Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc hoạt tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích thước nano

Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc hoạt

tính quang xúc tác của bột titan đioxit kích

thước nano được biến tính crom

Trần Thị Bích Ngọc

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; Khoa Hóa học

Chuyên ngành: Hóa vô cơ; Mã số: 60 44 25

Người hướng dẫn: PGS. TS. Ngô Sỹ Lương

Năm bảo vệ: 2011

Abstract. Giới thiệu chung về vật liệu TiO2, vật liệu TiO2 biến tính và các phương

pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc và đặc tính bột TiO2 biến tính. Trình bày các phương

pháp thực nghiệm: nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của

bột titan điôxit kích thước nano được biến tính crom; khảo sát, nghiên cứu các điều kiện

ảnh hưởng đến quá trình điều chế bột Cr-TiO2 bằng phương pháp sol-gel như: ảnh

hưởng của thời gian làm già gel, ảnh hưởng của tỷ lệ mol Cr/TiO2, ảnh hưởng của nhiệt

độ nung…; nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình điều chế bột Cr-TiO2

bằng phương pháp thủy phân như: ảnh hưởng của nồng độ axit, ảnh hưởng của tỷ lệ mol

Cr/TiO2, ảnh hưởng của thời gian nung và nhiệt độ nung, ảnh hưởng lượng ure…; sử

dụng một số phương pháp hóa lý hiện đại để nghiên cứu cấu trúc, đặc tính của sản phẩm

như: phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp

hấp thụ quang UV-VIS, phương pháp tán xạ diện tử EXD, phương pháp hiển vi điện tử

truyền qua (TEM). Đưa ra kết quả và thảo luận: điều chế Cr-TiO2 bằng phương pháp

sol-gel; điều chế Cr-TiO2 bằng phương pháp thủy phân.

Keywords. Hóa vô cơ; Hóa học; Titan đioxit; Nano

Content.

TiO2 đã được nghiên cứu rất nhiều như là một chất xúc tác quang hoá bán dẫn kể

từ khi Fujishima và Honda phát hiện khả năng phân tách nước bằng xúc tác quang hoá

trên các điện cực TiO2 mà không dùng dòng điện vào năm 1972 [21]. Sự kiện này đã

đánh dấu sự bắt đầu của kỷ nguyên mới trong xúc tác quang hóa dị thể.

Kể từ đó, bột TiO2 tinh khiết kích thước nano mét ở các dạng thù hình rutile,

anatase và brookite đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và tiến hành tổng hợp do

khả năng ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm chất xúc tác

điều chế nhiều hợp chất hữu cơ [14, 31], làm xúc tác quang hoá trong xử lý môi trường

[23, 27, 29], chế sơn tự làm sạch, làm vật liệu chuyển hoá năng lượng trong pin mặt

trời, sử dụng trong dược phẩm [24], v.v...

Do TiO2 tinh khiết kích thước nano có năng lượng vùng cấm khá lớn (3,05 eV

đối với pha anatase và 3,25 eV đối với pha rutile), chỉ hoạt động trong vùng ánh sáng

tử ngoại. Điều này hạn chế khả năng quang xúc tác của titan đioxit, thu hẹp khả năng

ứng dụng của loại vật liệu này. Một xu hướng đang được các nhà nghiên cứu quan tâm

là tìm cách thu hẹp dải trống của titan đioxit, sao cho có thể tận dụng được ánh sáng

mặt trời cho các mục đích quang xúc tác của titan đioxit. Để thực hiện được mục đích

này, nhiều ion kim loại [13, 33] và không kim loại [17, 25] đã được sử dụng để biến

tính các dạng thù hình của titan đioxit. Trong các dạng biến tính, đặc biệt là các kim

loại chuyển tiếp, cho thấy bột TiO2 điều chế được hoạt động tốt trong vùng ánh sáng

nhìn thấy và khả năng ứng dụng quang xúc tác rất cao.

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu vật liệu TiO2 kích thước nano mét mới chỉ được

quan tâm khoảng mười năm trở lại đây và chủ yếu điều chế bột TiO2 kích thước nano

mét ở dạng tinh khiết. Dạng TiO2 biến tính bằng kim loại và phi kim mới chỉ là nghiên

cứu bước đầu. Để thực hiện được mục đích này, nhiều ion kim loại và không kim loại

đã đựơc sử dụng để biến tính (modify) hoặc kích hoạt (doping) các dạng thù hình của

titan đioxit. Quá trình biến tính có thể thực hiện với biến tính cấu trúc, với các phương

pháp được sử dụng là sol-gel, thủy phân, thuỷ nhiệt, đồng kết tủa, tự cháy, ... hoặc biến

tính bề mặt với các phương pháp tẩm, cộng kết, cộng kết thuỷ nhiệt, ...

Trên thế giới hiện nay có một số các công trình nghiên cứu về titan đioxit được

biến tính bằng crom cho kết quả cho thấy năng lượng vùng cấm giảm, hoạt tính quang

xúc tác tăng lên đáng kể, tuy nhiên những kết quả thu được vẫn còn nhiều điểm khác

nhau giữa các nghiên cứu và quy trình điều chế chưa được công bố một cách cụ thể

Vì vậy, trong luận văn này chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu điều chế, khảo

sát cấu trúc, hoạt tính quang xúc tác của bột titan điôxit kích thước nano được biến

tính crom”