- Theo kết quả được công bố, hiệu suất quang lượng tử tách hydro đạt cao nhất là 56 % khi sử dụng hệ vật liệu NaTaO3 pha tạp La(III) và sử dụng NiO đồng xúc tác [70]. - Hiệu suất này cao hơn nhiều lần so với sử dụng vật liệu xúc tác trên cơ sở TiO2 [119]. - Ngoài hướng nghiên cứu biến tính vật liệu, nhiều nghiên cứu quan tâm tới phương pháp chế tạo vật liệu NaTaO3. - Biến tính vật liệu NaTaO3 nhằm tăng hoạt tính và hiệu quả quang xúc tác của vật liệu. - Biến tính vật liệu bằng pha tạp đơn ion: Cu(II), La(III), Bi(III), Cr(III) 2 - Biến tính vật liệu bằng pha tạp đồng thời La(III), Bi(III). - Xây dựng quy trình, tối ưu hóa điều kiện chế tạo hệ vật liệu NaTaO3 theo phương pháp thủy nhiệt. - Điểm mới của luận án - Trên thế giới có nhiều công trình công bố về chế tạo vật liệu quang xúc tác NaTaO3 và NaTaO3 pha tạp theo nhiều phương pháp. - Tuy nhiên một số vấn đề như chế tạo vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) bằng phương pháp thủy nhiệt. - chế tạo vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III) và Bi(III) bằng phương pháp thủy nhiệt chưa được đề cập đến. - Các kết quả chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính chất hệ vật liệu quang xúc tác NaTaO3 và NaTaO3 đơn pha tạp La(III), Cu(II), Bi(III) và đồng pha tạp La(III), Bi(III) là hoàn toàn mới. - Đối với hệ vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) nghiên cứu trong luận án đóng góp thêm kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB của tất cả các mẫu vật liệu với tỉ lệ pha tạp khác nhau và kết quả quang xúc tác phân tách nước sử dụng vật liệu xúc tác NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III). - Cấu trúc vật liệu oxit phức hợp NaTaO3 1.1.1. - Cấu trúc tinh thể Vật liệu NaTaO3 là một oxit phức hợp có cấu trúc perovskite. - Theo các công bố, vật liệu NaTaO3 có năng lượng vùng cấm cỡ 4,0 eV. - Vì vậy, vật liệu này hoạt động xúc tác quang dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại. - Honda, nhiều nghiên cứu tìm kiếm vật liệu quang xúc tác cho phản ứng phân tách H2 và O2 từ nước đã được thực hiện. - Để chế tạo vật liệu quang xúc tác hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy có thể tổng quan các định hướng nghiên cứu đã được tiến hành là. - Biến tính vật liệu bằng các pha tạp thích hợp làm giảm năng lượng vùng cấm. - Chế tạo vật liệu có tâm quang xúc tác lớn để tăng tốc độ phản ứng oxy hóa và phản ứng khử nước. - Quy trình chế tạo vật liệu NaTaO3 Hình 2.2. - Quy trình chế tạo vật liệu NaTaO3 biến tính men, kính tự làm sạch [5-8, 10]. - Các hướng nghiên cứu hầu hết tập trung vào tính chất điện, từ, xúc tác của vật liệu perovskite . - Chế tạo vật liệu NaTaO3 pha tạp Vật liệu NaTaO3 được biến tính bởi đơn pha tạp Cu(II), La(III), Bi(III), Cr(III) và đồng pha tạp La(III), Bi(III). - Quy trình tổng hợp vật liệu NaTaO3 biến tính như sơ đồ hình 2.2. - Chế tạovà tính chất vật liệu NaTaO3 3.1.1. - Nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu NaTaO3 3.1.1.1. - và các cộng sự lựa chọn chế tạo vật liệu ATaO3 và ANbO3 (A = Na, K) là 240 oC trong 24 giờ [109]. - Hình 3.5 là ảnh SEM mẫu vật liệu chế tạo ở 120 oC trong 12 giờ với độ phóng đại khác nhau. - Tính chất quang của vật liệu NaTaO3 Vật liệu NaTaO3 được nghiên cứu tính chất quang bằng phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis. - Chế tạo các hệ vật liệu NaTaO3 pha tạp 3.2.1. - Kết