Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite của tio2 trên một số chất mang để xử lý phẩm màu db 71 trong môi trường nước

Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite TiO2 trong xử lý phẩm màu DB 71, mang lại giải pháp hiệu quả cho môi trường nước.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hải
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Phương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Composite TiO2 Trong Xử Lý Phẩm Màu DB 71
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Composite TiO2 Giới Thiệu Chung

Nghiên cứu về vật liệu composite TiO2 đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. TiO2, với khả năng xử lý phẩm màu hiệu quả, đặc biệt là phẩm màu DB 71, đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học và kỹ sư. Vật liệu này hứa hẹn mang lại giải pháp xử lý nước thải dệt nhuộm hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Luận văn này đi sâu vào việc tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite TiO2 trên một số chất mang để xử lý ô nhiễm phẩm màu DB 71. Cần có những nghiên cứu chi tiết về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của vật liệu này.

1.1. Giới Thiệu Vật Liệu TiO2 Cấu Trúc và Tính Chất

TiO2 tồn tại ở nhiều dạng thù hình, trong đó anatase thường được ưu tiên sử dụng do hoạt tính quang xúc tác cao. Cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, và diện tích bề mặt riêng của TiO2 ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu quả xử lý phẩm màu. Các nghiên cứu chỉ ra rằng vật liệu nano TiO2 có hoạt tính cao hơn so với TiO2 kích thước lớn.

1.2. Khái Niệm Vật Liệu Composite TiO2 Ưu Điểm và Ứng Dụng

Vật liệu composite TiO2 kết hợp TiO2 với các chất mang khác như bentonit, graphene, zeolite nhằm cải thiện khả năng phân tán, độ bền, và hiệu quả xử lý phẩm màu. Chất mang giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, giảm hiện tượng tái tổ hợp electron-hole, và dễ dàng thu hồi vật liệu nano TiO2 sau quá trình xử lý.

II. Thách Thức Xử Lý Phẩm Màu DB 71 và Giải Pháp TiO2 Composite

Phẩm màu DB 71 là một chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải dệt nhuộm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, cần có những giải pháp xử lý hiệu quả, thân thiện với môi trường. Vật liệu composite TiO2 nổi lên như một giải pháp tiềm năng, nhờ khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại dưới tác dụng của ánh sáng. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý này là vô cùng cấp thiết.

2.1. Tác Hại của Phẩm Màu DB 71 Đến Môi Trường và Sức Khỏe

Phẩm màu DB 71 có độ bền màu cao, khó phân hủy sinh học, và có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe như dị ứng, kích ứng da, và thậm chí là ung thư. Sự tồn tại của DB 71 trong nước thải làm suy giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và nguồn nước sinh hoạt.

2.2. Tại Sao Chọn Vật Liệu Composite TiO2 để Xử Lý DB 71

TiO2 có khả năng oxy hóa mạnh mẽ, phân hủy phẩm màu DB 71 thành các chất vô hại như CO2 và H2O dưới tác dụng của ánh sáng. Vật liệu composite TiO2 khắc phục nhược điểm của TiO2 nguyên chất, như khó thu hồi và hiệu quả thấp dưới ánh sáng khả kiến, bằng cách kết hợp với các chất mang phù hợp.

2.3. Các Phương Pháp Xử Lý Phẩm Màu DB 71 Hiện Nay và So Sánh

Các phương pháp xử lý phẩm màu DB 71 hiện nay bao gồm phương pháp vật lý (hấp phụ), hóa học (oxy hóa), và sinh học (phân hủy bởi vi sinh vật). So với các phương pháp truyền thống, xử lý bằng vật liệu composite TiO2 có ưu điểm là hiệu quả cao, không tạo ra chất thải thứ cấp, và có thể sử dụng năng lượng mặt trời.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Vật Liệu Composite TiO2 Xử Lý DB 71

Nghiên cứu này tập trung vào các phương pháp tổng hợp vật liệu composite TiO2 trên các chất mang như bentonit và graphene oxit. Các phương pháp bao gồm phương pháp tẩm, phương pháp kết tủa, và phương pháp sol-gel. Mục tiêu là tạo ra vật liệu có cấu trúc tối ưu, diện tích bề mặt lớn, và khả năng hấp thụ ánh sáng cao để tăng cường hiệu quả xử lý DB 71.

