Ảnh hưởng của pH lên cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnWO4

Trong bài báo này, chúng tôi chế tạo vật liệu ZnWO4 bằng phương pháp thủy nhiệt ở nhiệt độ 180oC với độ pH của dung dịch khác nhau và thảo luận về cấu trúc, tính chất quang và quang xúc tác của hệ vật liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của pH lên cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnWO4 JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2014, Vol. 59, No. 1A, pp. 66-71 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn ẢNH HƯỞNG CỦA pH LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU ZnWO4 Nguyễn Mạnh Hùng1,2 , Nguyễn Thị Minh Châu1 , Lâm Thị Hằng3 , Dư Thị Xuân Thảo2 và Nguyễn Văn Minh1 1 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất; 3 Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Tóm tắt. Vật liệu ZnWO4 với điều kiện pH = 5, 6, 7, 8, 9, 10 và 11 được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. Phép đo phổ nhiễu xạ tia X cho thấy các mẫu được chế tạo ở điều kiện pH < 8 kết tinh đơn pha với cấu trúc đơn tà wolframite. Cấu trúc và tính chất quang của vật liệu ZnWO4 còn được phân tích qua phép đo phổ tán xạ Raman và phổ hấp thụ. Bề rộng vùng cấm quang của hệ vật liệu ZnWO4 được xác định khoảng 3,12 ÷ 3,23 eV khi tăng độ pH. Hiệu ứng quang xúc tác của vật liệu ZnWO4 được thử nghiệm trong việc xử lí xanh metylen (MB) trong dung dịch 5 ppm dưới kích thích của ánh sáng UV. Mẫu ZnWO4 ứng với pH = 7 làm giảm nồng độ của MB xuống 85% sau 3,5 giờ chiếu sáng. Từ khóa: ZnWO4 , pH, quang xúc tác, xanh metylen.1. Mở đầu Trong những năm gần đây, ZnWO4 là vật liệu thu hút được nhiều quan tâm do cáctính chất lí thú của chúng. ZnWO4 được cho là một loại vật liệu quan trọng với nhiều ứngdụng như chất phát quang nhấp nháy, laser, sợi quang, sensor [1-3], tính chất quang xúctác của vật liệu này được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ [4-6]. Trong lĩnh vực xửlí môi trường, vật liệu quang xúc tác TiO2 đang là lựa chọn tốt [7-8], tuy nhiên ZnWO4cũng hứa hẹn khả năng ứng dụng tương tự do có bề rộng vùng cấm tương đương và việcdễ dàng tách khỏi dung dịch nhằm thu hồi tái sử dụng sau các quá trình xúc tác. Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu ZnWO4 , vật liệuZnWO4 pha tạp như phương pháp Czochralski [9], phương pháp sol-gel [10], phươngpháp thủy nhiệt [11]. Tuy nhiên, phương pháp thủy nhiệt là phương pháp khá đơn giản đểtổng hợp vật liệu mà có thể điều khiển được nồng độ, hình dạng và kích thước hạt tinh thểvật liệu ZnWO4 .Liên hệ: Nguyễn Mạnh Hùng, e-mail: manhhungmdc@gmail.com.66 Ảnh hưởng của pH lên cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu ZnWO4 Trong bài báo này, chúng tôi chế tạo vật liệu ZnWO4 bằng phương pháp thủy nhiệtở nhiệt độ 180◦ C với độ pH của dung dịch khác nhau và thảo luận về cấu trúc, tính chấtquang và quang xúc tác của hệ vật liệu.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm ZnWO4 (pH = 5, 6, 7, 8, 9, 10 và 11) được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt,từ các tiền chất Na2 WO4 .2H2 O, Zn(CH3 COO)2 . Các muối được hòa tan trong nước rồiđược trộn với nhau một cách từ từ. Độ pH của dung dịch được thay đổi bằng dung dịchNH3. Hệ được cho vào bình Teflon 100 ml, giữ ở nhiệt độ 1800 C trong 6 giờ. Kết tủa thuđược sau đó được lọc rửa nhiều lần, li tâm và sấy khô ở 800 C. Sản phẩm cuối cùng đemkhảo sát bằng các phép đo và thực hiện phản ứng quang xúc tác. Khả năng quang xúc tác của hệ vật liệu ZnWO4 với pH = 5-11 được thử nghiệmvới dung dịch xanh metylen (MB) có nồng độ 5 ppm, dưới sự kích thích của ánh sángbước sóng 254 nm. Đầu tiên, 0,03 g ZnWO4 được cho vào 100 ml dung dịch MB, khuấytừ trong điều kiện không chiếu ánh sáng trong thời gian 30 phút nhằm đạt trạng thái hấpphụ bão hòa. Sau đó dung dịch được đem ra chiếu sáng, thời gian bắt đầu được tính. Cứsau 30 phút, một lượng nhỏ dung dịch được lấy ra, li tâm lọc kết tủa và đem đo xác địnhnồng độ MB còn lại trong dung dịch. Cấu trúc vật liệu được khảo sát bởi nhiễu xạ kế tia X D5000-Siemens với bức xạCu − K ( = 1,5406 A).˚ Phổ tán xạ Raman được đo trên hệ Labram HR 800. Phổ hấp thụđược khảo sát trên hệ đo Jasco-V670.2.2. Kết quả và thảo luận Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu ZnWO4 với pH khác nhau chế tạo bằngphương pháp thủy nhiệt ở nhiệt độ 1800 C được trình bày trên Hình 1. Hình 2. Sự phụ thuộc kích thước hạt tinh Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu thể tính theo công thức Scherrer và tỉ lệ ZnWO4 với pH = 5, 6, 7, 8, 9, 10 và 11 cường độ đỉnh (110)/(011) ở pH 67 N.M. Hùng, N.T.M. Châu, L.T. Hằng, D.T.X. Thảo, N.V. Minh Trên giản đồ XRD của các mẫu với pH = 5, 6 và 7 quan sát thấy tất cả các đỉnh tạivị trí góc 2θ khoảng 23,8; 24,5; 30,5; 30,7; 31,2; 36,4; 38,3; 41,2; 48,7; 51,7 và 53,6 độ.Đối chiếu với thẻ chuẩn JCPDS số 15-0774 của tinh thể ZnWO4 trong thư viện ICDD,ta thấy các đỉnh phổ tương ứng với họ các mặ ...