I. Giới thiệu về vật liệu perovskit BaTiO3 và g C3N4
Vật liệu perovskit BaTiO3 và g-C3N4 là hai loại vật liệu được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xúc tác quang. BaTiO3 là một hợp chất perovskit điển hình với cấu trúc ABO3, nổi bật với tính chất điện môi và từ tính cao. g-C3N4 là một chất bán dẫn phi kim loại với năng lượng vùng cấm thấp (khoảng 2.7 eV), có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Sự kết hợp giữa hai vật liệu này tạo ra composit g-C3N4/BaTiO3, mang lại hiệu quả xúc tác quang cao trong vùng ánh sáng khả kiến.
1.1. Đặc điểm cấu trúc của BaTiO3
BaTiO3 có cấu trúc tinh thể perovskit, với các ion Ba2+ và Ti4+ nằm ở các vị trí A và B tương ứng. Cấu trúc này tạo ra các tính chất vật lý và hóa học độc đáo, đặc biệt là tính chất điện môi và từ tính. Phương pháp thủy nhiệt thường được sử dụng để tổng hợp BaTiO3 với độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng nhất.
1.2. Phương pháp tổng hợp g C3N4
g-C3N4 được tổng hợp từ urê bằng phương pháp nung. Vật liệu này có cấu trúc graphit với các lớp carbon và nitơ liên kết chặt chẽ. Tuy nhiên, g-C3N4 nguyên chất có nhược điểm là dễ tái kết hợp electron và lỗ trống quang sinh, làm giảm hiệu suất xúc tác quang.
II. Tổng hợp và đặc trưng vật liệu composit g C3N4 BaTiO3
Composit g-C3N4/BaTiO3 được tổng hợp bằng phương pháp tẩm ướt, kết hợp g-C3N4 và BaTiO3 với các tỷ lệ khác nhau. Vật liệu này được đặc trưng bằng các phương pháp hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), và phổ UV-Vis. Kết quả cho thấy composit g-C3N4/BaTiO3 có cấu trúc tinh thể đồng nhất và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt trong vùng khả kiến.
2.1. Phương pháp tổng hợp composit
Composit g-C3N4/BaTiO3 được tổng hợp bằng cách trộn g-C3N4 và BaTiO3 với các tỷ lệ khác nhau (5%, 10%, 15%) và xử lý nhiệt. Phương pháp này đảm bảo sự phân bố đồng đều của g-C3N4 trên bề mặt BaTiO3, tăng cường hiệu quả xúc tác quang.
2.2. Đặc trưng vật liệu
Các phương pháp đặc trưng như XRD, SEM, và UV-Vis được sử dụng để xác định cấu trúc, hình thái bề mặt, và khả năng hấp thụ ánh sáng của composit g-C3N4/BaTiO3. Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể đồng nhất và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt trong vùng khả kiến.
III. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của composit g C3N4 BaTiO3
Hoạt tính quang xúc tác của composit g-C3N4/BaTiO3 được đánh giá thông qua phản ứng phân hủy xanh metylen (MB) trong dung dịch nước dưới ánh sáng khả kiến. Kết quả cho thấy composit g-C3N4/BaTiO3 có hiệu suất phân hủy MB cao hơn so với BaTiO3 và g-C3N4 nguyên chất. Các yếu tố như nồng độ MB, cường độ ánh sáng, và pH dung dịch cũng được khảo sát để tối ưu hóa hiệu suất xúc tác.
3.1. Phản ứng phân hủy xanh metylen
Phản ứng phân hủy MB được thực hiện dưới ánh sáng khả kiến với sự có mặt của composit g-C3N4/BaTiO3. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy MB tăng lên đáng kể khi sử dụng composit g-C3N4/BaTiO3 so với các vật liệu nguyên chất.
3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố thực nghiệm
Các yếu tố như nồng độ MB, cường độ ánh sáng, và pH dung dịch được khảo sát để tối ưu hóa hiệu suất xúc tác. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy MB cao nhất đạt được ở nồng độ MB thấp, cường độ ánh sáng cao, và pH trung tính.
IV. Ứng dụng và triển vọng của composit g C3N4 BaTiO3
Composit g-C3N4/BaTiO3 có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực xử lý nước thải và bảo vệ môi trường. Vật liệu này có thể được sử dụng để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải, đặc biệt là trong điều kiện ánh sáng khả kiến. Ngoài ra, composit g-C3N4/BaTiO3 cũng có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như cảm biến, tụ điện, và thiết bị điện tử.
4.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải
Composit g-C3N4/BaTiO3 có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải, đặc biệt là trong điều kiện ánh sáng khả kiến. Vật liệu này có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.
4.2. Triển vọng trong các lĩnh vực khác
Ngoài ứng dụng trong xử lý nước thải, composit g-C3N4/BaTiO3 cũng có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như cảm biến, tụ điện, và thiết bị điện tử nhờ vào các tính chất điện môi và từ tính độc đáo.
