Tổng hợp, nghiên cứu tính chất và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano SrTiO3...

I H C THÁI NGUYÊN IH M

PH

T NG H P, NGHIÊN C U TÍNH CH T V HO T T NH QUANG X C T C C A V T LI U NANO SrTiO3 BI N TÍNH B NG Ag2O

LU

HÓA H C

THÁI NGUYÊN - 2019

L I CAM ÐOAN I H C THÁI NGUYÊN IH M

uc d n c a PGS.TS.

c s d ng trong b t k công trình nào. m is

c

cho vi c th c hi n lu

, các thông tin trích d n trong lu

Tác gi lu

T NG H P, NGHIÊN C U TÍNH CH T V HO T T NH QUANG X C T C C A V T LI U NANO SrTiO3 BI N TÍNH B NG Ag2O PH N Mã s : 8.44.01.13

HÓA H C

ng d n khoa h c:

c

c ch rõ ngu n g c.

Thái Nguyên, tháng 03

LU

ng

c Nguyên. Các s li u và k t qu nghiên c u nêu trong

lu

PH

is

C NGUYÊN

THÁI NGUYÊN - 2019

i

9

L IC Lu ph

M CL C

c hoàn thành t i khoa Hóa h ih

c tiên em xin bày t lòng bi ng d

thu n l

...................................................................................................... ii ct i

,t

u ki n

DANH M C C C T

om

ih

.................................................................................. vi

i h c Thái Nguyên

............................................................................................................. 1

u ki n thu n l i cho em trong su t quá trình h c t p và nghiên

c u th c hi

VI T T T .................................................................... iv ................................................................................. iv

y giáo, cô giáo trong ban giám hi u,

o, khoa Hóa h c-

:

.................................................................................. 2

1.1. V t li u nano ................................................................................................. 2

tài. ,

.............................................................. 2

u ki n thu n l i cho tôi trong su t quá trình th c nghi m và hoàn

1.1.2. Perovskit .................................................................................................... 3

Xin chân thành c

ng nghi

1.2. T nh ch t quang x c t c c a v t li

thành lu V i kh

.................................... 10 ....................................................... 10

ng công vi c l n, th i gian nghiên c u có h n, kh

nghiên c u c n h n ch , ch c ch n lu sót. Tác gi r t mong nh b n

..........................................................................................................iii

em hoàn thành lu

Em xin chân thành c

t om

L I CAM ÐOAN ................................................................................................ i

i h

.................................................. 11

tránh kh i nh ng thi u

c các ý ki

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

th y giáo, cô giáo và

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

c.

Xin chân thành c

.............................................................................................. 15 !

.............................................. 16 ................... 19 Thái Nguyên, tháng 03

9

1.5. C

p phân t ch m u trong lu

....................................... 21

-Vis ................................................................... 21

Tác gi 1.5.2. N

.............................................................................. 22

1.5.3. H

n qua (TEM) ........................................................... 24 -ViS (DRS) .................................................. 25 : TH C NGHI M .......................................................................... 26

Ph

2.1. H a ch t v thi t b ..................................................................................... 26 2.1.1. H a ch t ................................................................................................... 26 2.1.2. D ng c v thi t b ................................................................................... 26 2.2. Ch t o v t li u ........................................................................................... 26

ii

iii

3 ....................................................................................... 26

2.2.2.

2O

3

2.3. C c k thu

STT

T vi t t t

1

CB

Conduction Band

2

MO

Methyl orange

3

RhB

Rhodamine B

c t c phân h y h p ch t rhodamine b và

4

TEM

Transsmision Electronic Microscopy

............................................................................ 28

5

VB

n t truy n qua (TEM) ........................................................... 28 -Vis (DRS) .................................................. 28 ............................................................................ 28

T g c

Vanlence Band

.... 28 2O trong 3 ......................................... 29

............................................................................................................ 30 2.4.4. Hi u su t quang xúc tác ........................................................................... 30 : K T QU V TH O LU N ...................................................... 32 3.1. Th nh ph

VI T T T

.................................................... 27

o s t t nh ch t c a v t li u .......................................... 28

2.3.1. Nhi u x tia X .......................................................................................... 28 2.3.2. Hi

DANH M C C C T

g c u tr c c a v t li u............................................... 32

3.1.1. K t qu nhi u x tia X(XRD) ................................................................. 32 3.1.2. K t qu ch

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

3.1.3. K t qu ch p TEM .................................................................................. 39 ......................................................... 41 ...................................... 42 ....................... 42 2 3 .................................................................................. 44

Ag2O/SrTiO3 ........................................................................................ 46 ....................................................................................................... 52 ............................................................................... 53

iv

iv

DANH M C CÁC B NG

th

1.

2 .................................................... 19

B ng 2.1.

AgNO3 0,01M 2O

(x) tr

cl yt

Hình 1.1 .

......................................................... 2

Hình 1.2.

.................................... 5 c sóng

Hình 1.3.

2O/SrTiO3 .............. 27

........................................................................................... 12 2............. 13

Hình 1.4.

ase và pha rutile. .......................... 13

Hình 1.5.

