Luận văn thạc sĩ về nghiên cứu và chế tạo vật liệu nano TiO2Cr3O4

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của vật liệu nano tio2cr3 04, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong

• Tác giả: Nguyễn Thị Thủy
• Người hướng dẫn: T.S Trịnh Thị Loan
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
• Đề tài: Chế Tạo Và Nghiên Cứu Một Số Tính Chất Vật Lý Của Vật Liệu Nano TiO2:Cr3+
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Cấu trúc của TiO2
• 1.2. Các tính chất của Crôm.Trạng thái điện tử của ion Cr3+ (3d3) trong trường bát diện
• 1.3. Tính chất quang của ion Cr3+ trong trường bát diện
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp chế tạo
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray difraction – XRD)
• 2.4. Hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.5. Hiển vi điện tử truyền qua
• 2.6. Hệ đo phổ Raman
• 2.7. Hệ đo phản xạ khuếch tán
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện thủy nhiệt đến cấu trúc tinh thể TiO2 anatase
• 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ tạp chất Cr3+ và chế độ xử lý nhiệt đến tính chất quang của TiO2 anatase
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về vật liệu nano TiO2 Cr3

Vật liệu nano TiO2:Cr3+ đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu do tính chất quang học và điện hóa đặc biệt của nó. Vật liệu nano này không chỉ có kích thước nhỏ mà còn có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng tương tác với môi trường. TiO2, một chất bán dẫn phổ biến, có hai dạng chính là anatase và rutile. Cả hai dạng này đều có cấu trúc tinh thể tứ giác, nhưng anatase thường được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng quang học do tính hoạt động quang hóa cao hơn. Việc pha tạp Cr3+ vào TiO2 không chỉ làm thay đổi cấu trúc tinh thể mà còn cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy, mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong các lĩnh vực như quang xúc tác và cảm biến. Theo nghiên cứu, việc pha tạp Cr3+ có thể làm giảm độ rộng vùng cấm của TiO2, từ đó tăng cường hoạt tính quang hóa của vật liệu.

1.1. Cấu trúc và tính chất của TiO2

TiO2 có ba dạng cấu trúc chính: anatase, rutile và brookite. Trong đó, anatase và rutile là hai dạng phổ biến nhất. Anatase có cấu trúc tứ giác với các ion Ti4+ được bao quanh bởi 6 ion O2-, trong khi rutile có cấu trúc tương tự nhưng với mật độ ion cao hơn. Sự khác biệt trong cấu trúc này dẫn đến những tính chất vật lý khác nhau giữa hai dạng. Anatase thường có độ rộng vùng cấm lớn hơn rutile, điều này khiến nó có khả năng hoạt động quang hóa tốt hơn dưới ánh sáng UV. Tuy nhiên, việc pha tạp Cr3+ vào TiO2 có thể làm giảm độ rộng vùng cấm, giúp vật liệu hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy, từ đó mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như quang xúc tác và năng lượng mặt trời.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thủy nhiệt để tổng hợp vật liệu nano TiO2:Cr3+. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các điều kiện phản ứng, từ đó tạo ra các mẫu với cấu trúc tinh thể và tính chất quang học mong muốn. Các mẫu được phân tích bằng nhiều kỹ thuật hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kết quả từ các phép đo này cho thấy sự ảnh hưởng của nồng độ tạp chất Cr3+ đến cấu trúc và tính chất quang của TiO2. Đặc biệt, việc phân tích phổ Raman giúp xác định các mode dao động của vật liệu, từ đó cung cấp thông tin về sự thay đổi cấu trúc khi có sự hiện diện của Cr3+. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của phương pháp thủy nhiệt mà còn mở ra hướng đi mới trong việc nghiên cứu và phát triển vật liệu nano.

