất cần thiết.

2.1. Các chất ô nhiễm phổ biến trong nước

Nước bị ô nhiễm bởi nhiều loại chất thải, bao gồm kim loại nặng như As, Cd, Pb và các chất hữu cơ khó phân hủy. Những chất này không chỉ gây hại cho sức khỏe mà còn ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sống.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến sức khỏe con người

Ô nhiễm nước có thể dẫn đến nhiều bệnh tật, từ các bệnh nhẹ đến các bệnh nghiêm trọng như ung thư. Việc xử lý ô nhiễm nước là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Phương pháp chế tạo graphitic carbon nitride hiệu quả

Việc chế tạo g-C3N4 có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp nhiệt phân ure được sử dụng phổ biến. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các đặc tính của vật liệu, từ cấu trúc đến tính chất quang xúc tác.

3.1. Quy trình chế tạo g C3N4 từ ure

Quy trình chế tạo g-C3N4 từ ure bao gồm các bước như trộn, nung và làm nguội. Nhiệt độ và thời gian nung là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác

Nhiệt độ nung, thời gian và tỷ lệ nguyên liệu là những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của g-C3N4. Việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể nâng cao hiệu suất quang xúc tác của vật liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của graphitic carbon nitride trong xử lý ô nhiễm

Graphitic carbon nitride đã được chứng minh là có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dưới ánh sáng mặt trời. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong xử lý nước thải và làm sạch môi trường.

4.1. Khả năng phân hủy chất hữu cơ độc hại

Nghiên cứu cho thấy g-C3N4 có thể phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ độc hại như thuốc nhuộm và hóa chất công nghiệp dưới ánh sáng mặt trời, giúp cải thiện chất lượng nước.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ xử lý nước

G-C3N4 có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu graphitic carbon nitride

Nghiên cứu về graphitic carbon nitride đang mở ra nhiều triển vọng mới trong lĩnh vực quang xúc tác. Với những ưu điểm vượt trội, g-C3N4 có thể trở thành một giải pháp hiệu quả cho vấn đề ô nhiễm môi trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu g C3N4

Nghiên cứu về g-C3N4 sẽ tiếp tục được mở rộng, với mục tiêu phát triển các phương pháp chế tạo mới và cải thiện hiệu suất quang xúc tác của vật liệu.

5.2. Tầm quan trọng của g C3N4 trong bảo vệ môi trường

Graphitic carbon nitride không chỉ là một vật liệu quang xúc tác hiệu quả mà còn góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.