Hình 1.6.

Hình 1.7. C H nh1.8. C

-

và O2 . ......................................................... 14 2

tia s ng trong ph

tách n

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

ng ph p UV-Vis ................................. 21 .... 22

Hình 1.9.

Hình 1.10. S

........................................... 23 .................................................... 24

Hình 1.11.

H nh 3.1. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano SrTiO3 ....................... 32

Hình 3.2. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 0,1% Ag2O/SrTiO3 ... 32

Hình 3.3. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 0,5% Ag2O/SrTiO3 ... 33

Hình 3.4. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 1% Ag2O/SrTiO3 ...... 33

Hình 3.5. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 3% Ag2O/SrTiO3 ...... 34

Hình 3.6. Gi n

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 5% Ag2O/SrTiO3 ...... 34

H nh 3.7. Ph EDX c a m u SrTiO3 ................................................................ 36 H nh 3.8. Ph EDX c a m u 1%Ag2O-SrTiO3 ................................................ 37 H nh 3.9. Ph EDX c a m u 5%Ag2O-SrTiO3 ................................................ 38 H nh 3.10. nh TEM c a v t li u nano SrTiO3................................................ 39 H nh 3.11. nh TEM c a v t li u nano 1%Ag2O-SrTiO3 ................................ 40 H nh 3.12. nh TEM c a v t li u nano 5%Ag2O-SrTiO3 ................................ 40 Hình 3.13.

v

-

vi

2O/SrTiO3 .................. 41

Hình 3.14.

Rhodamine B

2O/SrTiO3

khác nhau ........................................... 43 Hình 3.15.

MO

2O/SrTiO3

sau

.................................................. 43 Rhodamine B

Hình 3.16.

Hi n nay, trên th gi l c nghiên c

Rhodamine B

G

MO

MO

v

Hình 3.20. ............. 47

Hình 3.21.

c quan tâm nghiên c u r ng rãi do các

2O/SrTiO3 .......................................................... 47

u 2O/SrTiO3 ................................. 49

Hình 3.23.

c nghiên c u nhi

M c dù ch t xúc tác quang SrTiO3 có u

su t quang xúc tác c a v t li u SrTiO3 l i r t th p trong vùng ánh sáng kh u này gây h n ch cho vi c ng d ng r ng rãi v t li u SrTiO3 v i hi u

su t cao.

n tính SrTiO3

c i thi n ho t tính quang c a nó cho các

thành m t ch

c r t nhi u nhà khoa h c quan

tâm nghiên c u. nâng cao hi u su t quang xúc tác c a SrTiO3, em ch

T ng

h p, nghiên c u tính ch t v ho t t nh quang x c t c c a v t li u nano SrTiO3 bi n tính b ng Ag2O

2O/SrTiO3........................................................................ 49

vii

i s ng. Trong h v t li u ABO3,

n môi strontium titanate SrTiO3 (STO)

ng d

Hình 3.22.

c bi t là h p ch t ABO3

ng d ng cho m

ki 2O/SrTiO3

p ch t có c

ho t tính quang xúc tác khá m nh trong vùng ánh sáng t ngo

x%Ag2O/SrTiO3............................................................................... 46

ng

c th i.

ng d ng to l n c a chúng trong k thu v t li

x%Ag2O/SrTiO3............................................................................... 45 Hình 3.19.

ch

(A =

x%Ag2O/SrTiO3.................................................................. 45 Hình 3.18.

tìm ra ch t bán d n quang xúc tác có hi u su

d ng x lý các ch t h

2O/SrTiO3 ........................................................... 44

Hình 3.17.

Vi t nam, các nhà khoa h

1

C

-

1:

1.1. V t li u nano

[4

-

[4

1.1.2. Perovskit

quát là ABO3 3

perovskit (t

6 2+

, Bi3+; còn B là cation

erovskit có Hình 1.1.

1x

1 -y)O3

-

o

: dây nano,

2

3

làm 0

cation.

2+

A

0

> 0.90 A ; rB > 0.51 A .

và Bi3+ 6

3

Hình 1.2.

a 2/2

3

WO3

-

3

hay

4

2.5

3

cách A -

3].

a 2/2 A

+rX=

2 (rB + rX

ABX3 A

+ rX

/ 2 (rB + rX

axit -

4

5

a các cation trong xúc tác, tính

-

-

3+

o

ABO B3+

3+

g

2

2

-

-

. Tuy -

-

oxalat, cacbonat, xitrat,...

-

-

-

-

6]. Cรกc cation 10000 3

Na2CO3 2

6

6].

7

Ph

2,

H2

2

6]. khĂ´:

- gel:

6].

o

C - 700o

-40 g/m2 6].

2].

- gel k

-

-

2].

2

-

t

-

2

8

9

thành CH4 pháp phân tán các perovskit tr

3

2

3

1.2. T nh ch t quang x c t c c a v t li

SrTiO3

TiO2

2 2

v ng VB v

g

y

3]. trong môi -

2

3

(3,4 eV),

giây. Sau khi hìn

-

Fe2O3 (2,2 eV); CdS (2,5 eV); WO3 (2,8 eV); ZnS (3,6 eV); FeTiO3 (2,8 eV); ZrO2 (5 eV); V2O5 (2,8 eV); Nb2O5 (3,4 eV); SnO2 2

g quang hóa.