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu TiO2 Bentonit Chi Tiết

Bentonit là loại khoáng sét thiên nhiên, thuộc nhóm smectit. Thành phần chính của bentonit là montmorillonit. Vật liệu TiO2/Bentonit (TiO2/Bent) được tổng hợp theo quy trình cụ thể, đảm bảo sự phân tán đều của TiO2 trên bề mặt bentonit. Các yếu tố như nhiệt độ nung, dung môi, và nồng độ TiO2 được kiểm soát chặt chẽ để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.2. Tổng Hợp Vật Liệu TiO2 Graphene Oxit Tối Ưu Hóa Cấu Trúc

Graphene oxit có diện tích bề mặt rất lớn và khả năng dẫn điện tốt, giúp tăng cường tính chất quang xúc tác của TiO2. Quá trình tổng hợp TiO2/Graphene oxit (TiO2/GO) cần tối ưu hóa tỷ lệ TiO2 và GO, cũng như các điều kiện phản ứng để tạo ra cấu trúc composite có hiệu quả xử lý cao nhất.

3.3. Các Phương Pháp Xác Định Đặc Trưng Cấu Trúc Vật Liệu

Các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ hấp thụ phản xạ khuếch tán UV-Vis (UV-DRS) được sử dụng để xác định đặc trưng cấu trúc, kích thước hạt, và tính chất quang học của vật liệu composite TiO2. Các kết quả phân tích này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính của vật liệu.

IV. Nghiên Cứu Hoạt Tính Quang Xúc Tác Vật Liệu TiO2 Composite

Nghiên cứu đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu composite TiO2 trong việc xử lý phẩm màu DB 71 dưới tác dụng của ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến. Các yếu tố như nồng độ chất ô nhiễm, pH, thời gian xử lý, và lượng vật liệu được khảo sát để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

4.1. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý DB 71 Của TiO2 Bentonit và TiO2 GO

Kết quả cho thấy vật liệu TiO2/Bentonit và TiO2/GO có khả năng xử lý phẩm màu DB 71 hiệu quả hơn so với TiO2 nguyên chất. Chất mang giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phân tán TiO2, từ đó cải thiện hiệu suất xử lý.

4.2. Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ Xúc Tác Đến Khả Năng Xử Lý DB 71

Tỷ lệ TiO2 và chất mang ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả xử lý DB 71. Việc tối ưu hóa tỷ lệ này giúp đạt được sự cân bằng giữa khả năng hấp phụ và khả năng quang xúc tác của vật liệu composite.

4.3. Cơ Chế Xúc Tác Quang Dị Thể Trong Xử Lý Phẩm Màu DB 71

Phản ứng quang xúc tác xảy ra trên bề mặt vật liệu composite TiO2 khi được chiếu sáng, tạo ra các electron và lỗ trống, oxy hóa phẩm màu DB 71 thành các sản phẩm vô hại. Vai trò của chất mang trong việc tăng cường quá trình oxy hóa khử được phân tích chi tiết.

V. Nâng Cao Khả Năng Xử Lý DB71 của Vật Liệu TiO2 Vùng Khả Kiến

Việc biến tính TiO2 bằng cách thêm các nguyên tố kim loại hoặc phi kim là một giải pháp để nâng cao khả năng xử lý phẩm màu DB 71 trong vùng ánh sáng khả kiến. Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng sắt (Fe) để tạo vật liệu Fe-TiO2/Bentonit và đánh giá hiệu quả của nó dưới ánh sáng mặt trời.

5.1. Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Fe Đến Hiệu Suất Xử Lý DB 71

Hàm lượng Fe trong vật liệu Fe-TiO2/Bentonit ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác và hiệu quả xử lý. Việc tối ưu hóa hàm lượng Fe giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến và cải thiện hiệu suất xử lý DB 71.

5.2. Khảo Sát Hoạt Tính Quang Xúc Tác Vật Liệu Fe TiO2 Bentonit

Thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Fe-TiO2/Bentonit dưới ánh sáng khả kiến. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng xử lý phẩm màu DB 71 hiệu quả hơn so với TiO2 nguyên chất trong điều kiện ánh sáng tương tự.