quả chế tạo vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) 3.2.1.1. - Đặc trƣng cấu trúc pha tinh thể vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) Hình 3.17 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột NaTaO3 pha tạp Cu với tỉ lệ thay đổi từ 0 - 8 % mol. - Trên giản đồ XRD của các mẫu vật liệu pha tạp đều xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể NaTaO3 cấu trúc orthorhombic. - Hình 3.18 là hình cắt giản đồ XRD của các mẫu vật liệu tổng hợp tại vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng ở vị trí góc cỡ 32,6o. - Kết quả này giống với kết quả nhiễu xạ tia X của vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn được Hình 3.15. - Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu NaTaO3 pha tạp Cu Hình 3.16. - Kết quả đo SEM-EDS mẫu bột vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) Để quan sát hình thái bề mặt hạt, cỡ hạt, sử dụng kĩ thuật hiển vi điện tử quét (SEM) khảo sát mẫu. - Phổ hấp thụ UV- Vis vật liệu NaTaO3 pha tạp Cu(II) Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu bột NaTaO3 pha tạp Cu(II) được biểu diễn trên hình 3.22. - Với các mẫu NaTaO3 pha tạp Cu(II. - Như vậy có thể thấy sự pha tạp Cu(II) trong mẫu giúp vật liệu có khả năng hấp thụ và hoạt động xúc tác quang trong vùng ánh sáng nhìn thấy. - Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu bột NaTaO3 pha tạp Cu(II nm)0 % Cu2 % Cu4 % Cu6 % Cu8 % Cu và các cộng sự thì kết quả này là do sự lai hoá giữa orbital 3d của Cu với các orbital 2p của O làm tăng mức năng lượng vùng hoá trị nhờ đó thu hẹp năng lượng vùng cấm [145]. - Kết quả chế tạo vật liệu NaTaO3 pha tạp La(III) 3.2.2.1. - Đặc trƣng cấu trúc pha tinh thể vật liệu NaTaO3 pha tạp La(III) Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu NaTaO3 pha tạp La(III) với các tỉ lệ 0. - Hiện tượng dịch đỉnh nhiễu xạ và thay đổi cường độ các vạch nhiễu xạ đặc trưng cũng được quan sát thấy tại giản đồ nhiễu xạ của vật liệu NaTaO3 pha tạp La(III) chế tạo cùng bằng phương pháp thủy nhiệt được công bố bởi Li X. - Kết quả đo SEM-EDS mẫu NaTaO3 pha tạp La(III) Ảnh SEM của các mẫu NaTaO3 pha tạp La (0-10 % mol) được trình bày trên hình 3.25. - Kích thước hạt vật liệu tương đương với kết quả thu được từ nghiên cứu của nhóm tác giả Li X. - Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ NaTaO3 pha tạp La(III. - Không quan sát thấy sự hình thành cấu trúc nano-step như được quan sát với mẫu vật liệu NaTaO3 pha tạp La(III) được chế tạo theo phương pháp pha rắn được công bố bởi nhóm tác giả Kudo A. - Kết quả nghiên cứu của các nhóm tác giả khác cũng hoàn toàn tương tự, sự pha tạp La(III) không làm thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể năng lượng vùng cấm của vật liệu. - và các cộng sự cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu Hình 3.26. - Kết quả chế tạo vật liệu NaTaO3 đơn pha tạp Bi(III) và đồng pha tạp La(III), Bi(III) Để làm rõ vai trò của đồng pha tạp, chúng tôi đánh giá đồng thời cấu trúc tinh thể, hình thái hạt và tính chất quang của hệ vật liệu đơn pha tạp Bi(III) (1-10 % mol) và đồng pha tạp La(III), Bi(III) (1-10 % mol). - Đặc trƣng cấu trúc pha tinh thể vật liệu NaTaO3 đơn pha tạp Bi(III) và đồng pha tạp La(III), Bi(III) Hình 3.29 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột NaTaO3 pha tạp Bi(III) với tỉ lệ thay đổi từ 0-10 % mol. - Như vậy các mẫu pha