Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng quang xúc tác của g-C3N4 khi pha tạp một số kim loại

L

n lu i s ch

t qu nghiên c u c a cá nhân tôi

o khoa h c c a th y(cô)

trích d n trong lu v ib tc

ng d n. Các s li u và tài li

c

c. K t qu nghiên c u này không trùng c công b .

Tôi xin ch u trách nhi m v i l

a mình.

Hà N i, tháng 10 H c viên

Th

DANH M C VI T T T

L IC V i lòng kính tr ng và bi Lê Th Mai Oanh

c, tôi xin chân thành c

Gi ng viên khoa V

tài, t

ng d n, t

ih

m Hà N i

u ki n cho tôi h c t p và nghiên c u

STT

Vi t t t

Tên

1

DFT

Diffusion reflectance spectra

2

JCPDS

3

PL

Photoluminescence

4

SPR

Surface plasmon resonance

5

SEM

Scanning electron microscope

6

TEM

7

hoàn thành lu Tôi xin g i l i c ng d n và t o m

u ki n thu n l i cho tôi trong su t quá trình

hoàn thành lu ng th

il ic

ng d n, t Xin g i l i c

i NCS. Lâm Th H

ng viên tôi trong

quá trình h c t p nghiên c u. C v c v t ch t và tinh th lu

t

m t a v ng ch c i h c t p, làm vi c và hoàn thành

a mình.

Nghiên c

Qu

difraction standards

n

tôi trong quá trình hoàn thành lu ib

Joint Committee on powder

c tài tr b i Qu Phát tri n khoa h c và công ngh tài mã s 103.02-2016.46.

ng vi t nx khu ch tán Th chu n Hu nh quang C

ng plasmon

b m t Kính hi quét

Transmission electron

Kính hi

microscope

truy n qua

UV

Ultraviolet

T ngo i

8

Vis

Visible

Nhìn th y

9

XRD

X-ray Difraction

Nhi u x tia X

Xin trân tr ng c Hà N i, tháng 10 H c viên

nt

nt

2.2.1.

M CL C

............................................................................................... 18 ....................................................................... 18

M

U .......................................................................................................... 1

1.

2.

......................................................................................... 1 .................................................................................... 2

3.

.............................................................................. 3

hu nh quang (PL ) ......................................................... 22

........................................................................ 4 -C3N4 ....................................................................... 4

2.3.4. Thí nghi m quang xúc tác................................................................... 23

1.1.

1.1.1. C u trúc tinh th c a g-C3N4 ................................................................ 4 1.1.2. C

n t c a g-C3N4.................................................................. 6

1.1.3. Tính ch t v t lý c a g-C3N4 ................................................................... 6 1.1.3.1.

nh nhi t ....................................................................................... 6

1.1.3.2. nh hóa h c .................................................................................. 7 1.1.3.3. Tính ch t quang ................................................................................... 7 1.1.3.4. Di n tích b m t................................................................................... 7 1.2.

............................................................ 19 2.3.1.

u x tia X (XRD) ............................................................ 19 h p th UV-vis ............................................................... 20

T QU VÀ TH O LU N .............................................. 24 3.1.

-C3N4

................................................................... 24

3.1.1. K t qu phân tích c u trúc .................................................................. 24 3.1.2. Tính ch t quang................................................................................... 25 3.1.2.1. Ph h p th UV vis ........................................................................... 25 3.1.2.2. Ph hu nh quang ............................................................................... 27 3.1.2.3. Kh

.................................................................... 29 -C3N4

ng d ng c a v t li u g-C3N4 ................................................................. 8

..................................................................... 33

........................................................................... 8

3.2.1. K t qu phân tích c u trúc .................................................................. 33

1.3.1. V t li u g-C3N4 pha t p phi kim ............................................................ 9

3.2.2. Tính ch t quang................................................................................... 34

1.3.2. V t li u g-C3N4 pha t p kim lo i ........................................................... 9

3.2.2.1. Ph h p th UV vis ........................................................................... 34

1.3.2.1. V t li u g-C3N4 pha t ng (Cu) ...................................................... 9 1.3.2.2. V t li u g-C3N4 pha t p b c (Ag) . .................................................... 10

3.2.2.2. Ph hu nh quang ............................................................................... 35 3.2.2.3. Kh

1.3.2.3. V t li u g-C3N4 pha t

t hi m ...................................................... 11

K T LU N ................................................................................................... 41

............................................................................. 13

TÀI LI U THAM KH O............................................................................ 42

-C3N4

.......................................... 16 ....................................................................................... 16 ............................................ 16 -C3N4 .................................................................................... 16 2.1.3. T ng h p g-C3N4 pha t p Nd và g-C3N4 pha t p Y .............................. 16 2.2. Quá trình quang xúc tác ....................................................................... 18

.................................................................... 36

DANH M C HÌNH

DANH M C B NG B ng 1.1 Các tính ch t k t c u và kho ng cách d

ng c a các ch t

xúc tác x Y/g- C3N4 ........................................................................ 12

Hình 1.1 M t ph ng liên k t c a các nguyên t th g-C3N4. ........................................................................................ 4

B ng 2.1 Các hóa ch t s d ng trong thí nghi m ........................................... 16 B ng 2.2 B ng kí hi u c a các m u g-C3N4 tinh khi t, g-C3N4 pha t p Nd

Hình 1.2 Mô hình (a) s-triazine và (b) tri-s-trazine d a trên k t n i trong gC3N4 ................................................................................................. 5

và g-C3N4 pha t p Y. ...................................................................... 17 B ng 3.1 Các giá tr b r ng vùng c m c a các m u g-C3N4 B

d ckc t p Nd v i các n

th y(t) = ln(Co

i v i các m u g-C3N4 pha

d ckc t p Y v i các n

Hình 1.3 nh TEM v m t tinh th g-C3N4 tinh khi t ..................................... 5 Hình 1.4 B r ng vùng c m [5] và c

th y(t) = ln(Co

....... 35

i v i các m u g-C3N4 pha

khác nhau ................................................... 38

ng c a g-C3N4

tinh khi t .......................................................................................... 6

khác nhau ................................................. 32

B ng 3.3 Các giá tr b r ng vùng c m c a các m u g-C3N4 B

..... 26

Hình 1.5 Ph hu nh quang (PL) c a g-C3N4 tinh khi t .................................... 7 Hình 1.6 nh SEM b m t c a các lá g-C3N4 ................................................. 8 Hình 1.7 Ho

ng quang xúc tác c a g-C3N4, mp g-C3N4 và Cu/mpg-

C3N4 khi phân gi i h p ch t h

............... 9

Hình1.8 (A) Ph h p th UV-vis c a dung d ch RhB theo th i gian chi u x trên các m u g-C3N4/Ag-

ng hi u su t phân h y

RhB trên các m u quang xúc tác khác nhau; (C) h ng s t

k

c a các ch t quang xúc tác khác nhau; (D) thí nghi m tái ch c a các m u: (a) không có xúc tác quang h c; (b) g-C3N4; (c) gC3N4/Ag; (d) g-C3N4/Ppy ............................................................... 11 Hình 1.9 Bi u di n quang xúc tác c a các ch t xúc tác x Y/g- C3N4 trong quá trình phân h

i s chi u x ánh sáng kh ki n ........ 13

Hình 1.10 Quá trình quang xúc tác c a g-C3N4 S tách hydro t

c, (b) s

c thành O2 và (c) quá

trình oxy hóa ho c phân h y h p ch t h Hình 2.1 Mô hình hình h c c a hi Hình 2.2

kh i c

i ánh sáng nhìn th y: (a)