3

3].

3

10

2

11

và O2;

Hình 1.3.

: Hình 1.4.

2 2

e-cb + O2 O2

2

+

HOO + H2

2O2

Trong xúc tác quang, TiO2 2 2

2

/OH

3/O2)

TiO2 + h +

h + H2

cb

+

[3].

h+(vb)

+ H+ Hình 1.5.

h+

12

13

+ HO

là -0,52V,

2

-

g

nh 1 2

thành O2 2

h a

-

-

thành O2-. S h nh th nh c c g c OH và O2-

c minh

-

h nh 1.7

và O2-.

Hình 1.6.

C c g c HO c t nh oxi h a m nh không ch n l c nên khi c m t TiO2 l mx ct

u ki n chi u s ng, s oxi h R + HO

c nhi u h p ch t h u

+ H2O

+ O2

S n ph m phân h y

Qu tr nh oxi h a c c ch t h

ng c th x y ra do ph n ng tr c

ti p c a ch ng v i l tr ng quang h

t o th nh c c g c t

phân

h y dây chuy n t o th nh s n ph m.

R + h+

+ O2

b -

RCOO + h

+

b

n ph m phân h y +CO2 2

thành O2Ngoài ra, các nhà kh 2O

sang O2

và HO 2O

14

và CO2.

15

và O2-

2

2 2.

Khi

giá 2

H2O và CO2. TiO2 TiO2 2

2

nano TiO2

2

gì 2.

2

Khi TiO2

cùng là CO2 4

*

OH, O2-, H2O2 +

2h + TiO2

O2 b) Ch t o c c lo

ct c

(5)

Hg2+ Hg2+

TiO2

+

2H2

2

-

2OH + 2h 16

+

+ 2OH2O

(8)

+ 1/2 O2 (9) 17

2

4].

g

d) 2

và O 2

2

phi ki

2.

1.4. G 1.

2

Ankan

Hình 1.7.

2

Vi

2

Ancol

2

Axit Cacboxylic 2.

Tuy nhiên,

Anken Aren

2

-

2

Amit 2

2

vì các lý do sau: -

Metan, iso butan, pentan, heptan, n-dodecan, xyclohexan Clometan, floclometan, tetracloetan, dibrometan, tricloetan.

Metanol, isopropanol, xyclobutanol.

Fomic, oxalic, malic, benzoic, salixilic, phtalic, butanoic, 4-aminobenzoic, p-hydroxybenzoic. propen, xyclohexen hexaflopenten, 1,2-dicloeten, percloeten Benzen, naphtalen Clobenzen, brombenzen, diclonitrobenzen Phenol, 4-clorphenol, 4-flophenol, pentaclophenol ,2,4benzamide Natridodecylsunfat, polyetilen glycol, trimetyl photphat, tetrabutylammoniphotphat Metylviologen, atrazine, propetryne, prometon, bentazon Parathion, lindane, DDT, tetraclovinphos rhodamine B, eosin B

18

19

Rhodamine B ([9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]28H31ClN2O3

mol \

1.5. C

p phân t ch m u trong lu

1.5.

a Rhodamine B:

-Vis -

pháp t -

o

o

o

H nh1.8.

tia s

p UV-Vis

I0 = IA + Ir + I

= 552 nm.

(11)

: I0 IA ne B gây

Ir

a.

20

21

1.5.2. N tia X

tinh

.

n là

.

)

,

Ig g

g

2

Fg

là hàm sóng

và

.

tia X

các theo c

(13)

-

Hình 1.10.

Hình 1.9.

22

(14) , còn Fg

và s

2

23

n t truy ch ir tl i 400.000 l n v i nhi u v t li u, i t i 15 tri u l n). và v i các nguyên t nó có th c ghi chi u m n t lên m u v t, m t ph n t s xuyên qua m u r

Ph -

t li u.

1.5.3. H

n t truy phát tri n v i thi t k

i nt u tiên mô ph

c

m2 và nh -ViS (DRS) -

n vi quang h c

truy

d ng m

chi u xuyên qua m

c nh ng thông tin v c u trúc và thành ph n

c a nó gi

c h i t t o thành nh, c truy n b ph n khu ch i, sau i màn hu nh quang t o ra nh có th c.

M u v t li u chu n b cho nh TEM ph i m n t có th xuyên qua gi t th trong kính hi n vi quang h c chu n b m u s quy nh t i ch ng c a nh TEM. n t truy n qua cho bi t nhi u chi ti t nano c a m u nghiên c u: Hình d c h t, biên gi i h cách t o nh nhi u x , vi nhi u x và nano nhi u x , kính hi n t truy n qua còn cho bi t nhi u thông tin chính xác v cách s p x p các nguyên t trong m c cách s p x t t ng h t, t ng di n tích c

n t thay th chùm sáng

cách s d ng hi n vi quang h c.

nh -

g

giao ng vuông g c v i tr c m v i tr c ho nh l

Eg (eV )

Hình 1.11.