2.1. Kỹ thuật phân tích

Các kỹ thuật phân tích được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể, hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái bề mặt và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để phân tích cấu trúc vi mô. Kỹ thuật phổ Raman cũng được áp dụng để nghiên cứu các mode dao động của vật liệu, giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi cấu trúc khi pha tạp Cr3+. Những kỹ thuật này cung cấp thông tin quan trọng về sự hình thành và tính chất của vật liệu nano TiO2:Cr3+, từ đó đánh giá được ảnh hưởng của nồng độ tạp chất đến các tính chất quang học và điện hóa của vật liệu.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ tạp chất Cr3+ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất quang của TiO2. Cụ thể, khi nồng độ Cr3+ tăng lên, độ rộng vùng cấm của TiO2 giảm, cho phép vật liệu hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Điều này mở ra khả năng ứng dụng mới cho TiO2 trong các lĩnh vực như quang xúc tác và năng lượng mặt trời. Ngoài ra, các phép đo phổ Raman cho thấy sự xuất hiện của các mode dao động mới, chứng tỏ sự tương tác giữa Cr3+ và cấu trúc của TiO2. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc phát triển các vật liệu nano mới với tính chất ưu việt.

3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cr3

Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ tạp chất Cr3+ có ảnh hưởng lớn đến tính chất quang của TiO2. Khi nồng độ Cr3+ tăng, độ rộng vùng cấm của TiO2 giảm, cho phép vật liệu hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Điều này có thể giải thích bởi sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể và sự hình thành các mức năng lượng mới do sự hiện diện của Cr3+. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu nano TiO2 với khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng quang xúc tác và năng lượng mặt trời.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ nano hiện là một hướng phát triển mũi nhọn toàn cầu, với vật liệu nano TiO2 đóng vai trò quan trọng nhờ các tính chất vật lý và quang học ưu việt. TiO2 tồn tại dưới nhiều dạng thù hình, trong đó anatase và rutile là hai dạng phổ biến nhất với độ rộng vùng cấm lần lượt khoảng 3,25 eV và 3,05 eV. Tuy nhiên, TiO2 tinh khiết chỉ hoạt động hiệu quả trong vùng ánh sáng tử ngoại, chiếm khoảng 4% năng lượng ánh sáng mặt trời, gây hạn chế ứng dụng trong xúc tác quang. Do đó, việc pha tạp ion kim loại chuyển tiếp như Cr3+ nhằm thu hẹp vùng cấm và mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy là mục tiêu nghiên cứu thiết yếu.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất vật lý của vật liệu nano TiO2 pha tạp Cr3+ theo phương pháp thủy nhiệt, nhằm tối ưu hóa cấu trúc tinh thể và tính chất quang học của TiO2 anatase. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi thời gian từ năm 2014 đến 2015 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Mục tiêu cụ thể gồm: xây dựng quy trình tổng hợp dây nano TiO2:Cr3+ anatase, khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chế tạo và nồng độ Cr3+ đến cấu trúc tinh thể, hình thái học, kích thước tinh thể và phổ hấp thụ của vật liệu.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xúc tác quang hoạt tính cao, ứng dụng trong xử lý môi trường, năng lượng tái tạo và các lĩnh vực công nghệ cao khác, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời và mở rộng ứng dụng của vật liệu TiO2 trong thực tiễn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Cấu trúc tinh thể TiO2 anatase và rutile: TiO2 tồn tại chủ yếu dưới dạng anatase (cấu trúc tứ giác, nhóm không gian T41/amd) và rutile (cấu trúc tứ giác, nhóm không gian P42/mnm). Anatase có độ rộng vùng cấm 3,25 eV, rutile 3,05 eV, ảnh hưởng đến tính chất quang học và xúc tác quang.

• Trường tinh thể bát diện và mức năng lượng ion Cr3+: Ion Cr3+ (cấu hình 3d3) trong trường tinh thể bát diện bị tách mức năng lượng theo sơ đồ Tanabe-Sugano, ảnh hưởng đến phổ hấp thụ và phát quang của vật liệu. Các mức năng lượng này được phân loại theo nhóm Oh, với các trạng thái 4A2, 4T2, 4T1, 2E, 2T1, 2T2.

• Cơ chế xúc tác quang bán dẫn: Khi TiO2 hấp thụ photon có năng lượng lớn hơn hoặc bằng vùng cấm, tạo ra cặp electron-lỗ trống, dẫn đến hình thành các gốc oxy hóa mạnh như OH* và O2-* trên bề mặt, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ.

• Phổ Raman và nhiễu xạ tia X (XRD): Phổ Raman dùng để xác định các mode dao động đặc trưng của TiO2 anatase (6 mode tích cực Raman: 3 Eg, 2 B1g, 1 A1g), phản ánh cấu trúc tinh thể và mức độ kết tinh. XRD xác định pha tinh thể, hằng số mạng và kích thước tinh thể qua công thức Scherrer.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu TiO2 anatase thương phẩm được pha tạp Cr3+ với các nồng độ từ 0,1% đến 10% mol. Các mẫu được tổng hợp theo quy trình thủy nhiệt hai giai đoạn: giai đoạn 1 ở 200°C trong 30 giờ, giai đoạn 2 ở 160°C trong 15 giờ. Sau đó, mẫu được xử lý nhiệt ở 600°C và 800°C trong 3 giờ.

• Phương pháp phân tích:

  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Xác định pha tinh thể, hằng số mạng, kích thước tinh thể.
  • Hiển vi điện tử quét (SEM): Quan sát hình thái học, kích thước hạt.
  • Hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Phân tích cấu trúc vi mô, kích thước hạt nano.
  • Phổ Raman: Xác định các mode dao động, đánh giá độ kết tinh và ảnh hưởng của tạp chất.
  • Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis: Xác định phổ hấp thụ, năng lượng vùng cấm và năng lượng Urbach.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu được chuẩn bị với các nồng độ Cr3+ khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của tạp chất. Phương pháp thủy nhiệt được chọn vì ưu điểm kiểm soát kích thước hạt, độ tinh khiết và hình thái học.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp mẫu và xử lý nhiệt trong khoảng 2 tháng, đo đạc và phân tích dữ liệu trong 3 tháng tiếp theo, hoàn thiện luận văn trong năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của điều kiện thủy nhiệt đến cấu trúc tinh thể:

   • Ở giai đoạn 1 (200°C, 30h), mẫu TiO2:Cr3+ 0,1% mol chủ yếu là pha H2Ti3O7, chưa hình thành pha anatase.
   • Ở giai đoạn 2 (120-160°C, 15h), pha anatase bắt đầu xuất hiện rõ rệt, đặc biệt ở 150°C và 160°C, mẫu đơn pha anatase với các đỉnh XRD sắc nét.
   • Nhiệt độ thủy nhiệt giai đoạn 2 ảnh hưởng lớn đến sự kết tinh, chọn 160°C/15h làm điều kiện chuẩn.

2. Ảnh hưởng của nồng độ Cr3+ đến cấu trúc tinh thể:

   • Tất cả mẫu với nồng độ Cr3+ từ 0,4% đến 10% mol đều giữ pha anatase đơn pha sau thủy nhiệt giai đoạn 2.
   • Cường độ đỉnh XRD giảm khi nồng độ Cr3+ tăng, chứng tỏ độ kết tinh giảm.
   • Hằng số mạng gần như không đổi, do bán kính ion Cr3+ (0,615 Å) và Ti4+ (0,605 Å) tương tự nhau.

3. Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến pha và cấu trúc:

   • Sau ủ nhiệt 600°C/3h, các mẫu vẫn giữ pha anatase đơn pha, độ kết tinh tăng lên, vị trí đỉnh Raman dịch chuyển nhẹ về số sóng dài.
   • Ủ nhiệt 800°C/3h, mẫu 10% mol Cr3+ xuất hiện pha rutile kèm theo anatase, các mẫu khác vẫn đơn pha anatase.
   • Độ kết tinh tăng theo nhiệt độ ủ, thể hiện qua cường độ và độ sắc nét của đỉnh XRD và Raman.

4. Phổ Raman và hình thái học:

   • Phổ Raman thể hiện 6 mode đặc trưng của anatase, vị trí và độ rộng đỉnh thay đổi theo nồng độ Cr3+ và nhiệt độ ủ.
   • Nồng độ Cr3+ cao (10% mol) làm dịch chuyển vị trí mode Raman và mở rộng đỉnh, phản ánh sự biến đổi cấu trúc và tăng khuyết tật.
   • SEM cho thấy hình thái dây nano với đường kính 85-200 nm, chiều dài hàng chục micromet, đồng nhất ở nồng độ thấp và trung bình.

Thảo luận kết quả

Sự hình thành pha anatase TiO2:Cr3+ phụ thuộc mạnh vào điều kiện thủy nhiệt, đặc biệt nhiệt độ giai đoạn 2. Nhiệt độ cao hơn giúp tăng kết tinh và loại bỏ pha trung gian H2Ti3O7. Nồng độ Cr3+ không làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể do bán kính ion tương đương, nhưng ảnh hưởng đến độ kết tinh và tạo ra các khuyết tật, làm giảm cường độ đỉnh XRD và mở rộng đỉnh Raman.

Việc xuất hiện pha rutile ở mẫu 10% mol Cr3+ sau ủ nhiệt 800°C cho thấy giới hạn pha tạp Cr3+ để giữ pha anatase đơn pha. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của tạp chất kim loại chuyển tiếp lên sự chuyển pha anatase-rutile.

Phổ Raman và SEM cung cấp bằng chứng bổ sung về ảnh hưởng của Cr3+ đến cấu trúc vi mô và hình thái học, cho thấy sự biến đổi tinh thể và kích thước hạt theo nồng độ tạp chất và nhiệt độ xử lý. Các dữ liệu này có thể được trình bày qua biểu đồ cường độ đỉnh XRD, vị trí và độ rộng đỉnh Raman, cũng như ảnh SEM minh họa hình thái dây nano.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu quy trình thủy nhiệt:

   • Áp dụng nhiệt độ 160°C trong 15 giờ cho giai đoạn 2 để đảm bảo pha anatase đơn pha và kết tinh tốt.
   • Chủ thể thực hiện: các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu nano, thời gian áp dụng: ngay trong các dự án tiếp theo.

2. Kiểm soát nồng độ Cr3+:

   • Giới hạn nồng độ Cr3+ dưới 8% mol để tránh hình thành pha rutile không mong muốn sau xử lý nhiệt cao.
   • Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất vật liệu nano, thời gian áp dụng: trong quy trình sản xuất và nghiên cứu phát triển.

3. Xử lý nhiệt hợp lý:

   • Ủ nhiệt ở 600°C trong 3 giờ để tăng độ kết tinh mà không gây chuyển pha sang rutile.
   • Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên phòng thí nghiệm, thời gian áp dụng: trong giai đoạn hoàn thiện mẫu.

4. Ứng dụng trong xúc tác quang:

   • Sử dụng TiO2:Cr3+ với nồng độ tạp chất và điều kiện chế tạo tối ưu để phát triển vật liệu xúc tác quang hoạt tính cao trong xử lý môi trường và năng lượng tái tạo.
   • Chủ thể thực hiện: các trung tâm nghiên cứu ứng dụng, doanh nghiệp công nghệ, thời gian áp dụng: trung hạn (1-3 năm).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật liệu nano và vật lý chất rắn:

   • Lợi ích: Hiểu sâu về ảnh hưởng của tạp chất Cr3+ đến cấu trúc và tính chất quang của TiO2 anatase, áp dụng trong nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

2. Kỹ sư và chuyên gia công nghệ chế tạo vật liệu:

   • Lợi ích: Áp dụng quy trình thủy nhiệt và xử lý nhiệt tối ưu để sản xuất vật liệu nano TiO2 chất lượng cao, kiểm soát pha và kích thước hạt.