5.3. Khả Năng Tái Sinh Vật Liệu Fe TiO2 Bentonit Đánh Giá Độ Bền

Khả năng tái sử dụng vật liệu là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tính kinh tế và bền vững của quy trình xử lý. Nghiên cứu đánh giá độ bền vật liệu bằng cách thực hiện nhiều chu kỳ xử lý và đánh giá hiệu quả sau mỗi chu kỳ.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vật Liệu TiO2

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp và ứng dụng vật liệu composite TiO2 trên các chất mang để xử lý phẩm màu DB 71. Kết quả cho thấy vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải dệt nhuộm. Hướng phát triển trong tương lai là tối ưu hóa cấu trúc vật liệu, tìm kiếm các chất mang mới, và nghiên cứu công nghệ xử lý quy mô lớn.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Ưu Điểm và Hạn Chế

Nghiên cứu đã chỉ ra ưu điểm của vật liệu composite TiO2 trong việc xử lý phẩm màu DB 71, đồng thời chỉ ra những hạn chế cần khắc phục, như chi phí sản xuất và khả năng tái sử dụng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng và Phát Triển Vật Liệu TiO2 Trong Tương Lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai tập trung vào việc phát triển vật liệu nano TiO2 biến tính với khả năng hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng mặt trời, giảm chi phí sản xuất, và tăng cường độ bền vật liệu.

6.3. Ứng Dụng Thực Tế và Triển Vọng Của Vật Liệu TiO2 Composite

Với những ưu điểm vượt trội, vật liệu composite TiO2 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Cần có những nghiên cứu sâu hơn về tác động môi trường và chi phí xử lý để đưa công nghệ này vào thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 1. Vật liệu nano TiO2 và nano TiO2 biến tính 1. Vật liệu TiO2 Titan đioxit là chất rắn màu trắng, khi đun nóng có màu vàng, khi làm lạnh thì trở lại màu trắng. Tinh thể TiO2 có độ cứng cao, khó nóng chảy (Tnco = 1870oC).

TiO2 có bốn dạng thù hình. Ngoài dạng vô định hình, nó có ba dạng tinh thể là anatase, rutile và brookite (Hình 1. Dạng anatase Dạng rutile Dạng brookite Hình 1. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 Rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó mỗi ion Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình của hợp chất có công thức MX2, anatase và brookite là các dạng giả bền và chuyển thành rutile khi nung nóng.

Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO2 tồn tại trong tự nhiên như là các khoáng, nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp. Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh hoặc qua đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu ion O2- 3 (LUAN.nuoc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Hình khối bát diện của TiO2 Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra.

Hình tám mặt trong rutile là không đồng đều do đó có sự biến dạng orthorhombic (hệ trực thoi) yếu. Các octahedra của anatase bị biến dạng mạnh hơn, vì vậy mức đối xứng của hệ là thấp hơn hệ trực thoi. Khoảng cách Ti - Ti trong anatase lớn hơn trong rutile nhưng khoảng cách Ti - O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile. Trong cả ba dạng tinh thể thù hình của TiO2 các octahedra được nối với nhau qua đỉnh hoặc qua cạnh (hình 1.

Những sự khác nhau trong cấu trúc mạng lưới dẫn đến sự khác nhau về mật độ điện tử giữa hai dạng thù hình rutile và anatase của TiO2 và đây là nguyên nhân của một số sự khác biệt về tính chất giữa chúng. Tính chất và ứng dụng của TiO2 phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc tinh thể các dạng thù hình và kích thước hạt của các dạng thù hình này. Chính vì vậy khi điều chế TiO2 cho mục đích ứng dụng thực tế cụ thể người ta thường quan tâm đến kích thước, diện tích bề mặt và cấu trúc tinh thể của sản phẩm. Ngoài ba dạng thù hình tinh thể nói trên của TiO2, khi điều chế bằng cách thuỷ phân muối vô cơ của Ti4+ hoặc các hợp chất cơ titan trong nước ở nhiệt độ thấp người ta có thể thu được kết tủa TiO2 vô định hình.

