Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO pha tạp cacbon hoạt tính

Vật liệu Kẽm Oxit pha tạp cacbon hoạt tính được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Tính chất của vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (Uv-Vis), phổ hồng ngoại (FT IR) và phổ huỳnh quang (PL). Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng cacbon độ rộng vùng cấm của vật liệu ZnO giảm. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu được khảo sát qua quá trình phân hủy xanh metyllen.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnO pha tạp cacbon hoạt tính12, Số2018Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, ISSN: 1859-0357, Tập 12, SốTập1, 2018,Tr.1,63-69HOẠT TÍNH QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU ZnOPHA TẠP CACBON HOẠT TÍNHNGUYỄN NGỌC KHOA TRƯỜNG*, NGUYỄN VĂN NGHĨA,LÝ THỊ KIM CÚC, NGUYỄN TƯKhoa Vật lý, Trường Đại học Quy NhơnTÓM TẮTVật liệu Kẽm Oxit pha tạp cacbon hoạt tính được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Tính chấtcủa vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM),phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (Uv-Vis), phổ hồng ngoại (FT IR) và phổ huỳnh quang (PL). Kết quả cho thấykhi tăng hàm lượng cacbon độ rộng vùng cấm của vật liệu ZnO giảm. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệuđược khảo sát qua quá trình phân hủy xanh metyllen.Từ khóa: ZnO, Pha tạp cacbon, quang xúc tác.ABSTRACTThe Photocatalytic Activity of Activated Cacbon Doped ZnOIn the present study, Zinc oxide (ZnO) was doped with activated carbon by hydrothermal method.The powder was characterized by X-ray difraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), UV-visspectroscopy, IR and photoluminescence spectra. The results showed that the amount of doped carbondecreases the energy band gap of ZnO. The fabricated samples were used in the photocatalytic degradationof methylene blue (MB).Keywords: ZnO, doping C, photocatalytic..1. Mở đầuTrong số rất nhiều các chất và hợp chất bán dẫn, kẽm ôxít (ZnO) được biết đến là một chấtbán dẫn đặc biệt với cấu trúc vùng năng lượng của điện tử thẳng, nghĩa là vùng năng lượng dẫnthấp nhất và vùng năng lượng hóa trị cao nhất đều xảy ra xung quanh tâm vùng Brillouin, do đócác quá trình chuyển quang thẳng được ưu tiên xảy ra và độ rộng vùng cấm lớn, Eg~3.3 eV ở nhiệtđộ phòng (300 K). Thêm nữa, với năng lượng liên kết exciton lên tới 60 eV, vật liệu này có tiềmnăng rất lớn trong việc phát triển các loại linh kiện phát quang cường độ cao và hiệu năng cao nhờcác quá trình chuyển quang (tái hợp điện tử-lỗ trống) diễn ra ngay tại biên của các vùng dẫn vàhóa trị. So với các chất bán dẫn vùng cấm rộng khác, ví dụ GaN (Eg~3.4 eV ở 300 K) - loại vậtliệu ZnO được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo các loại linh kiện phát ánh sáng trắng, hay ánhsáng trong vùng xanh-tử ngoại và xanh lá cây. Bên cạnh đó vật liệu ZnO có nhiều ưu điểm nổi bậthơn hẳn, chẳng hạn như dễ dàng được tổng hợp nhờ những công nghệ đơn giản và cấu trúc tinhthể thường có chất lượng rất tốt, do đó có thể góp phần làm giảm giá thành của các sản phẩm linhkiện làm từ vật liệu này.Email: nguyenngockhoatrương@qnu.edu.vnNgày nhận bài: 13/3/2017; Ngày nhận đăng: 12/5/2017*63Nguyễn Ngọc Khoa Trường, Nguyễn Văn Nghĩa, Lý Thị Kim Cúc, Nguyễn TưNgày nay người ta có thể chế tạo vật liệu ZnO cấu trúc nano ở phạm vi lớn với giá thànhthấp bằng phương pháp tạo phản ứng thông qua các dung dịch như sol-gen, lắng đọng pha hơi,hóa ướt, phản ứng pha khí, thủy nhiệt,... Do sự phát triển tinh thể có những hướng ưu tiên nênZnO có dạng thù hình rất phong phú như dạng dây nano (nanowire), đai nano (nanobelt), dạngđầu bút chì (pencil-like), dạng tấm (sheet-like), dạng tháp đôi (Twinned pyramiddal-like) [1] …Việc hình thành các dạng này phụ thuộc nhiều vào các điều kiện công nghệ. Trong các phươngpháp chế tạo vật liệu ZnO đã nêu ở trên, phương pháp thủy nhiệt rất được quan tâm vì tính đơngiản về thiết bị, nhiệt độ kết tinh thấp, sản phẩm có tính đồng nhất, thân thiện với môi trường vàđộ an toàn cao [2]. Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy vi cấu trúc và tính chất vật lýcủa vật liệu ZnO chế tạo theo phương pháp thủy nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố như nguồn Zn banđầu, nồng độ dung dịch, độ pH của dung dịch, nhiệt độ và thời gian phản ứng (thủy nhiệt), nhiệtđộ và thời gian nung mẫu.Các bon được xem là nguyên tố pha tạp đầy hứa hẹn cho khả năng điều khiển cả tính chấttừ và tính dẫn loại p của ZnO [3]. Nhiều công bố trong những năm gần đây cho thấy ZnO pha tạpC có từ tính ngay tại nhiệt độ phòng và đồng thời có thể tạo ra bán dẫn loại p trên cơ sở ZnO:C[4].Xét về mặt quang học, đã có nhiều công bố cho thấy C pha tạp sẽ làm tăng quá trình hấp thụ vàgiảm quá trình phát xạ của ZnO. Kết quả đo phổ huỳnh quang của cấu trúc dị thể ZnO-C chỉ rarằng, cường độ huỳnh quang của mẫu ZnO-C giảm so với mẫu ZnO. Khi pha tạp C hoạt tínhquang xúc tác của vật liệu ZnO tăng mạnh trong vùng ánh sáng khả kiến. Zang và cộng sự [5] đãso sánh hoạt tính quang xúc tác vật liệu ZnO:C với các vật liệu ZnO/g-C3N4 TiO2 nano thương mạiP25 khi kích thích trong vùng ánh sáng khả kiến; Kết quả vật liệu ZnO:C có hoạt tính cao nhất sovới các vật liệu còn lại. Chen và cộng sự [6] đã khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu ZnOpha tạp C hoạt tính khi cho phân hủy Rhodamine B dưới bức xạ 365 nm đã cho kết quả tốt hơn sovới vật liệu ZnO và C hoạt tính. Tuy nhiên các phương pháp chế tạo vật liệu tương đối phức tạpnhư lắng đọng xung laser [7], phương ph ...