............................... 15

ng nhi u x tia X ........................... 19 nh quang.............................................. 22

Hình 3.1 Gi

nhi u x tia X c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha

Hình 3.11 (a) Ph h p th và (b) bi u di

)1/2

ng photon

t p Nd v i các t l 2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6) và 10%

c a các m u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Y v i n

(CNNd-10)...................................................................................... 24

t 1-10% ......................................................................................... 34

Hình 3.2. (a) Ph h p th và (b) bi u di

)

1/2

ng photon

Hình 3.12 Ph hu nh quang PL c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha

c a các m u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd v i n

t p Y v i các n

t 1-10%. ........................................................................................ 25

10)................................................................................................... 35

Hình 3.3 Minh h

r ng vùng c m b

Hình 3.13 S

Tauc ................................................................................................ 26 Hình 3.4 Ph hu nh quang PL c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha t p Nd v i các n

Hình 3.5. Ph hu

ng fit Gaussion c a c a m u g-C3N4

tinh khi t ......................................................................................... 28 m

ng phát x c a v t li u g-C3N4 ........................ 29 i c a C/C0 theo th i gian khi s d ng g-C3N4 tinh

Hình 3.7a S

khi t và g-C3N4 pha t p v i các n

Nd khác nhau. Hình

3.7b là ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4 pha t p 6% Nd. .......................................................... 30 Hình 3.8 Ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4 pha t p 6% Nd ................................................................................ 31 th bi

i tuy n tính c a ln Co/C theo th i gian quang xúc

tác phân h y RhB c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd v i các n Hình 3.10 Gi

2%, 6% và 10% .................................................. 332 nhi u x tia X c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4

pha t p Y v i các t l 2% (CNY-2), 8% (CNY-8) và 10% (CNY10)................................................................................................... 33

i c a C/C0 theo th i gian khi s d ng g-C3N4 tinh

khi t và g-C3N4 pha t p v i các n

Y khác nhau .................. 37

Hình 3.14 Ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-

2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6), 10%

(CNNd-10)...................................................................................... 27

2% (CNY-2), 8% (CNY-8), 10% (CNY-

C3N4 pha t p 8% Y ......................................................................... 38 Hình 3.

th bi

i tuy n tính c a ln Co/C theo th i gian quang xúc

tác phân h y RhB c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Y v i các n

2%, 8% và 10% .......................................................... 39 u su t quang xúc tác c a g-C3N4 pha t p Nd, Y ... 40

M 1. Lý do ch

bi

c ch u

ng nhi u nh t c a

i khí h u. Nguyên nhân ch y u là do các lo i ch t th i mà i th

c x lý, ch y u là các ch t h u

c h i b n v m t hóa h c và khó phân h y sinh h c. Vi c tìm ra lý các ch t th i h

t thách th c l

nhóm nghiên c u. Hi n nay p ti

i v i các

l n trong v

x lý ch t th i h

ô

, hi u qu cao và an

Quang xúc tác là h

d ng ánh sáng làm xúc tác quang

y quá trình ph n ng hóa h c phân h y các ch t h

ch t bán d n ph bi

c s

d ng làm xúc tác quang h c

ZnO, WO3 [6], [9], [20]. Tuy nhiên nh ng v t li r ng vùng c m l n, hi u su

. Các

các v t li u khác [2], [29]

. Các k t qu

quang xúc tác c a v t li u g-C3N4

TiO2 kho ng 3,3 eV, c a ZnO là kho ng 3,27 eV.

ng v t li u

này ch có ph n ng quang xúc tác trong vùng ánh sáng t ngo i (chi m ít

hi

G

t li u g-C3 N4

vì g-C3 N4

c r t nhi u nhóm quan tâm nghiên c u

r ng vùng c m trung bình (2,7 eV) [14], [26], th hi n

kh

trong vùng ánh sáng nhìn th y, ch u nhi t t t,

tính

nh hóa h c cao, an toàn và không t n kém [11]. Thích h p cho

các ng d ng cho các ph n ng phân h h y CO2

c, phân

[14], [24].

Tuy nhiên g-C3N4 tinh khi

m là: t

tái t h p

- l tr ng nhanh, di n tích b m t nh , hi u su

ng t th p

1

c pha t p v i m t

t

c nhi u nhóm nghiên c u quan tâm. Pha t p g-C3N4 v i các

nguyên t kim lo

t hi

a các l p liên k t và n t l tr ng trong phân t . Do các ion

t hi m có bán kính l t i vi

kim lo i ho c phi kim khác d n

n t và l tr ng trong quá trình quang xúc tác. Qua u qu quang xúc tác.

Tuy nhiên các nghiên c u v g-C3N4 pha t p các kim lo

t hi m

còn khá h n ch [24]. Vi c m r ng nghiên c u hi u qu c a vi c pha t p kim lo

t hi m nh

Trên

tham kh o các k t qu

V t lí

t tr i) [6].

c c i thi n

u cho th y kh

pháp pha t p g-C3N4 v i kim lo i thì các kim lo

2,

r ng vùng c m c a

u

s v t li u thích h p.

m là

ng t th

ng: pha t p kim

B [21] [26], O [1], S [3], P [7], V [4], C [5] ch t o các v t li u t h p v i

h n ch s tái t h p c

toàn.

n t

c th c hi

lo i Fe [12], Zn [27], t i h t kim lo i Ag [14], Pt [18], [22], [28]; phi kim

hi n là

ng b i

nhi

kh

c a g-C3 N4 các nghiên c

tài

Vi t Nam là m v n

[16] làm gi m hi u qu

U

quang xúc tác là h t s c c n thi t.

ih

c u c a lu

c công b

m Hà N i, chúng tôi l a ch

ng nghiên

Nghiên c u ch t o và kh o sát kh

xúc tác c a g-C3N4 khi pha t p m t s kim lo 2. M c tiêu c

u ki n t i Khoa

t hi m (Nd, Y)

tài

- Ch t o thành công v t li u g-C3N 4.

- Ch t o thành công v t li u g-C3N4 pha t p m t s kim lo

t

hi m (Nd, Y) có kh - Nghiên c u c u trúc, tính ch t quang h c c a v t li u ch t

2

c.

- Nghiên c u s

ng hi u qu quang xúc tác c a g-C3N4

b ng vi c pha t p các nguyên t kim lo i chuy n ti p thông qua vi c phân 1.1.

h y ch t h

c v v t li u g-C3N4

1.1.1. C u trúc tinh th c a g-C3N4

3.

g-C3N4 là cacbon nitrit d ng graphit. Các d ng thù hình c a cacbon nitrit bao g

-C3N4

Trình bày khái quát

-C3N4

-C3N4, kh i C3N4, prsedocubic - C3N4 và graphit - C3N4

(g-C3N4 d ng thù hình

i Teler và Hemley [15], [19] nh nh t

môi t

g-C3N4 là

ng không khí [23]. Graphit C3N4 có c u

trúc laminar, các nguyên t C và N trong tinh th liên k t v i nhau theo

-C3 N4 và g-C3N 4 .

nguyên t c lai hóa sp2 t o thành các m t ph

c x p ch ng lên

nhau theo ki u so le [30].

-

Hình 1.1 M t ph ng liên k t c a các nguyên t g-C3N4 [17].

Theo mô t c a Teler và Hemley thì nh l hi n b

ng vòng triazine. S liên k t chéo gi

c th c

c 3. Trong c u trúc này C ch th hi n ki u lai hóa sp2 còn N

th hi n ki u lai hóa sp2, sp3

3

p g-C3N4 có c u t o

bên trong và

4

gi a các vòng.