24

25

1240

C

-L

2

TH C NGHI M

ng v i 3,4 gam) cho vào c c th y tinh 100

ml, thêm ti p 20 ml C2H5

c h n h p A. Khu

uh nh pA

b ng máy khu y t .

2.1. H a ch t v thi t b

- L y 1 c c th

2.1.1. H a ch t

t 10 ml dung d ch

Sr(NO3)2 1M và 10 ml dung d dung d ch NH3

+ Tetra butylorthotitanat (TBOT) C16H36O4

c dung d ch B. S d ng

u ch nh pH c a dung d ch b ng 8.

- Cho t t (t ng gi t) dung d ch B vào h n h p A, thêm ti p vào h h p

i, PA - T + Axit citic (C6H8O7), PA-

kho

c c t. H n h

+ Sr(NO3)2, PA - Trung Qu c;

th i gian 60 phút

c khu y m nh trên m y khu y t trong

nhi

o

c sol m u tr

c s y khô

c gel m u. Nung gel trong chén s

+ AgNO3, PA - Trung Qu c;

80

+ Axit axetic, PA -Trung Qu c;

trong kho ng th i gian 4h, t

+ Rhodamine B (C28H31ClN2O3) -

Nghi n s n ph m trong c i mã não.

+ Metyl dacam

2.2.2.

gia nhi t 5oC/ ph

các nhi

c ch t r n m u tr ng.

u ch SrTiO3 bi n tính b ng Ag2O H n h p 1: 0,75 gam SrTiO3 cho vào

2.1.2. D ng c v thi t b

500oC

hêm 75ml

Các d ng c v thi t b H n h p 2: V(ml) dung d ch AgNO3 0,01M. Th t ch dung d ch h 50ml;

AgNO3 0,01M c);

cl

ng 2.1 sau: AgNO3 0,01M

B ng 2.1.

+ Máy ly tâm (Trung Qu c);

cl

Ag2O V(ml) AgNO3 0,01M

+ Cân phân tích;

x

Ag2O/SrTiO3

0,65

3,2

6,5

19

32

0,1

0,5

1

3

5

+ Lò nung; Nh t t h n h p 2 v o h n h p 1 v khu

+ M y quang ph UV- 1700 Shimadzu (Nh t b n);

u trên m y khu y t pt

o

2.2. Ch t o v t li u

y khô c ch t r n c m

u ch SrTiO3 Các m u v t li u nano SrTiO3

c ch t o b

[6, 10]. Quy trình ch t o v t li

- gel

t

gia nhi t 5oC/ph

Ag2O/SrTiO3 (x 26

tr n SrTiO3 Ag2O) 27

80oC trong

500oC trong 5h, Ag2

x%

2.3. C c k thu

o s t t nh ch t c a v t li u

2.3.1. Nhi u x tia X

Cân 100

p nhi u x trong s n ph

cs d

c

(10

c nh n di n nh v

100

MO (10

l

XRD. T v tr c

nhi u x tia X ta c th x

nh m t c ch d d ng th nh ph n pha

SrTiO3

Cân 100

c a v t li u nano SrTiO3 mg/L, p

2.3.2. Hi

100

nh th nh ph n pha

u ch . Th nh ph n pha c a s n ph

tr v trên gi

x

SrTiO3

l

.

MO

n t truy n qua (TEM)

Trong lu

i n

n t truy

RhB và MO

rên -

m y JEM1010 (JEOL và MO 2.3

-

-Vis (DRS) -

2.4.2. Thí nghi m kh o sát s

máy U -

-

các v t li

ng c

ng (%) Ag2O trong

n ho t tính quang xúc tác c a SrTiO3

2.3 Cân 10

SrTiO3

2.4.1. Thí nghi m kh o sát th

cho vào 100 ml dung

2O

cho vào 100 ml dung

).

2.4. Kh o sát ho t tính quang x c t c phân h y h p ch t rhodamine b và Cân 10

metyl da cam c a các v t li u

2O

SrTiO3 ).

t cân b ng h p ph c a các v t li u

trong quang xúc

halogen 500W h RhB và MO -

t

28

29

Cân 10

SrTiO3

2O

cho vào 100 ml dung

2O

cho vào 100 ml dung

) Cân 10

SrTiO3

RhB và MO

t -

t

2.4.4. Hi u su t quang xúc tác Hi u su t quang xúc tác phân h y Rhodamine B và MO c a các v t li u nghiên c

c tính theo công th c: H % Ao:

=

A0 -A t ×100% Ao

h p th quang

At RhB: MO

max =

552 nm

max =

464 nm

30

31

C

3

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - 0.5%Ag-SrTiO3 500

K T QU V TH O LU N 400

3.1. Th nh ph

u tr c c a v t li u

3.1.1. K t qu nhi u x tia X(XRD)

d=1.237

d=1.262

d=1.316

d=1.383

d=1.546

d=1.510

d=1.486

d=1.609

d=1.571

d=1.666

d=1.693

d=1.823

d=1.951

d=2.050

d=1.993

d=2.768

d=3.543

Lin (Cps)

d=1.724

100

300

d=2.250

d=2.457

d=3.669

d=4.086

d=2.565

d=2.380

200 400

d=2.317

d=2.764

d=3.534

Lin (Cps)

