MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. Quá trình quang xúc tác. Khái niệm quang xúc tác.
Vật liệu molypden disunfua (MoS2). Cấu trúc của MoS2. Ứng dụng của MoS2. Các phương pháp tổng hợp MoS2.
Vật liệu graphen. Cấu trúc của graphen. Tính chất của graphen. Các phương pháp tổng hợp graphen.
Phương pháp tách lớp cơ học. Phương pháp lắng đọng pha hơi (CVD). Phương pháp phân hủy nhiệt SiC và các chất nền khác. Phương pháp điện hóa.
Phương pháp tách lớp trong pha lỏng. Phương pháp oxi hóa khử từ graphit. Vật liệu graphen oxit (GO). Cấu trúc của GO.
Tính chất của GO. Các phương pháp tổng hợp GO. Vật liệu graphen oxit dạng khử rGO. Cấu trúc vật liệu rGO.
Các phương pháp tổng hợp rGO. Phương pháp khử nhiệt. Phương pháp khử hóa học. Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit MoS2/rGO.
Phương pháp vi sóng. Phương pháp nhiệt phân. Phương pháp thủy nhiệt. Biến tính MoS2/rGO bằng kim loại chuyển tiếp.
Bản chất quá trình biến tính. Các kim loại sử dụng cho quá trình biến tính. Cấu trúc vật liệu MoS2 biến tính bởi kim loại chuyển tiếp. Cơ chế xúc tác quang trên vật liệu biến tính.
Ứng dụng làm xúc tác quang trong xử lý chất màu của MoS2. Tổng hợp vật liệu. Tổng hợp vật liệu GO. Tổng hợp vật liệu rGO.
Tổng hợp vật liệu MoS2. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS2. Tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS2/rGO.
Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM).
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM). Phương pháp phổ năng lượng tia X (EDX hay EDS). Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET). Phương pháp phổ điện tử quang tia X (XPS).
Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UV-Vis - DRS). Phương pháp phổ Raman. Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR).
Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS). Phương pháp ICP-OES. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu.
Đánh giá khả năng hấp phụ RhB của vật liệu. Đánh giá khả năng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu. Động học phản ứng quang xúc tác của vật liệu. Xác định sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy RhB.
Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả tổng hợp vật liệu GO, rGO. Sự hình thành vật liệu GO.
Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành rGO. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu GO và rGO đã tổng hợp. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu rGO. Kết quả tổng hợp vật liệu MoS2.
Đặc trưng cấu trúc vật liệu MoS2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS2. Kết quả tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO.
Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc của vật liệu MoS2/rGO. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS2/rGO. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc của vật liệu compozit MoS2/rGO.
Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO. Kết quả tổng hợp vật liệu Mn-MoS2/rGO. Đặc trưng cấu trúc vật liệu Mn-MoS2/rGO. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Mn-MoS2/rGO.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác trên các vật liệu MoS2/rGO và 3%Mn-MoS2/rGO. Ảnh hưởng của cường độ nguồn sáng. Ảnh hưởng của nồng độ RhB ban đầu. Ảnh hưởng pH của dung dịch.
Ảnh hưởng của các chất dập tắt gốc tự do. So sánh đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu. Đặc trưng cấu trúc của các tổ hợp vật liệu. Hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu.
Khả năng quang xúc tác của Mn-MoS2/rGO dưới các nguồn sáng khác nhau. Độ bền hoạt tính xúc tác vật liệu Mn-MoS2/rGO. 123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
126 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu và Chú thích tiếng Anh Chú thích tiếng Việt từ viết tắt ASMT Sunlight Ánh sáng mặt trời AO Ammonium oxalate Amoni oxalat BQ Benzoquinone Benzoquinon Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp BET Brunauer-Emmett-Teller phụ N2 ở 77K DMSO Dimethyl sulfoxide Dimetyl sunfoxit EDX Energy-dispersive X-ray Tán xạ năng lượng tia X Eg Band gap energy Năng lượng vùng cấm Electrochemical impedance Quang phổ trở kháng điện EIS spectroscopy hóa EPR Electron paramagnetic resonance Cộng hưởng thuận từ điện tử FFT Fast Fourier Transforms Biến đổi Fourier nhanh Inductively coupled plasma optical Quang phổ phát xạ quang ICP-OES emission spectroscopy plasma GO Graphene oxide Graphen oxit High-performance liquid Sắc ký lỏng áp suất cao –phổ HPLC-MS chromatography–Mass Spectrometry khối IR Infrared Hồng ngoại PZC The point of zero charge Điểm điện tích không rGO Reduced graphene oxide Graphen oxit dạng khử RhB Rhodamine B Rhodamin B SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét Nhiễu xạ điện tử vùng lựa SAED Selected Area Electron Diffraction chọn TB Tert-butyl Alcohol Tert-butanol TEM Transmission Electron Microscopy Hiển vi điện tử truyền qua UV-Vis Ultraviolet – Visible Tử ngoại - khả kiến UV-Vis- Ultraviolet – Visible Diffuse Phổ phản xạ khuếch tán tử DRS Reflectance Spectroscopy ngoại – khả kiến XPS X-ray photoelectron Spectroscopy Phổ quang điện tử tia X XRD X – ray Diffraction Nhiễu xạ tia X DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu MoS2/rGO tổng hợp theo các phương pháp khác nhau. Các kim loại chuyển tiếp được sử dụng để biến tính MoS2/rGO. Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu.
Thành phần của các nguyên tố trong mẫu compozit MoS2/rGO. Giá trị năng lượng vùng cấm Eg của các mẫu vật liệu compozit MoS2/rGO (180oC – X). Dữ liệu của các mẫu compozit MoS2/rGO (180oC-X) (X = 2/1; 4/1 và 6/1) thu được từ mô hình động học Langmuir-Hinshelwood. Giá trị Eg của các mẫu vật liệu compozit MoS2/rGO (4/1-T).
Dữ liệu của các mẫu compozit MoS2/rGO (4/1-T) từ mô hình động học Langmuir-Hinshelwood. Giá trị hệ số g của các mẫu MoS2 và các mẫu X%Mn-MoS2/rGO (X = 1%Mn, 3%Mn, 5%Mn và 7%Mn). Giá trị năng lượng vùng cấm Eg của các mẫu vật liệu compozit X%Mn- MoS2/rGO (X = 1%Mn, 3%Mn, 5%Mn và 7%Mn). Thành phần các nguyên tố trong mẫu 3%Mn-MoS2/rGO.
Dữ liệu của các mẫu x%Mn-MoS2/rGO thu được từ mô hình động học Langmuir-Hinshelwood. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến hiệu quả phân hủy RhB sau 4 giờ phản ứng. Hiệu quả quang xúc tác phân hủy RhB với các nồng độ ban đầu khác nhau sau 4 giờ phản ứng. Hiệu quả quang xúc tác của các vật liệu đến quá trình quang xúc tác phân hủy RhB dưới sự ảnh hưởng của pH.
Hiệu suất quang phân hủy RhB và dữ liệu mô hình động học Langmuir - Hinshelwood với sự có mặt của các chất dập tắt của mẫu 3%Mn-MoS2/rGO. Giá trị hệ số g của các mẫu MoS2, 3%Mn-MoS2, MoS2/rGO và 3%Mn- MoS2/rGO. Dữ liệu của các mẫu vật liệu thu được từ mô hình động học Langmuir- Hinshelwood. Dữ liệu từ mô hình động học Langmuir-Hinshelwood của mẫu 3%Mn.MoS2/rGO với sự ảnh hưởng của các đèn khác nhau.
121 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1. Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn. Cơ chế quang xúc tác của vật liệu biến tính. (a) Cấu trúc không gian 3 chiều của MoS2 và (b) Cấu trúc MoS2 đơn lớp 8 Hình 1.
Mô hình cấu trúc đa tinh thể của MoS2. Tinh thể graphit (A), dạng 3D của các tấm graphen trong mạng lưới graphit (B) và sự phân cấp của các hydrocacbon thơm từ benzen đến graphen. Lớp bong graphen từ graphit được tách ra bởi băng keo (a) và những lớp bong cho nhiều màu sắc bởi độ dày khác nhau dưới kính hiển vi quang học (b). Sản xuất graphen bằng phương pháp lắng đọng pha hơi của graphen.
Phương pháp epitaxy sản xuất graphen. Sơ đồ minh họa cho quá trình bóc lớp graphit bằng điện hóa. Sơ đồ minh họa cho quá trình bóc lớp trong pha lỏng. Sơ đồ chuyển hóa graphit thành graphen.
Cấu trúc của GO. Các phương pháp tổng hợp GO sử dụng graphit, axit và các tác nhân oxi hóa hóa học. Quá trình khử GO về rGO. Sơ đồ quá trình khử GO về rGO bằng tác nhân khử axit ascorbic.
Mô hình của vật liệu graphen (a), MoS2 (b) và compozit MoS2/rGO (c). Mô hình tổng hợp vật liệu MoS2/GR bằng phương pháp vi sóng. Sơ đồ tổng hợp MoS2/rGO theo phương pháp nhiệt phân (i) hòa tan trong nước, (ii) loại nước, (iii) nhiệt phân dưới dòng Ar ở 900oC, (iv) thu hồi bột lơ lửng bằng phương pháp siêu âm. Tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO theo phương pháp thủy nhiệt.
(a) Cấu trúc mặt trên và (b) cấu trúc mặt bên của Mn pha tạp MoS2 đơn lớp. Cấu trúc nguyên tử của Mn biến tính MoS2 đơn lớp với đối xứng C2v (c) và đối xứng D3h (d). Cấu trúc của vật liệu Zn-MoS2-RGO. Cơ chế của quá trình quang xúc tác trên vật liệu Ag-MoS2/rGO.
Sơ đồ tổng hợp GO. Sơ đồ tổng hợp rGO. Sơ đồ tổng hợp MoS2. Sơ đồ tổng hợp Mn-MoS2.
Sơ đồ tổng hợp MoS2/rGO. Sơ đồ tổng hợp Mn. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát hoạt tính xúc tác quang của vật liệu. Giản đồ XRD của mẫu vật liệu graphit và GO.
Giản đồ XRD của các mẫu rGO ở các nhiệt độ nung khác nhau. Ảnh TEM và HRTEM của rGO ở nhiệt độ nung 200oC (a), 400oC (b) và 600oC (c). Phổ FTIR của GO và rGO. Phổ Raman của GO và rGO-600oC.
Ảnh SEM của mẫu graphit (a), GO (b) và rGO (c). Ảnh TEM của vật liệu GO (a) và rGO (b). Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (a) và đường phân bố kích thước mao quản (b) của GO và rGO. Phổ UV-Vis DRS của GO và rGO .