T

nh TEM th

1.1.2. C

c r ng b m t tinh th nano g-C3N4 th hi n hình

n t c a g-C3N4

C u trúc d li

ng quy nt

( b)

trong g-C3N4 [16]. m t m ng d a trên các kh i xây d ng s-triazine [23]. Trên hình 1.2 có th th y hai c u trúc c a g-C3N4 là: gt-C3N4 và gh-C3N4 C3N3 d các ti

(vòng c xây d ng

heptazin (tri-ring) c a C6N7. T c là gh-C3N4 bao g m tri-s-triazine ng

nv n.

cs d

r ng vùng c m trong ra

r

r ng vùng c m c a g-C3N4 tinh khi t vào kho ng 2.72 eV (theo Dong

et al)

hình 1.4a. Tuy nhiên vi

Perdew

s-

c s p x p liên ti p nhau. Còn gh-C3N4

gi

ng d

Hàm m

gi i thích tính ch t

nhi u ch t bán d n khác nhau. K t qu c a m t s nhóm nghiên c

g-C3N4 là m t polyme liên h p g m ch y u là các nguyên t C và N, là

xu t gt-C3N4 (hình 1.2a) ba g

ng vi

trí c

Hình 1.2. Mô hình (a) s-triazine và (b) tri-s-trazine d a trên k t n i

ng quang h c c a v t

quan tr ng nh

quang h c c a v t li u. M ( a)

nh các hi

r ng vùng c

Burke do Liu và c ng s th c hi n ch ra r ng g-C3N4 có b r ng

vùng c m là 2.76 eV [14]. (a)

(b)

c k t n i qua các nhóm amin b c

ba [16]. S d ng phép tính toán DFT, Kroke et al. cho th y r ng c u trúc tri-s-triazine có c u trúc 30 KJ/mol

v i s-triazine. T

c u trúc tri-sm

n cho s hình thành

i g-C3N4.

Hình 1.4 B r ng vùng c m [5] và c

ng c a g-C3N4 tinh

khi t [13].

1.1.3. Tính ch t v t lý c a g-C3N4 1.1.3.1.

nh nhi t

Theo công b c a Xinchen Wang và công s (TGA) trên g-C3N4 cho th y g-C3N4 là ch t Hình 1.3 nh TEM v m t tinh th g-C3N4 tinh khi t [17].

5

M

tích nhi t nh nhi t t t (lên t i 6000C),

nh nhi t m nh xu t hi n

6

6300C, t i

nhi

c ng b gi m hoàn toàn cho th y s phân h y nhi t và b

hoàn toàn c a các lá g-C3N4 [23]. Tuy nhiên g-C3N4 có nhi tc

nh cao

b n nhi t cao ch ng h

inude [16], [23].

1.1.3.2.

nh hóa h c c x p ch ng các l

ct

a các l p các cacbon nitride

làm cho g-C3N4 không

c trong h u h t các dung môi bao g dietyl ete, tolu

u, DMF, THF,

[23].

1.1.3.3. Tính ch t quang Không gi ng TiO2 ch là m t ch t quang xúc tác C3N4 ho

ng

vùng ánh sáng nhìn th

c do b r ng vùng c m kho ng

2,7 eV [16]. Tính ch t quang h c c các thí nghi m nh nh t

vùng tia c c tím, gc th hi n

Hình 1.6 nh SEM b m t c a các lá g-C3N4 [17].

h uh t Nhi u nghiên c u khoa h

p th tia c c tím, quang phát quang. Tính ch t h p th c sóng 420 nm.

u này phù h p v i màu vàng nh t c a nó.

Tính ch t phát hu nh quang m nh màu xanh quang r ng t 430 hu nh quang kho ng 1 ns

n 550

nhi

nh phát quang

t m g-C3N4

phòng. Ph m vi phát

1.2.

470 nm. Tu i th

u cho th y r ng di n tích b m t c a các

i l n, kho ng 10 m2/g [17], [23], [25].

ng d ng c a v t li u g-C3N4

C u trúc b r ng vùng c m làm cho cacbon nitrit tr thành m t ng

n 5 ns [23].

y tri n v ng cho các ng d ng chuy h

ng m t tr i, ch ng

n. Th t v y g-C3N4 có th ho

sáng kh ki n ( cacbon cho phép t Các ng d

nm). Tính

i ánh

nh hóa h c và nhi t cao c a nitrit

n ho

ng trong không khí.

n hình c a v t li u g-C3N4 là ph n

chuy n hóa H2 và phân h y các h p ch t h

c,

ch

1.3. V t li u g-C3N4 pha t p nâng cao hi u su t quang xúc tác các nghiên c Hình 1.5 Ph hu nh quang (PL) c a g-C3N4 tinh khi t [23].

t p g-C3N4 v i m t s ch t là kim lo i và phi kim. Các k t qu

1.1.3.4. Di n tích b m t

7

8

ng pha u cho

th y r ng vi c pha t

i kh

ng kh

Kh

a Cu/mpg-C3N4

quan so v i m u g-C3N4 tinh khi t.

i ánh sáng kh ki n. T

1.3.1. V t li u g-C3N4 pha t p phi kim Ch t r n cacbon nitrit pha t

n [23].

1.3.2.2. V t li u g-C3N4 pha t p b c (Ag) [14]. c i thi n kh

1.3.2. V t li u g-C3N4 pha t p kim lo i

có c i thi n kh

c pha t p vào ti n ch t g-C3N4

t

pha b c vào g-C3N4 nghiên c u xem nó

a g-C3N4 hay không. Graphit cacbon pha t p c tính quang h c,

m t g-C3N4

-

c ph m t l p Ag c

nh và bên trên ph m t l p polypyrrole (PPy). Các k t qu cho th y r ng khi

ng (Cu)

c kí hi u Cu/mpg-C3N4. K t qu cho th y r ng Cu2+

v i

a g-C3N4

C3N4/Ag-

1.3.2.1. V t li u g-C3N4 pha t Kim lo

n so v i g-C3N4

tinh khi t [10].

ng r ng là 0,32 m2/g. V t li u g-C3N4 pha t p photpho cung c p nt

t

t m u m m. K t qu cho th y r ng

m u cacbon nitrit pha t p flo v i t l 0,5 có di n tích b m t 444 m2/g và t ng d

phân h

90,2% trong 120 phút chi u sáng. T c t ng h p b ng cách s d ng

butyl methylimidazolium kh

ng kh

c pha

nm .

c h t gi m xu ng kho

c các h t nh s làm

ng hi u ng SPR (c

ng

plasmon b m t).

Ph UV-vis cho th

nc

ph n ng hoàn thành

l phân tách electron l tr ng c a g-C3N4 [10].

n 2,2

c sóng h p th t

50 phút, màu dung d ch d n d

md

n khi i t màu h ng

u thành không màu. Sau khi chi u sáng 50 phút hi u su t phân h y RhB c a m u g-C3N4 là 79,0%, g-C3N4/Ag là 87,7% và g-C3N4/PPy là 84,9%. c bi t, kh

c tính quan tr ng c a quang xúc u g-C3N4/Ag-Ppy duy trì trên 95% hi u qu ho t

ng quang xúc tác so v kh

Hình 1.7 Ho

u, ngay c sau 5 thí nghi m tái ch , cho th y

d ng tuy t v i c a g-C3N4.

ng quang xúc tác c a g-C3N4, mpg-C3N4 và Cu/mpg-C3N4

khi phân gi i h p ch t h

[10].

9

10

c ng s cho th y r ng khi pha t

a g-

C3N4.

K t qu

y không có s

th c a g-C3N4 v i s

i rõ r t trong pha tinh

pha t

nh nhi u x

k c a kim lo i Y ho c Yttrium oxide trong các m u Y/g-C3N4, ch ra r ng các phân t

c g n vào m t ph ng và ph i h p v i m ng tinh th g-C3N4

b ng liên k t YN. Tuy nhiên c

nh nhi u x

u b suy y u

l

pha t p Y có th là do các sai h ng gây ra b i không có s trùng h p hoàn toàn trong k t qu r ng (b ng 1 thì c ba y u t

r ng vùng c m, di n tích b m t BET và kh

u gi m v i t l pha t p c ul

l pha t p quá l n

i g-C3N4 tinh khi t.

B ng 1.1 Các tính ch t k t c u và kho ng cách d Hình 1.8 (A) Ph h p th UV-vis c a dung d ch RhB theo th i gian chi u x trên các m u g-C3N4/Ag-

k c a các ch t quang xúc

ng c a các ch t

xúc tác x Y/g- C3N4 [24].

ng hi u su t phân h y RhB trên các

m u quang xúc tác khác nhau; (C) h ng s t

ng l

M u

SBET

cl

Th tích l tr ng

Eg (eV)

2

(m /g)

h ng (nm)

(cm3/g)

g-C3N4

68

2,7 30,6

0,718

2,7

, t c là

0,1Y/g-C3N4

106

2,7 30,2

1,177

2,58

n t - l tr ng b h n ch . Nguyên nhân do hình thành hàng

0,25Y/g-C3N4

103

2,7 29,9

1,131

2,50

0,5Y/ g-C3N4

83

2,7 30,5

0,789

2,55

1,0Y/ g-C3N4

39

2,7 30,5

0,492

2,61

tác khác nhau; (D) thí nghi m tái ch c a các m u: (a) không có xúc tác quang h c; (b) g-C3N4; (c) g-C3N4/Ag; (d) g-C3N4/ Ppy [14].

K t qu trên cho th s tái t h

ng

hu nh quang suy gi

n gi a PPy và g-C3N4 và các h t nano Ag. 1.3.2.3. V t li u g-C3N4 pha t Gi thuy

t ra là pha t

kh

t hi m t hi m vào g-C3N4 có kh

Hi n nay ch có m t báo cáo công b k t qu v g-

C3N4 pha t p Y [24]

k t qu g-C3N4 pha t p

Nd.

Hi u su t quang xúc tác c a g-C3N4 nghi m phân gi

i ánh sáng kh ki n. M u 0,25Y/g-C3N4 cho th y

hi u su t phân h y RhB cao nh t và phân h y g n 100% trong vòng 110 phút Yttri là m t kim lo

t hi m, g-C3N4 pha t p Y (Yttri) kí hi u là

Y/g-C3N4. Th c t trong nghiên c

chi u ánh sáng. Còn các m u 0,5Y/g-C3N4 và 1,0Y/g-C3N4 cho th y s s t

c a Yangang Wang và

11

12

gi m hi u qu quang xúc tác do pha t p Y quá m c vì pha t p quá m c d n

quang có th mang l i hi u qu cao v m t hóa tr và tái s d

c bi t do

s d ng ngu n nhiên li u giá r và s ch là ánh sáng m t tr i, nên ph n ng

n s hình thành các sai h ng trong c u trúc và l r ng.

c ng d ng nhi u trong b o v

ng. Hai y u t

chính c a ph n ng quang xúc tác là: ch t xúc tác và ánh sáng [23].

Trong quá trình quang xúc tác electron c a ch t xúc tác nh n thêm ng, b kích thích, chuy n t tr

n (vùng hóa tr ) lên tr ng

thái kích thích (vùng d n).

Quá trình quang xúc tác c th :

Th i gian (phút) Hình 1.9 Bi u di n quang xúc tác c a các ch t xúc tác x Y/g- C3N4 trong quá trình phân h

i s chi u x ánh sáng kh ki n [24].

Qua các k t qu nghiên c u cho th y vi c pha t p g-C3N4 còn nhi u m c n c i thi ngo i), th

c sóng h p th nh ( vùng ánh sáng t

ph n ng phân h y hoàn thành dài nên hi u su t không

l n và m t s m u pha t p s b oxi hóa n k t qu ban d u (pha t p kim lo i

trong th i gian dài. Vì v y v i

t hi m Ytri có hi u su t g

sau 110 phút chi u sáng) vi c pha t p các kim lo

t hi

là m t

y tri n v ng.

1.4. Ho

ng quang xúc

Quang xúc tác là hi

ng s d

ph n ng hóa h c [23]. Trong quá trình quang xúc tác m t lo t các ph n ng

c (kh H2) và oxy hóa ho c phân h y h p ch t h

c hình

(1)

c l a ch n t t, vi c s d ng m t trung tâm

(2)

x y ra bao g m các electron (e-), l tr ng (h+), g thành. N u ch

ph n ng phân tách

làm xúc tác cho các

13

14

.

T u này ng v

(1) và (2) cho th

ng c n thi t ít nh t 1,23 V,

2

c sóng ánh sáng 690 nm.

2.1.

2.1.1.

B ng 2.1 Các hóa ch t s d ng trong thí nghi m STT

Hình 1.10 Quá trình quang xúc tác c a g-C3N4 S tách hydro t

c, (b) s

i ánh sáng nhìn th y: (a)

c thành O2 và (c) quá trình oxy hóa

ho c phân h y h p ch t h

.

1

(NH2)2 CO

Ure

99%

2

Nd(NO3)3.6H2 O

Neodymium nitrat

99%

3

Y(NO3)3.6H2 O

Yttri nitrat

99%

4

H2O

95%

5

C2H5OH

99%

6

C28H31 CN2O3

2.1.2.

Rhodamine B

90%

-C3N4 0

Urê ((NH2)2

-C3N4 .

2.1.3. T ng h p g-C3N4 pha t p Nd và g-C3N4 pha t p Y -

-C3N 4 cho vào trong 20 ml H 2

-

(neodymi) 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% ( 0

+ Cho dun

i tâm, quay li

i tâm.

15

16

5

5%

CNY-5

6

6%

CNY-6

7

7%

CNY-7

8

8%

CNY-8

8%, 9%, 10%.

9

9%

CNY-9

-

10

10%

CNY-10

0

-

C

-C3N4

1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% và -C3N4

B ng 2.2 B ng kí hi u c a các m u g-C3N4 tinh khi t, g-C3N4 pha t p Nd và g-C3N4 pha t p Y. STT

2.2. Quá trình quang xúc tác 2.2.1.

g-C3N4

-C3N4, g-C3N4

- 0,06

1

0%

CN

2

1%

CNNd-1

3

2%

CNNd-2

- 30 ml RhB (Rhodamine B) 20 ppm.

4

3%

CNNd-3

- Các d ng c : máy khu y t , con t

5

4%

CNNd-4

6

5%

CNNd-5

2.2.2.

7

6%

CNNd-6

- Cho 0,06

8

7%

CNNd-7

9

8%

CNNd-8

10

9%

CNNd-9

11

10%

CNNd-10

STT

g-C3 N4

- 30 ml H2O (

ng li tâm,

.

c th y tinh, pipet,

ng m u.

ml H2

không có ánh sáng tron

T10, T30.

1

1%

CNY-1

2

2%

CNY-2

3

3%

CNY-3

4

4%

CNY-4

17

2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%.

-

+

120 phút

- Li tâm:

-C3N4.