300

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - SrTiO3 500

200

40

50

60

70

80

d=1.233

File: LinhTN 05%AgSrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 81.82 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.6390 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 93.70 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 54.44 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 56.37 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

d=1.210

d=1.294 d=1.283

d=1.263

d=1.377

d=1.313

d=1.340

d=1.355

d=1.453

d=1.601

d=1.545

d=1.508

d=1.733

d=1.693

d=1.950

30

2-Theta - Scale

d=1.824

d=2.056

20 d=1.908

d=1.991

d=2.134

d=2.389

100

d=2.314

d=3.004

d=2.476

0

0 20

30

40

50

60

70

80

2-Theta - Scale

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 0,5% Ag2O/SrTiO3

Hình 3.3. Gi

File: LinhTN SrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 95.63 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.6390 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 91.27 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 70.69 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 54.91 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - 1%Ag-SrTiO3 500

H nh 3.1. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano SrTiO3 400

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - 0.1%Ag-SrTiO3 500

300

300

d=2.761

d=3.539

Lin (Cps)

400

d=1.245

d=1.216

d=1.281

d=1.333

d=1.372

d=1.353

d=1.427

d=1.235

d=1.297

d=1.317

d=1.364

d=1.429

d=1.394

d=1.457

d=1.498

d=1.538

d=1.567

d=1.599

d=1.701

d=1.663

d=1.810

d=1.907

d=1.952

d=2.054

d=2.468

d=2.257

d=1.991

d=1.265

d=1.596

d=1.547

d=1.654

d=1.777

d=1.691

d=1.734

d=1.821

d=1.911

d=2.053

d=2.114

d=1.989 d=1.952

d=2.182

d=1.860

100

d=2.122

d=2.467

d=2.254

100

d=2.333

d=3.011

d=2.916

d=3.290

d=3.155

d=3.882

200

d=2.336

d=2.760

d=3.535

d=3.907

Lin (Cps)

200

0 20

30

40

50

60

70

2-Theta - Scale 0 20

30

40

50

60

70

80

2-Theta - Scale File: LinhTN 01%AgSrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 100.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.639 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 95.44 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 80.65 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 57.42 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

File: LinhTN 1%AgSrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 91.48 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.6390 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 87.31 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 55.33 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 52.53 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

Hình 3.4. Gi Hình 3.2. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 1% Ag2O/SrTiO3

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 0,1% Ag2O/SrTiO3 32

33

80

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - 3%Ag-SrTiO3 500

2 = 20 - 80o

400

= 20 - 80o).

SrTiO3 SrTiO3 (hình 3.1).

2

-

d=2.758

d=3.532

Lin (Cps)

300

200

= 32,42 ;

d=1.235

d=1.206

d=1.262

d=1.341

d=1.325

d=1.300 d=1.286

d=1.381

d=1.596

d=1.564

39,98 ; 46,48 ; 57,79 ; 67.80 và 77,17 d=1.536

d=1.817

100

d=1.747

d=2.053

d=1.982 d=1.951

d=2.256

d=2.383

d=3.080

d=2.461

3

0 20

30

40

50

60

70

SrTiO3

80

2-Theta - Scale File: LinhTN 3%AgSrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 93.70 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.6390 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 89.43 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 56.67 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 53.80 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

Hình 3.5. Gi

3.

0,1% Ag2O/SrTiO3 0,5% Ag2O/SrTiO3, 1% Ag2O/SrTiO3, 3% Ag2O/SrTiO3, 5%

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 3% Ag2O/SrTiO3

Ag2O/SrTiO3

2

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - 5%Ag-SrTiO3 500

Ag2O

400

composite Ag2O/SrTiO3

d=1.218

d=1.264

d=1.294

d=1.348

d=1.330

d=1.427

d=1.397 d=1.382

d=1.476

d=1.515

d=1.600

d=1.545

d=1.651

d=1.828

d=1.953

d=1.901

d=2.047

d=2.174

d=2.264

d=2.470 d=2.347

100

SrTiO3, SrTiO3

d=2.537

d=3.033

d=3.257

d=4.081

d=3.464

200

d=2.765

d=3.545

Lin (Cps)