3. Chuyên gia trong lĩnh vực xúc tác quang và xử lý môi trường:

   • Lợi ích: Sử dụng vật liệu TiO2:Cr3+ có hoạt tính quang cao để phát triển các hệ xúc tác xử lý nước, không khí, nâng cao hiệu quả ứng dụng.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành Vật lý, Hóa học, Khoa học vật liệu:

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích và cách trình bày kết quả khoa học trong lĩnh vực vật liệu nano.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn Cr3+ làm tạp chất cho TiO2?
   Cr3+ có bán kính ion gần với Ti4+, dễ pha tạp vào mạng tinh thể TiO2 mà không làm biến đổi cấu trúc mạng cơ bản, đồng thời giúp thu hẹp vùng cấm, mở rộng phổ hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, tăng hiệu quả xúc tác quang.

2. Phương pháp thủy nhiệt có ưu điểm gì trong tổng hợp vật liệu nano?
   Thủy nhiệt cho phép kiểm soát kích thước hạt, hình thái học, độ tinh khiết cao, thời gian phản ứng ngắn và thiết bị đơn giản, phù hợp với quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất nhỏ.

3. Ảnh hưởng của nồng độ Cr3+ đến tính chất vật liệu như thế nào?
   Nồng độ Cr3+ tăng làm giảm độ kết tinh, mở rộng đỉnh Raman, tạo khuyết tật trong mạng tinh thể, ảnh hưởng đến tính chất quang và xúc tác của vật liệu.

4. Tại sao nhiệt độ xử lý nhiệt lại quan trọng?
   Nhiệt độ xử lý ảnh hưởng đến pha tinh thể, độ kết tinh và kích thước hạt. Nhiệt độ quá cao có thể gây chuyển pha anatase sang rutile, làm giảm hiệu quả xúc tác quang.

5. Làm thế nào để xác định pha anatase và rutile trong mẫu?
   Sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ tia X để xác định các đỉnh đặc trưng của từng pha, kết hợp phổ Raman để phân biệt các mode dao động đặc trưng, đồng thời quan sát hình thái học qua SEM và TEM.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp dây nano TiO2:Cr3+ anatase bằng phương pháp thủy nhiệt hai giai đoạn với điều kiện tối ưu là 160°C trong 15 giờ cho giai đoạn 2.
• Nồng độ Cr3+ ảnh hưởng đến độ kết tinh và tính chất quang của vật liệu, giới hạn dưới 8% mol để giữ pha anatase đơn pha sau xử lý nhiệt.
• Xử lý nhiệt ở 600°C giúp tăng độ kết tinh mà không gây chuyển pha, trong khi ủ ở 800°C với nồng độ Cr3+ cao có thể tạo pha rutile không mong muốn.
• Phổ Raman và XRD cung cấp bằng chứng rõ ràng về ảnh hưởng của tạp chất và nhiệt độ xử lý đến cấu trúc tinh thể và tính chất vật liệu.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu xúc tác quang hiệu quả, ứng dụng trong xử lý môi trường và năng lượng tái tạo, đề xuất áp dụng trong các dự án nghiên cứu và sản xuất vật liệu nano.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu ứng dụng vật liệu TiO2:Cr3+ trong các hệ xúc tác thực tế và mở rộng pha tạp với các ion khác để nâng cao hiệu quả xúc tác. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm phối hợp phát triển sản phẩm ứng dụng từ kết quả này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Công nghệ nano đang là một hướng công nghệ mũi nhọn của thế giới. Sở dĩ công nghệ nano được quan tâm nhiều như vậy là do hiệu ứngthu nhỏ kích thước làm xuất hiện nhiều tính chất mới đặc biệt và nâng cao các tính chất vốn có lên so với vật liệu khối thông thường, đặc biệt là các hiệu ứng quang lượng tử và điện tử. Vật liệu nano có những tính chất ưu việt như: kích thước nhỏ, diện tích bề mặt tiếp xúc pha tăng,.Do đó vật liệu nano có được những ứng dụng vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực, giải quyết được nhiều vấn đề then chốt trong đời sống: trong vật lý như các diode phát quang, laser chấm lượng tử, trong sinh học vật liệu nano được nghiên cứu để phân tách tế bào, dẫn truyền thuốc.Ngoài ra còn nhiều ứng dụng khác như: an toàn năng lượng, an ninh, lương thực, môi trường sinh thái, sức khoẻ,… sẽ được giải quyết thuận lợi hơn dựa trên sự phát triển của công nghệ nano. Titan đioxit có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như hóa mỹ phẩm, dược phẩm chất màu, sơn, chế tạo các loại thủy tinh, men và gốm chịu nhiệt,.Kể từ năm 1972, khi nhóm tác giả Fujishima và Honda [24] công bố về hoạt tính quangđiện hóa của nước trên điện cực TiO2, vật liệu TiO2 đã gây được sự chú ýđặc biệt của các nhà khoa học.