18

S

2.3. M t s 2.3.1.

là m t

Bragg:

Quantitative Xray Difraction methods)

c áp d

m

nh lu t Vulf

u x tia X (XRD) u x tia X (XRD

gi a tia X truy n t i v i m u t o ra tia nhi u x khi th a

nh thành ph n các ch t có trong

c th c hi n d a trên nguyên lý hi

ng nhi u x c a tia

n: B c nhi u x

i m u. ng âm c c trong máy XRD t o ra các chùm tia

c sóng c

c sóng liên t

i ta s d ng b l

s c và ti

l c ra b c x

d: Kho ng cách gi a các m t tinh th (tùy thu c vào c u trúc tinh th

c chi u v phía m u.

kho

K t qu ph XRD cho chúng ta hai thông tin là v trí c nh nhi u x s

nh nhi u x c

m u chu n chúng tác có th Khi m bên trong m ng tinh th

nh ph và

: Góc nhi u x

u trúc m ng tinh th có

trong ch t r n nên m i ch t s có nh vi c so sánh v trí c

nh b ng công th c khác nhau)

bán r ng c

c c a v t li v ch tia X. Công th

r ng

cs d

nh so v i

c thành ph n các ch t có trong m u. c truy n qua m t m u tinh th i các electron trong nguyên t d

c trung bình c a các tên mi

n

cs px p

c sóng tia X

s tán x .

: dòng m r ng Vulf

nghiên c u c u

trúc tinh th . T ph nhi u x

trí c

bán r ng, hình d ng c

u cung c p cho chúng ta thông tin quan tr ng

v c u trúc c a v t li

c tinh th , phân b c a

c và ng su t c a các h t h nano.

2.3.2.

h p th UV-vis

Ph h p th UVHình 2.1 Mô hình hình h c c a hi

ng nhi u x tia X.

Các nguyên t trong m ng tinh th c a các ch t có c u trúc tu n hoàn liên t c. Nên m ng tinh th gi

có kh ng c

p th , t

c vùng ánh sáng mà m u c các thông tin liên quan t i các m

n t trong phân t , trong tinh th

các nhóm ch c, liên k

r ng vùng c

t cách t nhi u x .

19

20

c h p th ,

tùy vào lo i m u mà ta ch

iv im u

l ng và m u màng ta có th s d ng

iv im u

r n ta có th s d

h p th trong lu n Jasco 670 t i B môn V t lý ch t r n

n x khu ch tán (Diffusion reflectance

n t , khoa V

2.3.3.

hu nh quang (PL - Photoluminescence)

ánh sáng

n t có nhi u tr ng thái g i là m

gi ng nhau m t chùm truy n qua m u so sánh, m t chùm truy n qua m u

có s chuy n d i t m

detector thu l

s phát ra m t photon (phát hu nh quang). D

c a 2 chùm tia,

t

c

h p th c a v t m u l ng và m

l ng, thông qua ph h p th , chúng ta có th d ch d a trên

nh lu t Lambert

Io

iv im u cn

ih c

m Hà N i.

spectra - DRS). n qua s d

c th c hi n trên h

xây d

ng.

ng cao v m

nt

ng th

ng i ta

hu nh quang Photoluminescence (vi t t c các chuy n d i b c x trong tinh th .

c a dung

Beer:

ánh sáng t i ánh sáng truy n qua

: h s h p th c a v t li u d: chi

a ánh sáng trong m u

kh i c

h p th c a m u r n, bên trong qu c

c ph m t l p BaSO4

vào trong qu c

Ánh sáng t ngu n sáng chi u lên m m u m t ph

i m u, m t ph n sánh sáng s b

m u h p th m t ph n s b ph n x

c l i. Ph n ánh sáng ph n x s b

ph n x liên ti p nhi u l n trong qu c hi u. B ng cách so sánh tín hi

cung c

tr

nh

ng này ng và chuy n

Ti

u truy n t i b

c

u thu thu nh n tín hi u x lý

hu nh quang.

Ph hu hu

ng cong bi u di n m i liên h c c sóng c a ánh sáng kích thích, ph thu c vào thành

ph n và c u trúc c a các tâm b c x , các tác nhân bên ngoài.

21

nt c a

ng c a m t photo

lên tr ng thái kích thích có m

u thu tín

h p th c a m u r n. T ph h p r ng vùng c m d

ng b nt

ng h p không có m u (Io) v i

ng h p có m u ta s th ta có th

ph n x

nh quang.

22

hu

i Vi n Khoa h c v t li u, Vi n

K T QU VÀ TH O LU N

Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam. 3.1. V t li u g-C3N4 pha t p Nd

2.3.4. Thí nghi m quang xúc tác Trong nghiên c u này, ho

ng quang xúc tác c a m u g-C3N4

ng s phân h y quang xúc tác c a dung d ánh sáng c hàm n

3.1.1. K t qu phân tích c u trúc

c

i s chi u x

u su t quang xúc tác b ng m t theo th i gian. RhB (Rhodamine B) là thành ph n c a ph m

màu công nghi p, có công th c phân t C28H31N2O3Cl. RhB có th

c

c p và mãn tính, n u tích t d

c

nghi m cho th

có th i li

ho

ng ng

ch (th nghi m trên chu t). g-C3N4 (0,06

c c t khu y t 30 phút. Ti p

30 ml dung d ch RhB 20 ppm vào dung d ch g-C3N4 và khu y t trong m t bu ng t

t t i tr ng thái cân b ng h p ph

h n h p dung d

c mang ra chi u sáng b

t cách h n

h p dung d ch 6 cm. C 20 phút l y m u m t l n, m i l n l y 4 ml. u su t quang xúc tác m u sau khi l lo i b g-C3N4 h

i nh n

nh h p th

554 nm, và tính hi u su t quang xúc tác (C/C0)

Hình 3.1. Gi

nhi u x tia X c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha

t p Nd v i các t l 2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6) và 10% (CNNd-10).

K t qu

theo th i gian:

nhi u x tia X c a v t li u g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-

C3N4 pha t p Nd (ký hi u m u - CNNd) v i các n trên hình 3.1. T t c các m o

- a,b: là h ng s - C: là n -

o

u xu t hi

o

các v trí 13,1 , 24,9 và 27,5 . Nh RhB còn l i

c

nh nhi u x t i

nh nhi u x này thu c v các h

m t ph ng (100), (101) và (002)

h p th

c trình

ng.

nh m nh nh t (002) quan sát

o

v trí 2 = 27,5 ph n ánh c u trúc các lá x p ch ng lên nhau c a g-

C3N4 trong c m u tinh khi t và m u pha t p. Nh ng k t qu này phù h p v i th chu n JCPDS (87-1526) c a tinh th g-C3N4 và các k t qu công b [8], [3].

23

24

c

Gi

nhi u x tia X c a g-C3N4 pha t p Nd không quá khác bi t so

v i g-C3N4 tinh khi t.

nh

chuy n v phía góc 2 nh

v trí 13,1o, 27,5o, 24,9o có d ch )

x c a các m u CN pha t p th

nh nhi u

i m u CN tinh khi

u này có

a các l p g-C3N4 và gây ra nh

th ng nh trên gi

nhi u x tia X.

3.1.2. Tính ch t quang 3.1.2.1. Ph h p th UV vis

Hình 3.3 Minh h

r ng vùng c m b

.

B ng 3.1 Các giá tr b r ng vùng c m c a các m u g-C3 N4 STT Hình 3.2. (a) Ph h p th và (b) bi u di

)1/2

ng photon

c a các m u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd v i n

t 1-10%.