300

SrTiO3,

0 20

30

40

50

60

70

80

2

2-Theta - Scale File: LinhTN 5%AgSrTiO3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 01-089-4934 (C) - Strontium Titanium Oxide - Sr(TiO3) - Y: 84.59 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.90700 - b 3.90700 - c 3.90700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pm-3m (221) - 1 - 59.6390 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 96.88 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4 - 136.313 - I/Ic 00-038-0496 (C) - Strontium Chloride - SrCl2 - Y: 61.40 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 6.97780 - b 6.97780 - c 6.97780 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 339.747 - F25=1 00-052-1348 (N) - Strontium Titanium Oxide - Sr2Ti5O12 - Y: 58.29 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.62200 - b 7.58100 - c 9.73750 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - 415.016 - F26= 1(0.0940,3

và SrCl2 gel mà chúng tôi

2

Tetra butylorthotitanat (TBOT) C16H36O4Ti Hình 3.6. Gi

nhi u x tia X c a c c v t li u nano 5% Ag2O/SrTiO3

34

2

35

SrCl2 thì theo chúng tôi khô SrTiO3 3

3.1.2. K t qu ch p

(EDX)

nh thành ph n nguyên t c a m hành ghi ph EDX. Ph tán s

u ch

c, chúng tôi ti n

ng tia X c a m u SrTiO3 (hình 3.7)

cho bi t s t n t i c a Sr, Ti, O trong v t li u nghiên c u. Ngoài ra, không phát hi n có thêm nguyên t hóa h

i v i ph tán s c

ng tia X c a m u 1%Ag2O-SrTiO3 (hình 3.8) và 5%Ag2O-SrTiO3 (hình 3.9), ngoài các nguyên t Sr, Ti, O, chúng ta còn th y xu t hi n thành ph n c a Ag trong v t li u nghiên c u. ph n Ag trong các m u SrTiO3 bi

ng t s t n t i c a thành a thí nghi

u ch .

H nh 3.8. Ph EDX c a m u 1%Ag2O-SrTiO3 H nh 3.7. Ph EDX c a m u SrTiO3

36

37

3.1.3. K t qu ch p TEM

H nh 3.10. nh TEM c a v t li u nano SrTiO3

H nh 3.9. Ph EDX c a m u 5%Ag2O-SrTiO3

38

39

nh hi

n t

truy n qua (TEM) c a các m u SrTiO3 và

1%Ag2O/SrTiO3 ,5% Ag2O/SrTiO3

c ch ra

hình 3.10 - 3.12. T hình 3.10 -

3.12 cho th y, các h t nano SrTiO3 và 1%Ag2O/SrTiO3 ,5% Ag2O/SrTiO3 u có d ng hình c

u kho ng 30nm.

Ag2O không làm

c

y, s pha t p

n hình thái h c c a oxit SrTiO3.

3.1.4. K t qu ph n x khu ch tán (DRS)

STO 0.5 1 3 5

1.0

H nh 3.11. nh TEM c a v t li u nano 1%Ag2O-SrTiO3

0.8

Abs.

0.6 0.4 0.2 0.0 200

300

400

500

600

700

800

Wavelength (nm)

-

Hình 3.13.

g2O/SrTiO3

K t qu nghiên c u tính ch t h p th ánh sáng c a v t li u nano bán d n SrTiO3 cho th y, b h p th kéo dài trên ph DRS c a các v t li u c t tr c hoành

giá tr kho

1240/400 = 3,1 eV.

ng v i giá tr

ng vùng c m Eg =

y, SrTiO3 là v t li u có kh

ng d ng t t trong

các ng d ng v quang xúc tác.

Các m u x%Ag2O/SrTiO3 th hi n kh H nh 3.12. nh TEM c a v t li u nano 5%Ag2O-SrTiO3

40

p th m nh ánh sáng trong

c sóng dài. Chúng ta nh n th y rõ quy lu t, s h p th ánh sáng kh 41

ki n c a các m u x%Ag2O/SrTiO3

ng Ag2O trong

x%Ag2O/SrTiO3

u mà chúng tôi kh o sát thì m u

5%Ag2O/SrTiO3 th hi n kh

p th ánh sáng kh ki n m nh nh t. S

h p th m

ki n c a v t li u SrTiO3 bi n tính

so v i v t li u SrTiO3 không bi

c quy cho s có m t c a Ag2O trong

thành ph n v t li u. Nguyên nhân là do oxit bán d n Ag2O c m Eg = 1,2eV nên có kh

ng vùng

p th m nh ánh sáng vùng kh ki n. Ph

ph n x khu ch tán c a các m u x%Ag2O/ SrTiO3 cho th y, vi thành ph n Ag2O vào v t li u SrTiO3 vùng c

i giá tr

t li u h p th m

m

Hình 3.14.

ki n. S h p th

ki n c a v t li u bi n tính là do thành ph n

Ag2O trong v t li u composite.

T

3.13

SrTiO3

2

Rhodamine B

5%Ag2O/SrTiO3

ng Hình 3.14 5%Ag2O/SrTiO3 Cân 50

.

SrTiO3

50 ml dung

MO l

SrTiO3

N

x%Ag2O/SrTiO3

MO MO -1700 Shimazu.

K

5%Ag2O/SrTiO3 3.2. Kh o sát ho t tính quang xúc tác c a các v t li u 3.2.1. Kh o sát th

t cân b ng h p ph c a các v t li u

N -1700 Shimazu.

K

Hình 3.15.