Ở dạng hạt mịn kích thước nano mét TiO2 có nhiều ứng dụng hơn trong các lĩnh vực như chế tạo pin mặt trời, cảm biến [27,31,35]. Ở dạng màng mỏng, TiO2 đã được thử nghiệm trong nhiều thiết bị điện tử và thiết bị quang điện như: tế bào quang điện năng lượng mặt trời [16], cảm biến khí [23], lắng đọng xung laser [29],….Nhiều sản phẩm nano TiO2 đã được thương mại hoá như: Vật liệu nano TiO2 (Mỹ, Nhật Bản…), máy làm sạch không khí khỏi nấm mốc, vi khuẩn, virus và khử mùi trong bệnh viện, văn phòng, nhà ở (Mỹ), khẩu trang nano phòng chống lây nhiễm qua đường hô hấp (Nhật Bản),vải tự làm sạch, giấy khử mùi diệt vi khuẩn (Đức, Úc), 1 z gạch lát đường phân huỷ khí thải xe hơi (Hà Lan), pin mặt trời ( Thuỵ Sỹ, Mỹ…),…. Trong nước vật liệu TiO2 cũng đã được rất nhiều nhóm các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tại Viện Vật lý ứng dụng và thiết bị khoa học, Trung tâm KHTN & CNQG, từ những năm 2002, nhóm nghiên cứu của PGS.

Trần Thị Đức đã chế tạo thành công các màng trong suốt TiO2 có hoạt tính quang học khá tốt [1] và đã điều chế thành sơn quang xúc tác TiO2. Tại Khoa Vật lý, Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN, nhóm nghiên cứu của PGS. Phạm Văn Nho đã từng nghiên cứu về vật liệu TiO2 dưới dạng hạt và dùng làm chất diệt khuẩn trong khẩu trang. Ngoài ra còn có nhóm nghiên của PGS.

Lê Văn Vũ cũng đã nghiên cứu về màng TiO2 với các chất màu nhằm ứng dụng cho chế tạo pin mặt trời. Tại Khoa Hóa, Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN, vật liệu TiO2 pha tạp kim loại chuyển tiếp (W, Cr, Y và Nd) cũng được quan tâm trong việc sử dụng làm chất quang xúc tác [3]. Không chỉ dừng lại ở đó, loại vật liệu nàycũng được nghiên cứu rất sôi nổi ở các nhóm nghiên tại các Trường Đại học Khoa học Huế, Đà Nẵng, Trường Đại học ĐHKHTN, ĐHQG – HCM [2, 5, 10, 11]. Vật liệu nano TiO2 có thể tồn tại dưới nhiều dạng hình thái học khác nhau.

Trong đó, các nano TiO2 dạng ống, thanh, sợi mang nhiều thuộc tính mới như hình dạng độc đáo, diện tích bề mặt riêng lớn, các tính chất điện từ, quang, cơ học dị thường và có khả năng ứng dụng lớn.