Hình 3.2 là ph h p th c a v t li u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd v i các n

khác nhau. K t qu trên hình 3.2a cho th y g-C3N4

tinh khi t có b h p th

kho ng 450 nm. Tuy nhiên, khi pha t p Nd, b h p

th c a v t li u g-C3N4

r ng vùng c

tính b ng cách ngo i suy tuy bi u di

)

1/2

c

c

ng cong bi u di n s ph thu c c a ng photon (hình 3.2b), s d ng

Tauc [31] (hình 3.3). K t qu

c tính

r ng vùng c m c a các m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Kí hi u m u

Eg (eV)

CN CNNd-1 CNNd-2 CNNd-3 CNNd-4 CNNd-5 CNNd-6 CNNd-7 CNNd-8 CNNd-9 CNNd-10

2,9014 2,8920 2,8788 2,8770 2,8661 2,8438 2,8379 2,8486 2,8502 2,8588 2,8728

c

ng 3.1.

25

26

.

428,13 429,53 431,49 431,76 433,41 436,81 437,71 436,07 435,82 434,51 432,39

K t qu cho th t p Nd vào g-C3N4

r ng vùng c m g

i khi pha

K t qu cho th y, ph ph t x hu nh quang

Nd

c a t t c các m u là m t d i r ng t 350 t i 700 nm và không có s d ch các

u này có th lí gi

ch xen vào kho ng tr ng c a các l p g-C3N4 mà không thay th cho v trí c a các nguyên t

có m t c a Nd không làm

nhi u t i c

ng

nh phát x c a các m

u này phù h p v i k t qu c a ph h p th UV-

vis.

ng c a g-C3N4, nên Eg g

i.

3.1.2.2. Ph hu nh quang (PL)

B-íc sãng (nm) Hình 3.5. Ph hu

ng fit Gaussion c a c a m u g-C3N4 tinh khi t.

Trong nghiên c Hình 3.4 Ph hu nh quang PL c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha t p Nd v i các n

2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6), 10% (CNNd-10).

S tái h p c a c th phát hi

n t - l tr ng có th gi

th p là ch d u cho vi c tái h quang xúc tác. K t qu pha t p t i các n

hu nh quang

n t - l tr ng gi m, d n t

t tính

hu nh quang c a các m u g-C3N4 tinh khi t và 2%, 6%, và 10% v

27

c sóng kích thích 355 nm

[32]

ra

nh ph phát x c a g-C3 N4 có th do s ch ng ch p c a nhi u nh. Vì th

ng và có

c thông qua phát x hu

r

a Wang v c ng s

nh v

tôi ti n hành làm kh Origin. K t qu cho th y c

nh ph hu nh quang c a m u, chúng nh ph

theo hàm Gaussian b ng ph n m m

nh ph t x hu nh quang c a g-C3 N4 t i v

tr 431 nm, 448 nm, 493 nm và 548 nm (hình 3.5) v c s phù h p v i k t qu nghiên c u c a Wang. Khi v t li u b vùng hóa tr

chuy n lên vùng d

nt n t chuy n xu ng

28

các tr

ng th

phát x

P1, P2, P3 trên ph

. Ngu n g c c hu nh quang là s

nh

chuy n m

n t

ng thái ph n liên k

c liên k t, LP là tr ng thá

nitride (h p ch

m gi a m

n t

l c p c a

ình 3.6).

giá thông qua s

nh h p th t i v

c a dung d

nh d

RhB. Hình 3.7a bi u di n s th y, quá trình h p ph

c sóng 554 nm

ng cong chu n n

c a

i c a C/C0 vào th i gian. K t qu cho

i v i t t c các m u bão hòa sau kho ng 10 phút

khu y trong t i. Trong khi n

RhB v n còn kho ng 25% sau 120 phút

khi s d ng g-C3N4 tinh khi t, m t s g-C3N4 pha t

c

trên 85%

u g-C3N4 pha t p Nd 6% cho k t qu quang xúc

tác t t nh

nh th i gian RhB b phân h y 100%, chúng tôi ti p t c

kéo dài th i gian kh o sát quang xúc tác c a các m u pha t p 2%, 6%, 10% t qu trình bày trên hình 3.7b, sau kho ng 160 phút chi u sáng, m u pha t p 6%

Hình 3.6

m

ng phát x c a v t li u g-C3N4.

Các m u pha t

hu nh quang th

so v i

m u g-C3N4 tinh khi

u này gián ti p cho th y vi c pha t

ã làm

gi m t

tái h p c a c

n t - l tr ng. K t qu có l i cho quá trình

quang xúc tác c a v t li u g-C3N4.

3.1.2.3. Kh

Hình 3.7a S

quang xúc tác

Kh

y hoàn toàn RhB có trong dung d ch.

i c a C/C0 theo th i gian khi s d ng g-C3N4 tinh khi t

và g-C3N4 pha t p v i các n

a các các m u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4

pha t p Nd

Nd 1-10%. Hình 3.7b là ph h p th c a

dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4 pha t p 2%,6%, 10% Nd.

phân h y dung d ch Rhodamine B

i s chi u x c

T

29

phân h y c

30

B

d ckc

th y(t) = ln(Co Nd v i các n

i v i các m u g-C3N4 pha t p khác nhau.

M u g-C3N4 (pha t p % Nd)

0%

2%

6%

10%

k (1/phút)

0,008

0,017

0,021

0,015

Hình 3.8 Ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4 pha t p 6% Nd. Hình 3.8 là ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4 pha t p 6% Nd. Sau kho ng 160 phút chi c a RhB không ch bi n m t hoàn toàn mà còn có s d

nh h p th 554 nm nh t 554 nm

xu ng kho ng 530 nm, gi i thích cho s phân h y c u trúc c a phân t RhB. Áp d

trình Langmuir in

Hinshelwood

RhB

d ng bi u th c

ln(Co

c các k t qu

n ng c a dung d nh t suy gi m n

nghiên c u quá

ng v th và cho k t qu tc

suy gi m d ckc

th y(t) = ln(Co/C)

Hình 3.9

th bi

i tuy n tính c a ln Co/C theo th i gian quang xúc tác

phân h y RhB c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd v i các n 2%, 6% và 10%.

b ng 3.2. K t qu cho th y, t c

i v i m u 6% Nd và g p 2,5 l n g-C3N4

tinh khi t.

31

32

3.2. K t qu g-C3N4 pha t p Y

3.2.2. Tính ch t quang

3.2.1. K t qu phân tích c u trúc

3.2.2.1. Ph h p th UV vis

)1/2

Hình 3.11 (a) Ph h p th và (b) bi u di

c a các m u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Y v i n

ng photon t 1-10%.

Ph h p th UV-vis c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t Hình 3.10 Gi

nhi u x tia X c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha

Hình 3.10 trình bày k t qu

u xu t hi

a g-C3N4. Khi pha Y v i n

10%, ph h p th c a các m u g

khác nhau (ký hi u CNY). T t c các

t các nguyên t Y không làm

o

o

nh nhi u x t i các v trí 13,1 , 24,9 và 27,5

o

JCPDS (87-1526) c a tinh th g-C3N4.

t qu

i v i g-C3N4

ng (

ng t i c

r ng vùng c m c a các m ng 3.3.

c u trúc các lá x p ch ng lên nhau c a g-C3N4. Vi c pha t p Y không nh t p

h p và xen k gi a các l p g-C3N4.