MO

5%Ag2O/SrTiO3

4

42

43

Hình 3.15

tác phân 5%Ag2O/SrTiO3

MO

x%Ag2O/SrTiO3 (hình 3.17)

.14 và hình 3.15 và MO

3.2.2. Kh o sát

ng c a ph

2O

bi

n ho t tính

quang xúc tác c a SrTiO3 3.2.2.1.

ng c a ph

2O

bi n tính

trong

là SrTiO3, 0,1%; 0,5%; 1%;

3% và 5% Ag2O/SrTiO3.

6 và 3.17

Rhodamine B

Hình 3.17. x%Ag2O/SrTiO3

2O/SrTiO3

hình 3.18 và 3.19

Rhodamine B

Hình 3.16.

2O/SrTiO3

Hình 3.16

SrTiO3

2

SrTiO3 5%Ag2O/SrTiO3

44

MO

Hình 3.18.

RhB

x%Ag2O/SrTiO3

45

Hình 3.18

2

SrTiO3 5%Ag2O/SrTiO3 là t x%Ag2O/SrTiO3 (hình 3.19)

Hình 3.20.

5% Ag2O/SrTiO3

MO

Hình 3.19. x%Ag2O/SrTiO3 8

hình 3.19

Ag2

và MO

ho 2O/SrTiO3

SrTiO3,

(hình 3.21)

5% Ag2O/SrTiO3 Sau 30 phút ch

7,7 SrTiO3 là 3,12%.

Sau SrTiO3 là 2,5%.

3.2.3. Ho t tính quang xúc tác phân h y RhB và MO theo th i gian c a v t li u 5% Ag2O/SrTiO3 3.2.3.1. Ho t tính quang xúc tác phân h y RhB c a 5% Ag2O/SrTiO3 % Ag2O/SrTiO3 3.21

46

y Rhodamine

Hình 3.21.

5% Ag2O/SrTiO3

47

T h nh 3.21 cho th y m u 5% Ag2O/SrTiO3 th hi n ho t t nh quang x c t c phân h y RhB khá cao trong v ng nh s n

u su t x c t c

t 46, Ag2O v o SrTiO3 n y

c gi i th c

l

c t c quang h a c a SrTiO3.

c chi u s ng, c c electron trên v ng h a tr nh y

lên v ng d n v h nh th nh m t l tr ng -

(e , h

+

u

m

SrTiO3

2O

-

+

)

SrTiO3 SrTiO3. Tuy nhiên, 3 120 phút,

9

MO

Hình 3.22.

15

5%Ag2O/SrTiO3

3.2.3.2. Ho t tính quang xúc tác phân h y MO c a 5% Ag2O/SrTiO3 % Ag2O/SrTiO3

MO

Hình 3.23.

5%Ag2O/SrTiO3

48

49

T h nh 3.23 cho th y m u 5% Ag2O/SrTiO3 th hi n ho t t nh quang x c t c phân h y MO khá cao trong v ng nh s

u su t x c t c

Qu tr nh oxi h a c c ch t h u

ng c th x y ra do ph n ng tr c

ti p c a ch ng v i l tr ng quang h

t o th nh c c g c t

h y dây chuy n t o th nh s n ph m.

R + h+ 3

12

15

+ O2

b -

RCOO + h

+

b

R +CO2

.

5% Ag2O/SrTiO3 3

-

CB)

+ VB):

và CB

SrTiO3 + h

+ h+VB

b) SrTiO3

: -

SrTiO3 + h h+ + H2

cb

+

h+(vb)

+ H+

h+ -

cb

3

2

superoxit. e-cb + O2 HOO + H2 d)

2

+

O2

2O2

+ HO

xyl HO

R + HO + O2

+ H2O S n ph m phân h y

50

S n ph m phân h y

51

phân

K T LU N

TÀI LI U THAM KH O

vào các k t qu 1.

t lu n sau:

x% Ag2O/SrTiO3 2.

c tr

u tr c, thành ph n hóa h c, hình thái b m t

n t truy n qua (TEM). Các m u v t li

pha tinh th c a SrTiO3 3.

1. Nguy

- gel.

c a c c v t li u b ng nhi u x tia X (XRD), ph tán x hi

I. Ti ng Vi t

u ch thành công v t li u nano tinh th SrTiO3

ng tia X (EDX), u ch

o sát tính ch t h p th

ngu n, Nhà xu t b n Khoa h c T nhiên và Công ngh , Hà N i.

2. Hoàng Tri u Ng FeO3

u có c u trúc

c h t trung bình kho ng 30 nm.

h p th m nh ánh sáng kh ki n m

th hi n kh

u so v i SrTiO3

t

li u 5% Ag2O/SrTiO3 h p th ánh sáng kh ki n m nh nh t.

4.

o sát ho t tính quang xúc tác phân h y RhB và MO c a các v t

ih

T ng h p nghiên c

t tính xúc

khoa h

i h c Qu c gia Hà N i, 68trang.

4.

Khoa h c và công ngh nano, Nhà xu t b n Tri th c thành ph H Chí Minh.

5.

Th

,

nh

t o và nghiên c u các tính ch t c a c m bi n

v t li

Lu n án ti

cv t

li u,Vi nkhoa h c và công ngh v t li u Hà N i, 123 trang.

Ag2O/SrTiO3 cho th y m u 5% Ag2O/SrTiO3 có ho t tính quang xúc tác l n nh t so v i các m u còn l i. Sau kho ng 180 phút chi u ánh sáng kh ki n hi u su t quang xúc tác phân h y tl

n t t nghi

tác c a mang trên v t li u mao qu n trung bình SBA - 15

li u trong vùng ánh sáng kh ki n. K t qu kh o sát

RhB và MO c a m u 5% Ag2O/SrTiO3

u ki n t ng h p b t perovskit Y

Ph m tp.HCM, 47 trang.6

Ag2O/SrTiO3 (x = 0; 0,5; 1; 3; 5) b ng ph ph n x khu ch tán UV-Vis (DRS).

2O

Kh

3. Ngô Ti n Quy

quang h c c a

K t qu cho th y, các v t li u SrTiO3

Hóa h c nano- Công ngh n n và v t li u

t là 46,5 và 58,26 %.

6.

Th bi n nh y

t o và nghiên c u các tính ch t c a c m ic

v t li

Lu n án ti

h c v t li u,Vi n khoa h c và công ngh v t li u Hà N i, 123 trang.

7. Ch t o SrTiO3 có các b m

d ng dòng mu i nóng ch y và

nâng cao h at tính quang xúc tác ng d ng trong tách n

c Hideki Kato,

Makoto Kobayashi, Michikazu Hara và Masato Kakihana II. Ti ng Anh 8. Alex T. Kuvarega, Rui W. M. Krause, and Bhekie B. Mamba (2011) Nitrogen/Palladium-Codoped

TiO2

Photocatalytic Dye Degradation (22110- 22120).

52

53

for Efficient Visible

Light

American Chemical Society ,115,

9. Amy L. Linsebigler, Guangquan Lu and John T. Yates, (1995).

2

TiO2

surfaces: Principles, Mechanisms and Selected

, Chem. Rev. 95. pp. 735-758.

International Journal of Photoenergy, Article ID 631435 (9).

18.Meng Ni, Michael K.H. Leung , Dennis Y.C. Leung, K. Sumathy (2007),

10.

f metal ion dopants

opments in photocatalytic water-splitting using

in quantum-sized TiO2: correlation between photoreactivity and charge

TiO2

J Phys Chem;84:13669-13679.

The University of Hong Kong, Pokfulam Road, Hong Kong, Renewable and

11.Duc-Nguyen Bui, Jin Mu, Lei Wang, Shi-Zhao Kang, Xiangqing Li Preparation of Cu-loaded SrTiO3 nanoparticles and their photocatalytic

activity

aqueous solution

for

hydrogen

evolution

from

Department of Mechanical Engineering,

Sustainable Energy Reviews (11), 401-425.

19.Teshome Abdo Segne1, Siva Rao Tirukkovalluri1 and Subrahmanyam

methanol

Applied Surface Science 274 (2013) 328-333.

Activities of Visible Light Sensitive TiO2 Nano Catalysts Co-doped with International Research Journal of Pure & Applied

12. Feng LR, Lu SJ, Qiu FL. photocatalytic activities of nanometer TiO2. Acta Chimica Sinica [in Chinese] 2002;60(3):463-7.

Chemistry, (3), 84-103, India.

20.

13. Hao-Li Qin, Guo-

Preparation of nitrogen-doped

titania with visible-light activity and its application , Comptes Rendus Chimie,

Chemical Reviews, 107 (7), 2891-2959.

21.Ye Cong, Jinlong Zhang, Feng Chen, Masakazu Anpo, and Dannong He,

11 (1-2), pp. 95-100.

14.Hongqi Sun, Yuan Bai, Huijing Liu, Wanqin Jin, Nanping Xu (2009), Photocatalytic decomposition of 4-chlorophenol over an efficient N-doped TiO2 under sunlight irradiation

Journal of Photochemistry and

Photobiology A: Chemistry, 201 (1), pp. 15-22.

15. Jianchun Bao, Kaixi Song, Jiahong Zhou

TiO2Co-

J. Phys. Chem. C, 111 (28),

10618-10623.

22.Yihe Zhang, Fengzhu Lv, Tao Wu, Li Yu, Rui Zhang, Bo Shen, Xianghai

Photocatalytic Activity

of (Copper, Nitrogen)-Codoped TitaniumDioxide Nanoparticles

Meng, Zhengfang Ye, Paul K. Chu (201

The

American Ceramic Socicty, 91, (1369-1371)

-Gel Sci Technol., 59:387-391.

16. Jina Choi, Hyunwoong Park, Michael R. Hoffmann

23.Zhongqing Liu, Yanping Zhou, Zhenghua Li, Yichao Wang,

Single Metal-Ion Doping on the Visible-Light Photoreactivity of TiO2 J. Phys. Chem. C, 114 (2), pp 783-792

and -

doped TiO, by TiCl4, sol-

17. Kangqiang Huang, Li Chen, Jianwen Xiong, and Meixiang Liao (2012) ght-Activated Fe, N co-doped

54

-doped TiO2 with

55