Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng phân hủy xúc tác quang của vật liệu C/ZnO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

PHẠM HỮU MINH QUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG

PHÂN HỦY XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU C/ZnO

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Bình Định – Năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

PHẠM HỮU MINH QUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG

PHÂN HỦY XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU C/ZnO

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN MINH VƯƠNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các kết quả trình bày trong luận văn này là

công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo:

PGS.TS. Nguyễn Minh Vương trường Đại học Quy Nhơn. Các số liệu, kết

quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và không sao chép từ bất cứ

công bố của các tác giả nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Hữu Minh Quân

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên tôi chân thành cảm ơn đến thầy

giáo hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Minh Vương, đã tận tình hướng dẫn,

truyền đạt các kiến thức lý thuyết, phân tích tổng quan các bài báo khoa học

trong và ngoài nước có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu, đồng thời chỉ dẫn

tận tay kinh nghiệm làm thực nghiệm để tôi có thể hoàn thành được luận văn.

Trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn, tôi xin gửi lời cảm

ơn chân thành đến các cán bộ quản lý, giảng viên của Bộ môn Vật lý - Khoa

học vật liệu, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn, đã hết

lòng tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành các môn học trong chương trình

đào tạo và hoàn thành luận văn này.

Xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn học viên trong nhóm làm luận văn

dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Minh Vương và các bạn

học viên của lớp cao học Vật lý chất rắn K22. Trong suốt thời gian cùng làm

việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Bộ môn Vật lý - Khoa học vật liệu,

Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn đã nhiệt tình giúp đỡ,

chia sẻ hiểu biết và kinh nghiệm để cùng nhau hoàn thành luận văn của mình.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả người thân đã luôn chia sẻ và giúp đỡ

tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.

Rất mong được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy/cô để luận văn được

hoàn thiện tốt hơn. Xin chúc quý thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.

Bình Định, tháng 11 năm 2021

Tác giả luận văn

Phạm Hữu Minh Quân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:.......................................................................... 1

2. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: ...................................... 2

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ....................................... 3

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:.......................................................... 3

NỘI DUNG....................................................................................................... 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................... 4

1.1. Vật liệu ZnO .................................................................................... 4

1.1.1 Chế tạo thanh nano ZnO bằng cách sử dụng hỗn hợp lớp hạt của

các hạt nano ZnO và Polyme Chitosan ...................................... 5

1.1.2 Chế tạo ống nano ZnO bằng phương pháp hóa học ướt ở nhiệt

độ thấp......................................................................................... 8

1.2. Một số ứng dụng của vật liệu ZnO................................................ 10

1.2.1 Pin mặt trời ................................................................................ 10

1.2.2 Diode phát quang....................................................................... 12

1.2.3 Cảm biến khí............................................................................. 13

1.2.4 Màng dẫn điện trong suốt.......................................................... 14

1.3. Tính chất xúc tác quang của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp........... 16

1.3.1 Chế thạo thanh nano ZnO pha tạp C để phân hủy quang xúc tác

của axit p-aminobenzoic dưới ánh sáng mặt trời bằng phương

pháp kết tủa............................................................................... 16

1.3.2 Chế tạo vật liệu nano ZnO pha tạp cacbon nâng cao hiệu suất

xúc tác quang phân hủy vật liệu hữu cơ bằng phương pháp xử lý

nhiệt một bước. ......................................................................... 18

1.3.3 Chế tạo thanh nano ZnO pha tạp cacbon bằng phương pháp thủy

nhiệt phân hủy chất hữu cơ Malachite green MG dưới ánh sáng

khả kiến..................................................................................... 19

1.4. Cơ chế quang xúc tác của vật liệu ZnO......................................... 21

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM................................................................ 24

2.1. Quy trình chế tạo C/ZnO ................................................................ 24

2.2. Quy trình khảo sát hiệu ứng xúc tác quang .................................... 27

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu............................................... 29

2.3.1. Phép đo nhiễu xạ tia X.............................................................. 29

2.3.2. Chụp ảnh hiển vi điện tử quét................................................... 29

2.3.3. Phương pháp quang phổ tia X phân tán năng lượng................ 29

2.3.4. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến...... 30

2.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis........................................... 30

2.3.6. Phương pháp phổ huỳnh quang................................................ 30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 31

3.1. Tính chất hình thái và cấu trúc vật liệu .......................................... 31

3.1.1. Kết quả ảnh quang học và SEM............................................... 31

3.1.2. Kết quả phân tích phổ EDS ...................................................... 34

3.1.3. Kết quả XRD ............................................................................ 35

3.2. Tính chất Quang của vật liệu........................................................ 37

3.2.1. Kết quả đo phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis............................ 37

3.2.2. Kết quả đo phổ huỳnh quang.................................................... 39

3.3. Cơ chế hình thành vật liệu C/ZnO.................................................. 40

3.4. Khả năng hấp phụ MB.................................................................... 41

3.5. Hoạt tính xúc tác quang .................................................................. 42

3.6. Cơ chế xúc tác quang...................................................................... 46

KẾT LUẬN.................................................................................................... 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 50