33

ng c a g-

ng cong bi u di n s ph thu c c a

nh m nh nh t (002) quan sát th y t i v trí 2 = 27,4o ph n ánh

ng nhi u t i c u trúc c a g-C3N4 vì có th các nguyên t

t 1u này ch ng

C3N4. B ng cách ngo i suy tuy

ng v i các h m t ph ng (100), (101) và (002). K t qu này phù h p v i

pha t

kho ng 450 nm

nhi u x tia X c a g-C3N4 tinh khi t

(CN) và g-C3N4 pha t p Y v i n m

bi u di n trên hình 3.11. K t qu cho th y, ph h p th c a các m u có b h p th

t p Y v i các t l 2% (CN-2), 8% (CNY-8) và 10% (CNY-10).

c

34

c

B ng 3.3 Các giá tr b r ng vùng c m c a các m u g-C3 N4 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Kí hi u m u CN CNY-1 CNY-2 CNY-3 CNY-4 CNY-5 CNY-6 CNY-7 CNY-8 CNY-9 CNY-10

Eg (eV) 2,9014 2,8616 2,8488 2,8333 2,8320 2,8294 2,8264 2,8239 2,7981 2,8801 2,8974

c 428,13 434,09 436,04 438,42 438,62 439,03 439,49 439,88 443,94 431,30 428,72 ,79 eV

CNY-8 3.2.2.2. Ph hu nh quang

hi u thêm v quá trình chuy n c a

.

,86 eV, ,79 eV.

n t - l tr ng trong v t li u g-C3N 4/Y

hu nh

quang c a các m u g-C3 N4 và g-C3 N4 pha t p Y v i các n và 10% v

c sóng kích thích 355 nm (hình 3.12).

2%, 8%

nh hu nh quang

c a các m u t p trung ch y u

o lu n t i

ph n 2.1.2, ph phát x c a g-C3N 4 tinh khi t và g-C3 N4 pha t p Y là s ch ng ch p c a nhi

ng v i các chuy n m u g-C3 N4 tinh khi t

nh phát x m nh

ng v i vùng c m kho ng 2,90 eV c a các m u g-C3 N4 pha t p Y th

phát x nhi u, ch ra r ng pha t p Y có

th làm gi m t

tái h p c a các c p h t t i. M

nh

hu

c th a i s tái h

tr ng l n và kh và truy n các c

n t

nt l

c b y, di chuy n n t l tr

u g-C3N4 pha

t p so v i g-C3 N4 tinh khi t.

3.2.2.3. Kh

quang xúc tác

Hình 3.12 Ph hu nh quang c a g-C3N4 tinh khi t (CN) và g-C3N4 pha t p Y v i các n

2% (CNY-2), 8% (CNY-8), 10% (CNY-10).

Hình 3.13 S

i c a C/C0 theo th i gian khi s d ng g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p v i các n

35

36

Y khác nhau.

Hi u su t quang xúc tác v t li u g-C3N4 tinh khi t và pha t thông qua thí nghi m phân h y RhB K t qu

ic at s n

th bi

ib cx

quang xúc tác phân h y RhB c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Y v i

C/Co c a RhB trong dung d ch theo th i

gian khi s d ng ch t xúc tác là g-C3N4 tinh khi t và pha t

c trình bày

trên hình 3.13. Rõ ràng, khi không có v t li u xúc tác, RhB g phân h y. T t c các m

ng v

2%, 8% và 10%. d ckc

8% có hi u su t cao nh t và phân h y 100% RhB

th y(t) = ln(Co

b ng 3.4. K t qu cho th y, t

B ng

d ckc

nh t

th và cho k t

suy gi m n

ng pha t p l n có th d n t i

s hình thành các khuy t t t c u trúc.

th y(t) = ln(Co Nd v i các n

pha t

lên 10%, hi u su t quang xúc tác gi

suy gi m n ng c a dung d

tc c

i v i m u 8% Y và g p 3,25 l n g-C3N4 tinh khi t. u g-

trong kho ng 140 phút chi u sáng.

các n

qu

u th hi n kh

m u có pha t p Y cho th y kh C3N4 pha t p Y v i n

i tuy n tính c a ln Co/C theo th i gian

i v i các m u g-C3N4 pha t p khác nhau.

M u g-C3N4 (pha t p % Y)

0%

2%

8%

10%

k (1/phút)

0,008

0,016

0,026

0,018

Khi s d ng g-C3N4 pha t p 8% Y, sau kho ng 140 phút chi u sáng, nh h p th 554 nm c a RhB không ch bi n m t hoàn toàn mà còn có s d

nh t 554 nm xu ng kho ng 50

u này gi i thích

cho s phân h y c u trúc phân t RhB.

Hình 3.15.

Hình 3.14 Ph h p th c a dung d ch RhB theo th i gian khi s d ng g-C3N4

th bi

i tuy n tính c a ln Co/C theo th i gian quang xúc

tác phân h y RhB c a g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Y v i các n

pha t p 8% Y.

2%, 8% và 10%.

37

38

3.3. Th o lu n v

c a quá trình quang xúc tác g-C3N4 pha

LUMO c a các ch m

ng t kim lo i, th

C3N4. Vi c truy n electron t vùng d n c a g-C3N4

t p Nd, Y

nguyên t kim lo i pha t p s hu

Hình 3.16.

c h tr

u su t quang xúc tác gi m.

u su t quang xúc tác c a g-C3N4 pha t p Nd, Y.

D a trên các k t qu hu nh quang, m xu

gi i thích s

ng hi u su t quang xúc tác c a g-C3N4

pha t p Nd, Y. V i t l pha t p thích h p các nguyên t kim lo i pha t p hình này có th ho nt

n hi u qu quá trình tái h p c a c

tr ng trong các t m g-C3N4 t p Nd và Y là khi n

pha t p

hu nh quang u này có th gi

iv

c nh , m

(LUMO) cao và ngang v i vùng d n c a g-C3N4 n t t ch t n n g-C3N4 t

t t quang phát quang. Khi n

nt -l

ph hu nh quang c a c m u pha

gi m và hi u su

truy

y

ng kích thích o

u ki n cho vi c

kim lo i và và d p kim lo i pha t

t) nguyên t kim lo i tr nên l

39

cc a u này s làm gi m m c

40

n c a ch t n n gn m c LUMO c a [33] và d n t

TÀI LI U THAM KH O

K T LU N Sau th i gian nghiên c u, c i thi n kh g-C3N4 b ng cách pha t p m t s kim lo

t hi

a v t li u

1. Bu Y, Chen Z, (2014), "Effect of oxygen-doped C3N4 on the separation

c

capability of the photo induced electron hole pair generated by OC3N4/TiO2 with quasi-shell-core nanostructure", Electrochimica Acta,

m t s k t qu chính sau: 1. Ch t o thành công v t li u g-C3N4 tinh khi t và g-C3N4 pha t p Nd, Yv in

1-10% b

2. Cao S-W, Yuan Y-P, Fang J, Shahjamali M M, et al, (2013), "In-situ

n.

2. C u trúc, tính ch t quang và kh

a v t li u

c nghiên c u chi ti t. V t li u ch t

144 pp. 42-49.

growth of CdS quantum dots on g-C3N4 nanosheers for highly efficient photocatalytic hydrogen generation under visible light irradiation",

c có kh

trong vùng ánh sáng nhìn th y. K t qu cho th y, hi u su t quang xúc tác c a

SciVerse ScienceDirect, 38 pp. 1260.

t hi m Nd

3. Chen G, Gao S-P, (2012), "Structure and electronic tructure of S-doped

ho c Y: hi u su t quang xúc tác t t nh t khi g-C3N4 pha t p 6% Nd và 8% khi

graphitic C3N4 investigated by density functional theory", Chinuse

pha t p Y.