Tuy vậy, dạng này không bền để lâu trong không khí ở nhiệt độ phòng hoặc khi được đun nóng thì chuyển sang dạng anatase. Trong các dạng thù hình của TiO2 thì dạng anatase thể hiện hoạt tính quang xúc tác cao hơn các dạng còn lại.nuoc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Cơ chế quang xúc tác của TiO2 Năm 1930, khái niệm xúc tác quang ra đời. Trong hoá học nó dùng để nói đến những phản ứng xảy ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra.

Nguyên lý cơ bản về khả năng quang xúc tác trên các chất bán dẫn là khi được kích thích bởi ánh sáng có năng lượng lớn hay bằng độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn (thường là tia tử ngoại do độ rộng vùng cấm của nó khá lớn ~3.2 eV) sẽ tạo ra cặp electron - lỗ trống (e, h+) ở vùng dẫn và vùng hóa trị. Những cặp electron – lỗ trống này sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng oxi hóa - khử. Các lỗ trống có thể tham gia trực tiếp vào phản ứng oxi hóa các chất độc hại, hoặc có thể tham gia vào giai đoạn trung gian tạo thành các gốc tự do hoạt động như OH, O 2 ). Tương tự như thế các electron sẽ tham gia vào các quá trình khử tạo thành các gốc tự do.

Các gốc tự do sẽ tiếp tục oxi hóa các chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác thành sản phẩm cuối cùng không độc hại là CO2 và H2O [18]. Cơ chế xảy ra như sau: Hình 1. Cơ chế phản ứng quang xúc tác của vật liệu TiO2 khi được chiếu sáng TiO2 + hv  TiO2 (h+ + e-) (1.1) TiO2 (h+) + H2O  OH + H+ + TiO2 (1.2) TiO2 (h+) + OH-  OH + TiO2 (1.nuoc TIEU LUAN MOI download : [e-mail] TiO2 (e-) + O2  O 2 + TiO2 (1.5) TiO2 (e-) + H2O2  OH- + OH + TiO2 (1.9) Từ các phương trình (1.4) ở trên ta thấy rằng điện tử chuyển từ chất hấp phụ sang TiO2. Từ phương trình (1.8) ta thấy phân tử O2 có mặt trong môi trường sẽ nhận điện tử để trở thành O 2.

Từ các phương trình trên cho thấy quá trình oxi hoá phân huỷ chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ của gốc OH  hấp phụ trên bề mặt TiO2 (phương trình 1.2) và lượng oxi hoà tan (phương trình 1. Sự bổ sung thêm H 2 O 2 vào sẽ làm tăng hiệu quả phản ứng (phương trình 1.6) và gốc O 2 sinh ra cũng tham gia vào phản ứng (phương trình 1. Các gốc sinh ra có tính oxi hóa rất mạnh (chủ yếu là OH  và HO2 ). Hợp chất hữu cơ sẽ bị hấp phụ trên bề mặt TiO2 và bị oxi hoá bởi OH và HO2.

Sản phẩm cuối cùng của phản ứng quang hoá là CO 2 ,H 2O. Trong quá trình xúc tác quang, hiệu suất phản ứng có thể bị giảm bởi sự tái kết hợp của các electron và lỗ trống [18]: e- + h+ → (SC) + E (1.10) Trong đó (SC) là tâm bán dẫn trung hoà và E là năng lượng được giải phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ (hv’ ≤ hv) hoặc nhiệt. Và hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác được tính bằng: (1.11) Trong đó : kc : tốc độ vận chuyển electron kk : tốc độ tái kết hợp của các electron và lỗ trống 6 (LUAN.nuoc TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Như vậy để tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác, có 2 cách: thứ nhất tăng tốc độ vận chuyển điện tích và thứ hai là giảm tốc độ tái kết hợp của các electron và lỗ trống. Để thực hiện phương án 2: giảm tốc độ tái kết hợp, “bẫy điện tích” được sử dụng để thúc đẩy sự bẫy điện tử và lỗ trống trên bề mặt, tăng thời gian tồn tại của electron và lỗ trống trong chất bán dẫn.

