Khảo sát hiệu ứng quang xúc tác của composite ZnO-CuO

Trong báo cáo này, nanocomposite ZnO-CuO được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa, mẫu chế tạo có tác dụng quang xúc tác tốt khi được chiếu xạ bằng đèn xenon. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát hiệu ứng quang xúc tác của composite ZnO-CuO JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2014, Vol. 59, No. 1A, pp. 29-36 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn KHẢO SÁT HIỆU ỨNG QUANG XÚC TÁC CỦA COMPOSITE ZnO-CuO Nguyễn Thị Hương, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Đăng Phú, Vũ Minh Nguyên và Đỗ Danh Bích Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt và tính chất quang của vật liệu composite ZnO-CuO chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa đã được khảo sát bằng các phép đo: nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét hiệu ứng trường (FESEM), phổ hấp thụ. Các kết quả nhận được cho thấy vật liệu tổ hợp của hai pha ZnO và CuO đã được chế tạo. Hiệu ứng quang xúc tác của composite ZnO-CuO được tiến hành với dung dịch xanh metylen dưới bức xạ đèn Xe. Dung dịch Xanh metylen hoàn toàn mất màu sau 180 phút quang xúc tác. Vật liệu composite ZnO-CuO có nhiều triển vọng ứng dụng trong xử lí môi trường. Ảnh hưởng của độ pH trong dung dịch lên sự mất màu của Xanh metylen cũng được nghiên cứu để giải thích quá trình động học của mất màu Xanh metylen. Kết quả chỉ ra rằng độ pH là một hệ số then chốt làm mất màu Xanh metylen sau đó làm thay đổi mức độ axit của bề mặt chất xúc tác làm ảnh hưởng tới hoạt động quang xúc tác. Khi độ pH nhỏ hơn 3 phản ứng quang xúc tác hầu như không xảy ra. Độ pH tốt nhất cho phản ứng quang xúc tác là pH = 11. Từ khóa: Composite ZnO-CuO, hiệu ứng quang xúc tác1. Mở đầu ZnO là hợp chất bán dẫn thuộc nhóm AII BIV có độ rộng vùng cấm lớn (cỡ 3.37 eV)và là chất quang xúc tác mạnh, có thể dùng để phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại vàdiệt khuẩn trong môi trường nước và không khí [1-3]. Nhưng việc ứng dụng ZnO trong xửlí môi trường còn hạn chế do khả năng quang xúc tác chỉ xảy ra dưới bức xạ tử ngoại [4],mà bức xạ này chỉ chiếm 5% trong bức xạ Mặt Trời. Đã có nhiều công trình nghiên cứuvới mục đích tăng khả năng quang xúc tác của ZnO trong vùng ánh sáng khả kiến nhưthay đổi kích thước hạt, tăng tỉ lệ số nguyên tử trên bề mặt hạt, tổ hợp với bán dẫn khác đểlàm giảm độ rộng vùng cấm hiệu dụng của vật liệu. Trong các phương pháp trên thì việc tổhợp hai bán dẫn khác loại để tạo ra lớp chuyển tiếp dị thể tạo ra vật liệu composite hấp thụtrong dải phổ khả kiến là phương pháp đầy hứa hẹn. Một số nghiên cứu đã phát hiện khiLiên hệ: Nguyễn Thị Hương, e-mail: nguyenhuong2710@gmail.com. 29 Nguyễn Thị Hương, Nguyễn Văn Hùng, Nguyễn Đăng Phú, Vũ Minh Nguyên, Đỗ Danh Bíchthêm bán dẫn khác vào ZnO thì bề rộng vùng cấm hiệu dụng giảm, vùng hấp thụ mở rộngsang vùng ánh sáng nhìn thấy và kết quả hoạt động quang xúc tác hiệu quả hơn. Có nhiềubán dẫn oxit kim loại đã được tổ hợp với ZnO như SnO2 , Fe2 O3 , WO3 , CdS, ZnS, . . .trong đó có CuO [6-8]. CuO là vật liệu bán dẫn loại p có vùng cấm hẹp (Eg =1,2 eV), khi tổ hợp với ZnOcó thể tạo ra lớp chuyển tiếp dị thể p-n [9, 10]. Nhờ lớp chuyển tiếp dị thể p-n của vật liệucomposite ZnO-CuO, các quá trình truyền hạt dẫn giữa hai chất bán dẫn xảy ra, dẫn đếnđộ rộng vùng cấm hiệu dụng giảm [11,12]. Một trong các ứng dụng của vật liệu compositeZnO-CuO là hiệu ứng quang xúc tác có tác dụng khử màu của xanh metylen. Kết quả thựcnghiệm đã chứng tỏ nanocomposite ZnO-CuO có khả năng hoạt động quang xúc tác trongvùng ánh sáng khả kiến. Trong báo cáo này, nanocomposite ZnO-CuO được chế tạo bằng phương pháp đồngkết tủa, mẫu chế tạo có tác dụng quang xúc tác tốt khi được chiếu xạ bằng đèn xenon.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm Chế tạo mẫu ZnO-CuO composite Hoá chất sử dụng: ZnCl2 , CuSO4 .5H2 O, NaOH. Thực nghiệm: Hòa tan ZnCl2 và NaOH trong nước cất ở ở nhiệt độ 95◦C trong 7,5giờ với sự trợ giúp của máy khuấy từ. Sau đó, dung dịch được quay li tâm và rung siêu âmđể thu được hạt nano ZnO. Dung dịch CuSO4 được chế tạo từ CuSO4 .5H2 O hòa tan trong nước cất. Hỗn hợp hai dung dịch ZnO và CuSO4 được rung siêu âm trong 45ph và khuấytừ ở nhiệt độ phòng trong 4h. Độ pH được điều chỉnh nhờ dung dịch NaOH . Sau đó,mẫu được quay li tâm và rung siêu âm 5 - 6 lần. Sau đó cô cạn kết tủa, ta thu đượcZnO-CuO composite. Việc chế tạo mẫu được tiến hành nhiều lần với những tỉ lệ thànhphần ZnO-CuO khác nhau để thu được các nanocomposite ZnO-CuO với các tỉ lệ CuOtăng dần: 1:50; 1:40; 1:30; 1:20; 1:10. Quang xúc tác composite ZnO-CuO Hoá chất sử dụng: Composite ZnO-CuO, dung dịch xanh metylen(C16 H18 N3 SCl, MB) 100ppm. - Cân 30 mg ZnO-CuO cho vào 50 mL nước cất. Rung siêu âm 30 phút. - Cho 50 mL dung dịch (dd) MB 100 ppm vào 50 mL dd ZnO-CuO. Bắt đầu chiếu đèn: Sau 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút, 180 phú ...