I. Vật liệu TiO2 và ứng dụng
Vật liệu TiO2 là một trong những vật liệu vô cơ được nghiên cứu rộng rãi do tính chất quang và điện hóa đặc biệt. TiO2 tồn tại ở hai dạng thù hình phổ biến là anatase và rutile, mỗi dạng có cấu trúc tinh thể và tính chất điện tử khác nhau. Vật liệu TiO2 kích thước nano được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác quang, pin mặt trời, và cảm biến khí. Việc tổng hợp vật liệu TiO2 đơn pha với kích thước nano là một vấn đề quan trọng, giúp tối ưu hóa tính chất và ứng dụng của vật liệu này.
1.1. Cấu trúc của vật liệu TiO2
Cấu trúc tinh thể của vật liệu TiO2 bao gồm hai pha chính là anatase và rutile. Anatase có cấu trúc tứ diện, trong khi rutile có cấu trúc bát diện. Sự khác biệt về cấu trúc dẫn đến sự khác biệt về tính chất điện tử và quang học của hai pha này. Anatase thường được ưa chuộng trong các ứng dụng xúc tác quang do có vùng cấm năng lượng rộng hơn so với rutile.
1.2. Phản ứng quang xúc tác
Vật liệu TiO2 có khả năng xúc tác quang học mạnh mẽ, đặc biệt là trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ dưới ánh sáng UV. Cơ chế của phản ứng quang xúc tác liên quan đến sự tạo thành các gốc tự do như OH* và O2-, giúp phân hủy các chất ô nhiễm. TiO2 cũng được sử dụng trong các ứng dụng làm sạch nước và không khí.
II. Tổng hợp vật liệu TiO2 đơn pha
Tổng hợp vật liệu TiO2 đơn pha là một quá trình quan trọng để đảm bảo tính chất đồng nhất của vật liệu. Phương pháp thủy phân được sử dụng phổ biến do quy trình đơn giản và hiệu quả. Bằng cách kiểm soát các thông số như nồng độ, nhiệt độ, và thời gian phản ứng, có thể tạo ra vật liệu TiO2 với kích thước nano và cấu trúc pha mong muốn.
2.1. Chế tạo vật liệu nano TiO2
Quá trình chế tạo vật liệu nano TiO2 bằng phương pháp thủy phân bao gồm các bước như hòa tan tiền chất, thủy phân, và kết tủa. Việc kiểm soát nồng độ HCl trong môi trường phản ứng là yếu tố quan trọng để đạt được vật liệu TiO2 đơn pha. Kết quả phân tích bằng giản đồ nhiễu xạ tia X và phổ tán xạ Raman cho thấy sự hình thành của các pha anatase và rutile.
2.2. Ảnh hưởng của nồng độ HCl
Nồng độ HCl trong môi trường phản ứng có ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành pha của vật liệu TiO2. Khi nồng độ HCl tăng, tỷ lệ pha rutile tăng lên, trong khi nồng độ HCl thấp hơn ưu tiên hình thành pha anatase. Điều này được chứng minh qua các kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X và phổ tán xạ Raman.
III. Nanocomposite PPy TiO2
Nanocomposite PPy-TiO2 là vật liệu lai ghép giữa polypyrrole (PPy) và vật liệu TiO2. Sự kết hợp này tạo ra vật liệu có tính chất điện và quang học vượt trội so với các vật liệu ban đầu. PPy là một polyme dẫn điện có tính chất ổn định và dễ tổng hợp, trong khi TiO2 có tính chất quang xúc tác mạnh. Sự tương tác giữa hai thành phần này làm thay đổi tính chất điện và quang học của vật liệu tổng hợp.
3.1. Chế tạo nanocomposite PPy TiO2
Quá trình chế tạo nanocomposite PPy-TiO2 bao gồm việc trùng hợp PPy trong sự hiện diện của vật liệu TiO2. Các phương pháp phân tích như hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được sử dụng để xác định cấu trúc và hình thái của vật liệu. Kết quả cho thấy sự phân bố đồng đều của TiO2 trong nền PPy.
3.2. Ứng dụng của nanocomposite PPy TiO2
Nanocomposite PPy-TiO2 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như cảm biến khí, pin mặt trời, và xúc tác quang. Tính chất điện và quang học của vật liệu này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ thành phần PPy và TiO2. Điều này mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển các ứng dụng thực tiễn.