Điều này dẫn tới việc làm tăng hiệu quả của quá trình chuyển điện tích tới chất phản ứng. Bẫy điện tích có thể được tạo ra bằng cách biến tính bề mặt chất bán dẫn như đưa thêm ion kim loại, chất biến tính vào hoặc sự tổ hợp với các chất bán dẫn khác dẫn tới sự giảm tốc độ tái kết hợp điện tử - lỗ trống và kết quả là tăng hiệu suất lượng tử của quá trình quang xúc tác [18]. Đó cũng chính là mục đích của việc đưa các nguyên tố kim loại hay các nguyên tố phi kim vào trong cấu trúc của TiO2 và tạo ra các khuyết tật của mạng tinh thể. Kích thước hạt và cấu trúc TiO2 ảnh hưởng nhiều đến khả năng xúc tác quang hóa.

Bột TiO2 có kích thước càng nhỏ thì hoạt tính xúc tác càng cao. Hầu hết các tài liệu đều chỉ ra rằng TiO2 dạng bột kích thước nano mét có cấu trúc anatase có hoạt tính xúc tác cao nhất [6]. Vật liệu nano TiO2 biến tính Trong các chất bán dẫn có thể nói TiO2 là một chất xúc tác quang hóa triển vọng, đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ để ứng dụng vào những vấn đề quan trọng của môi trường là phân hủy các hợp chất hữu cơ, diệt khuẩn, sơn chống mốc, bám bẩn,…dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, một yếu tố hạn chế của chất bán dẫn TiO2 là có năng lượng vùng cấm cao.

Năng lượng vùng cấm của rutile là 3,0 eV; của anatase là 3,2 eV nên chỉ có tia UV với < 388 nm là có khả năng kích hoạt nano TiO2. Trong khi đó, ánh sáng mặt trời có lượng tia UV chỉ chiếm 3-5% nên việc ứng dụng khả năng xúc tác quang hóa TiO2 sử dụng nguồn năng lượng sạch là ánh sáng mặt trời hiện vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Một trong những giải pháp được đưa ra để mở rộng khả năng xúc tác quang hoá của TiO2 là việc sử dụng kỹ thuật doping, tức là đưa các kim loại chuyển tiếp như (Ni, Cr,W, Fe,…) hoặc phi kim (như N, C, S,…) vào trong mạng lưới tinh thể 7 (LUAN.nuoc TIEU LUAN MOI download : [e-mail] của TiO2 để là giảm năng lượng vùng cấm và làm tăng khả năng hấp thụ bước sóng dài ở vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng 400-600 nm). Để tăng cường hoạt tính quang xúc tác của TiO2 trong vùng ánh sáng trông thấy TiO2 dạng nano được tổng hợp bằng các phương pháp mới như sol - gel thuỷ nhiệt trong môi trường axit, đồng thời cấy thêm (doping) các kim loại chuyển tiếp và phi kim vào tinh thể nano TiO2 với bằng phương pháp trực tiếp (đưa vào trong gel) và gián tiếp (đưa vào sau tổng hợp).

Một số nghiên cứu đã cấy thêm các kim loại chuyển tiếp như Cr, V, N.vào tinh thể nano TiO2 bằng phương pháp đưa các muối trực tiếp vào trong gel kết tinh thủy nhiệt. Ngoài ra, TiO2 nano cũng được biến tính bởi các kim loại chuyển tiếp bằng phương pháp sau tổng hợp: đưa kim loại chuyển tiếp vào khung mạng TiO2 bằng phương pháp cấy nguyên tử (atomic implantation). Sử dụng phương pháp biến tính đưa vào gel sau tổng hợp (post synthesis), người ta đã đưa các nguyên tố phi kim như N, F,S, Cl, P,…vào bằng cách trộn cơ học nano TiO2 đã tổng hợp với các hợp chất chứa N, F, Cl, P và xử lý ở nhiệt độ cao khoảng 500oC. Choi cùng các cộng sự đã thực hiện nhiều nghiên cứu một cách hệ thống về quá trình biến tính TiO2 kích thước nano met với 21 ion kim loại bằng phương pháp sol-gel và nhận thấy sự có mặt của các kim loại này trong thành phần của TiO2 gây ảnh hưởng đáng kể tới hoạt tính quang học, tốc độ tái kết hợp các vật liệu tải, và tốc độ chuyển electron bề mặt [20].