tạp đã có những tác động cấu trúc gây ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và độ kết tinh của vật liệu. - Hình 3.30 là hình cắt giản đồ XRD của các mẫu vật liệu NaTaO3 pha tạp Bi(III) tại vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng ở vị trí góc cỡ 32,6o. - Có sự dịch chuyển nhẹ đỉnh nhiễu xạ ở các mẫu pha tạp 1-5. - Với các mẫu đồng pha tạp La(III), Bi(III) giản đồ nhiễu xạ tia X được trình bày trên hình 3.31. - Quan sát trên giản đồ XRD của các mẫu vật liệu đồng pha tạp La(III), Bi(III) (hình 3.31) ta đều thấy sự xuất hiện các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể NaTaO3 cấu trúc orthorhombic. - Giản đồ XRD của các mẫu NaTaO3 pha tạp Bi(III) (0-10 % mol) Cường độ (đ.v.t.y) Góc 2θ (độ Hình 3.30. - Dịch chuyển đỉnh nhiễu xạ tại vị trí góc 32,6o các mẫu NaTaO3 pha tạp Bi(III) (0-10 % mol) (1) (2) Hình 3.28. - Hình 3.33 là ảnh SEM mẫu NaTaO3 pha tạp Bi(III) (0-10 % mol). - Dịch chuyển đỉnh nhiễu xạ tại vị trí góc 32,6o các mẫu NaTaO3 pha tạp La(III), Bi(III) (0-10 % mol) Hình 3.31. - Giản đồ XRD của các mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La, Bi (0-10 % mol) Góc 2θ (độ) Cường độ (đ.v.t.y) 15 d. - Ảnh SEM mẫu NaTaO3 pha tạp Bi(III) (0-10 % mol). - Hình 3.35 là ảnh SEM mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III mol). - Ảnh SEM mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) (0-10 % mol) Hình 3.34. - Kết quả EDS mẫu NaTaO3 pha tạp Bi (a),(c). - Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu bột NaTaO3 đồng pha tạp La, Bi Hình 3.38. - Hình 3.39 là phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) (0-10 % mol). - Sự mở rộng bờ hấp thụ của mẫu vật liệu này chủ yếu do vai trò của Bi pha tạp. - Kết quả chế tạo vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) 3.2.4.1. - Đặc trƣng cấu trúc pha tinh thể vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) Hình 3.42 là giản đồ XRD các mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) với tỉ lệ thay đổi từ 0-10 % mol. - Hình 3.43 là hình cắt giản đồ XRD của các mẫu vật liệu tổng hợp tại vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng ở vị trí góc cỡ 32,6o. - Kết quả đo SEM-EDS mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) Để quan sát hình thái bề mặt hạt, cỡ hạt, sử dụng kĩ thuật hiển vi điện tử quét (SEM) khảo sát mẫu. - Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) (0-10 % mol) Góc 2 θ (độ) Hình 3.43. - Khảo sát ứng dụng của vật liệu trong xúc tác quang hóa 3.3.1. - Đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3 Sử dụng các điều kiện lựa chọn, tiến hành phản ứng phân hủy MB với xúc tác quang NaTaO3. - Bên cạnh đó, so sánh với vật liệu NaTaO3 và NaTaO3 pha tạp La(III) và Sm(III) chế tạo theo phương pháp phản ứng pha rắn của nhóm tác giả Torres-Martínez L.M. - và các cộng sự [137], vật liệu NaTaO3 khảo sát có hoạt tính quang xúc tác cao hơn. - Sự tăng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu NaTaO3 trong nghiên cứu của chúng tôi có thể do yếu tố giảm kích thước hạt và độ hoàn thiện tinh thể nhờ chế tạo theo phương pháp thủy nhiệt. - Đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) Để đánh giá hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) (1- 10 % mol) chúng tôi tiến hành phản ứng ở điều kiện tương tự như đối với thực nghiệm sử dụng xúc tác NaTaO3. - Kết quả phân hủy MB sử dụng xúc tác