Physics, 21 pp. 10.

v t li u g-C3N4

c c i thi

khi pha t p kim lo

3. K t qu ph hu

ra vi c pha t p thêm kim lo i

chuy n ti p Nd ho

óp ph

l tr

u su t quang xúc tác.

i gian s ng c a c

4. D a trên k t qu hu

u su t quang

Các k t qu này cho th y gi i pháp pha t p các kim lo i u su t quang xúc tác là r t kh

5. Dong G, Zhao K, Zhang L, (2012), "Carbon self-doping induced high electronic conductivity and photoreactivity of g-C3N4", ChemComm, 48

xu t.

g-C3N4 nh

synthesis of phenol fron benzene over a vanadium- Doped graphitic carbon nitride catalyst", ChemCatChem, 21 pp. 39.

c a vi

xúc tác khi pha t

nt -

4. Ding G, Wang W, Jiang T, Han B, et al, (2013), "Highly selective

t hi m vào ng

pp. 6178.

6. Dongdong X, Xiaoni L, Juan L, Langhuan H, (2013), "Synthesis and photocatalytic performance of europium doped graphitic carbon nitride",

d ng trong th c ti n.

Science Direct, 4 pp. 1085.

ng nghiên c u ti p theo: n t , l tr ng trong quá

7. Ge L, Zuo F, Liu J, Ma Q, et al, (2012), "Synthesis and efficient visible

trình phân h y RhB b i g-C3N4 pha t p kim lo i chuy n ti p. Ti p t c c i

light photocatalytic hydrogen evolution of polymeric g-C3N4 coupled

thi n kh

with CdS quantum dots", Physical chemistry, 116 pp. 13709.

Nghiên c u b n ch

ng cách pha t

ng th i m t s kim lo i

8. Hu S, Ma L, You J, Li F, et al, (2014), "Enhanced visible light

vào v t li u g-C3N4.

photocatalytic perfoemance of g-C3N4 photocatalysts co-doped with iron and phosphorus", Applied surface science, 311 pp. 164-171.

41

42

9. Jiang L, Yuan X, Pana Y, Liang J, et al, (2017), "Doping of graphitic

18. Ong W J, Tan L L, CHai S P, Yong S T, (2015), "Heterojunction

carbon nitride for photocatalysis: A review", Catalysis B: Enviromental,

engineering of graphitic carbon nitride g-C3N4 via Pt loading with

2 pp. 388-406.

improved daylight induced photocatalytic reduction of carbon dioxide to

10. Le S, Jiang T, Zhao Q, Liu X, et al, (2016), "Cu-doped mesoporous graphitic carbon nitride for enhanced visible light driven photocatalysis", RSC Advance, 6 pp. 38811-38812-38817.

methane", Dalton Trans, 44 pp. 1249-1257.

19. Reshak A H, Khan S A, Auluck S, (2014), "Linear and nonlinear optical properties for AA and AB stacking of carbon nitride polymorph (C3N4)",

11. Lee S C, Lintang H O, Yuliati L, (2012), "A urea precursor to synthesize carbon nitride with pesoporosity for enhanced activity in the photocatalytic removal of phenol", Chemistry an asian, 00 pp. 1.

12. Li Z, Kong C, Lu G, (2015), "Visible photocatalytic water splitting and photocatalytic two electron oxygen formation over Cu and Re doped g-

Royal society of chemistry, 4 pp. 11967.

20. Thomas J, K.S A, S R, (2016), "Synthesis of Sm3+ doped graphitic carbon nitride nanosheets for the photocatalytic degradation of organic pollutants under sunlight", Catalysis today, 2 pp. 0920-5861.

21. Tian W, Shen Q, Li N, Zhou J, (2016), "Efficient degradation of

C3N4", The Journal of physical chemistry C, 120 pp. 56-33.

13. Liu J, (2015), "Origin of high photocatalytic efficiency in monolayer g-

methylene

blue

over

boron-doped

g-C3N4/ZnO.8CdO]o.2S

C3N4/CdS heterostructure: A hybrid DFT study", Physical chemistry,

photocatalysts under simulated solar irratiation", RSC Advance, 6 pp.

119 pp. 28417-28419.

25568-25576.

14. Liu Y, Zhang H, Lu Y, Xin B, (2016), "A simple method to prepare gC3N4/Ag-polypyrrole

composites

with

enhanced

visible-light

photocatalytic activity", Catalysis Communicaitions, 87 pp. 41-43-44.

22. Wang J, Liu R, Zhang C, Han G, et al, (2015), "Synthesis of g-C3N4 nanosheet/Au/Ag nanoparticle hybrids as SERS probes for cancer cell dianostics", RSC Advance, 5 (86803-86810), pp.

15. Ma H A, Jia X P, Chen L X, Zhu P W, et al, (2002), "High-pressure

23. Wang X, Blechert S, Antonietti M, (2012), "Polymeric Graphitic Cacbon

pyrolysis study of C3N6H6: a route to preparing bulk C3N4", Journal of

Nitride for Heterogeneous Photocatalysis", ACS Catalysis, 2 pp. 1596-

Physics condensed Matter, 14 pp. 11269.

1597-1598-1599.

16. mo Z, She X, Li Y, Liu L, et al, (2015), "Synthesis of g-C3N4 at different temperatures for superior visible/UV photocatalytic performance and photoelectrochemical sensing of MB solution", RSC Advance, 5 pp.

24. Wang Y, Li Y, Bia X, Cai Q, et al, (2016), "Facile synthwsis of Y-doped of graphitic carbon nitride with enhanced photocatalytic performance", Catalysis Communications, pp. 7-9-14.

101552-101553.

17. Oanh L T M, Hang L T, Lai N D, Phuong N T, et al, (2016), "Influence

25. Xu L, Huang W-Q, Wang L, Tian Z-A, et al, (2015), "Insights into

photocatalytic

Enhanced Visible-light Photocatalytic Hydrogen Evolution of g-C3N4

ability of g-C3N4 nanosheets synthesized through urea polymerization in

and Highly Reduced Graphene Oxide Composite: the Role of Oxygen",

Ar atmosphere", Author's Accepted Manuscript, pp. 7-10.

Chemistry of materials, 1155 pp. 3-7-8.

of annealing temperature on physical properties and

43

44

26. Yan S C, Li Z S, Zou Z G, (2010), "Photodegradation of Rhodamine B and Methyl orange over Boron doped g-C3N4 under visible light irradiation", Langmuir, 26 pp. 3894-3901.

27. Yue B, Li Q, Iwai H, Kako T, et al, (2016), "Hydrogen production using zinc doped carbon nitride catalyst irradiated with visible light", Science and Technology of Advanced Materials, 12 pp. 3.

28. Zhang W, Zhou L, Deng H, (2016), "Ag modified g-C3N4 composites with enhanced visible light photocatalytic activity for diclofenac degradation", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 423 pp. 270-276.

29. Zhou X, jin B, Chen R, Peng F, et al, (2013), "Synthesis of porous Fe3O4/g-C3N4

nanospheres

as

highly

efficient

and

recyclable

photocatalysts", Materials Research Bulletin, 48 pp. 1447-1449.

30. Zuluaga S, et al, (2015), "Structural band gap tuning in g-C3N4", hys Chem Phys, 17 pp. 957.

31. D. L. Wood and J. Tauc, (1972), Physical Review B, Vol. 5, No. 8, pp. 3144-3151 32. Y. Yuan et al., (2015),

-yield synthesis and optical properties of g-

C3N4 Nanoscale, Vol. 7, no. 29, pp. 12343 12350.

33. K.Sridharan, et al, (2015), "Silver Quantum Cluster (Ag9)-Grafted Graphitic Carbon Nitride Nanosheets for Photocatalytic Hydrogen Generation and Dye Degradation", Chem. Eur. J., 21, 9126 9132

45