quang NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) Thời gian (phút La, Bi Hiệu suất phân hủy. - Bảng 3.10 là kết quả so sánh hiệu suất quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3, NaTaO3 đơn pha tạp 5 % Bi(III) và NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Bi(III). - Đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) Hệ vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp La3+, Cr3+ (1-10 % mol) cũng được đánh giá hoạt tính quang xúc tác thông qua phản ứng phân hủy MB. - Kết quả phân hủy MB sử dụng xúc tác quang NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III) Thời gian (phút La, Cr Hiệu suất phân hủy. - Với mẫu sử dụng xúc tác NaTaO3 đồng pha tạp 10 % mol La(III), Cr(III) hiệu suất phân hủy MB giảm. - Dựa trên kết quả phân tích cấu trúc, hình thái và tính chất của các hệ vật liệu này có thể giải thích tương tự như với kết quả sử dụng xúc tác NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III). - Nguyên nhân tăng hoạt tính quang xúc tác có thể do sự giảm kích thước hạt và hiện tượng mở rộng bờ hấp thụ của vật liệu khi được biến tính pha tạp. - Bảng 3.12 là kết quả so sánh hiệu suất quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu NaTaO3, NaTaO3 đơn pha tạp 5 % Cr(III) và NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III). - Kết quả đạt được là tương tự với khảo sát quang xúc tác phân hủy MB sử dụng vật liệu xúc tác NaTaO3 biến tính pha tạp Bi(III) và đồng pha tạp La(III), Bi(III) (bảng 3.10). - Hiệu suất phân hủy MB theo thời gian khi chiếu đèn Compact Rạng Đông 40W Các mẫu sử dụng xúc tác là vật liệu NaTaO3 biến tính pha tạp đều cho thấy hiệu quả phân hủy MB dưới tác dụng của ánh sáng nhìn thấy. - Hiệu suất quang xúc tác là 50,52 % với mẫu sử dụng xúc tác NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III) và 49,91 % với mẫu sử dụng xúc tác NaTaO3 đơn pha tạp Cr(III) sau 420 phút phản ứng. - Trong luận án, trên cơ sở kết quả đánh giá hoạt tính của các vật liệu quang xúc tác chế tạo được, chúng tôi sử dụng hệ vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III) để nghiên cứu đối với phản ứng quang xúc tác phân tách hydro từ dung dịch nước. - Áp dụng các điều kiện chế tạo vật liệu NaTaO3 cho các vật liệu pha tạp đã chế tạo thành công vật liệu NaTaO3 đơn pha tạp Cu(II), La(III), Bi(III), Cr(III). - NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) và NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III). - Các hệ vật liệu pha tạp đều có cấu trúc tinh thể orthorhombic, kích thước hạt giảm khi nồng độ pha tạp tăng (ngoại trừ các mẫu pha tạp Cu(II. - Riêng với vật liệu pha tạp La(III) không làm thay đổi phổ hấp thụ UV-vis của vật liệu. - Đã nghiên cứu khả năng quang xúc tác phân hủy chất màu metylen xanh của vật liệu NaTaO3, NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Bi(III) và hệ NaTaO3 đồng pha tạp La(III), Cr(III). - Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu NaTaO3 được tăng lên nhờ các biến tính pha tạp. - Hiệu quả xúc tác cao nhất đối với mẫu sử dụng hệ vật liệu xúc tác NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III), chất màu MB bị phân hủy gần như hoàn toàn sau 75 phút phản ứng. - Đã nghiên cứu, khảo sát tính chất quang xúc tác của hệ vật liệu NaTaO3 đồng pha tạp 5 % La(III), Cr(III) đối với phản ứng phân tách nước
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt