Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của lớp chuyển tiếp dị thể p-Si/n-ZnO/n-ZnO: Sn cấu trúc dây nano chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt

Để tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác của n-ZnO, chúng tôi ñã pha vào n-ZnO một lượng Sn nhất định. Khi đó Sn4+ thay vào các vị trí Zn2+, kết quả là có thêm hai electron tự do bổ sung, góp phần vào sự dẫn điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của lớp chuyển tiếp dị thể p-Si/n-ZnO/n-ZnO:Sn cấu trúc dây nano chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt TẠP CHÍ KHOA HỌC − SỐ 18/2017 75 NGHIÊN CỨ CỨU TÍNH CHẤ CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦ CỦA LỚ LỚP CHUYỂ CHUYỂN TIẾ TIẾP DỊ DỊ THỂ THỂ p-Si/n- Si/n-ZnO/n- ZnO/n-ZnO:Sn CẤ CẤU TRÚC DÂY NANO CHẾ CHẾ TẠO BẰ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ THỦY NHIỆ NHIỆT Nguyễn Đình Lãm1, Nguyễn Thị Hoa1, Nguyễn Văn Hùng1, Phạm Văn Vĩnh1, Đặng Trần Chiến2 1 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Trường Đại học Tài nguyên & Môi trường Hà Nội Tóm tắ tắt: Để tăng hiệu suất phản ứng quang xúc tác của n-ZnO, chúng tôi ñã pha vào n- ZnO một lượng Sn nhất ñịnh. Khi ñó Sn4+ thay vào các vị trí Zn2+, kết quả là có thêm hai electron tự do bổ sung, góp phần vào sự dẫn ñiện. Sự sai khác trong bán kính ion của Sn4+ (0,071 nm) và Zn2+ (0,074 nm) rất nhỏ nên các ion Sn4+ có thể dễ dàng tích hợp vào các mạng tinh thể ZnO. Do ñó ZnO pha tạp Sn có thể tăng khả năng dẫn ñiện cũng như quang xúc tác. Kết quả ño quang xúc tác cho thấy khi pha tạp Sn ở các nồng ñộ 0 % ñến 3% thì sự giảm nồng ñộ RhB bởi p-Si/ZnO/n-ZnO:1%Sn thanh nano là cao nhất so với các mẫu khác trong cùng một thời gian. Cấu trúc p-Si/ZnO/n-ZnO:Sn (1-3% Sn) thanh nano thể hiện khả năng hoạt ñộng quang xúc tác cao hơn so với cấu trúc p-Si/ZnO thanh nano. Từ khóa: khóa ZnO pha tạp Sn, p-Si/n-Zn thanh nano, p-Si/n-ZnO/n-ZnO:Sn thanh nano. Nhận bài ngày 11.8.2017; gửi phản biện, chỉnh sửa và duyệt ñăng ngày 10.9.2017 Liên hệ tác giả: Nguyễn Đình Lãm; Email: lam.nd@hnue.edu.vn 1. MỞ ĐẦU ZnO với vai trò là chất xúc tác quang hóa ñã thu hút ñược sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Do các ưu ñiểm nổi bật của ZnO như giá thành rẻ, bền trong những ñiều kiện môi trường khác nhau, không ñộc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp. ZnO dùng làm chất xúc tác sẽ ñẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới ánh sáng tử ngoại (có bước sóng λ < 380 nm) [1]. Vì vậy, vật liệu ZnO ñược nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý môi trường nước và khí với vai trò là chất xúc tác quang hóa. Tuy nhiên, ZnO có ñộ rộng vùng cấm lớn (3.37 eV) do ñó nó chủ yếu nhận kích thích trong vùng ánh sáng tử ngoại tức là trong phản ứng quang xúc tác, ZnO chỉ sử dụng ñược từ 3- 5% năng lượng mặt trời [2]. Để làm tăng hiệu suất của phản ứng quang xúc tác của ZnO, 76 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ ĐÔ H NỘI nhiều giải pháp khác nhau ñã ñược nghiên cứu. Gần ñây sự pha tạp kim loại hoặc oxit với ZnO giúp tăng khả năng quang xúc tác ñã thu ñược nhiều sự chú ý của các nhóm các nhà khoa học khác nhau. Có nhiều biện pháp làm tăng khả năng quang xúc tác của ZnO. Vật liệu C3N4/ZnO, Ag/ZnO, CuS/ZnO, ZnO pha tạp Al cũng như màng ZnO nanorods trên ñế Si có khả năng quang xúc tác mạnh ñã ñược nghiên cứu chế tạo thành công [3-6]. Đối với p-Si/n-ZnO thanh nano thì lớp ZnO thanh nano có tác dụng hấp thu ánh sáng và chống phản xạ. Lớp tiếp xúc dị thể p-n khi ghép 2 vật liệu (ZnO và Si) có ñộ rộng vùng cấm khác nhau sẽ làm cản trở khả năng tái hợp của cặp ñiện tử - lỗ trống do ñó hiệu suất quang xúc tác ñược cải thiện. Nhiều tạp chất kim loại hóa trị 4 ñã ñược thêm vào n-ZnO ñể tăng cường tính chất ñiện và tính chất quang học của nó. Khi ZnO pha tạp Sn, các ion Sn4+ thay vào các vị trí Zn2+, kết quả là có thêm hai electron tự do ñóng góp ñáng kể vào tính dẫn ñiện của ZnO. Do sự sai khác trong bán kính ion của Sn4+ (0,071 nm) và Zn2+ (0,074 nm) là rất nhỏ nên các ion Sn4+ có thể dễ dàng tích hợp vào mạng tinh thể ZnO [7]. Do ñó ZnO pha tạp chất Sn có thể tăng khả năng dẫn ñiện cũng như quang xúc tác. Có nhiều kỹ thuật chế tạo màng ZnO khác nhau nhưng phương pháp sol-gel và thủy nhiệt là tương ñối ñơn giản và rẻ tiền. Do ñó chúng tôi chọn hai phương pháp trên ñể chế tạo cấu trúc p-Si/n- ZnO/n-ZnO:Sn thanh nano. Việc ñánh giá khả năng quang xúc tác của cấu trúc chế tạo ñược thông qua việc sử dụng chất thử là Rothamine B (RhB). 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo mẫu 20 ml dung dịch Isopropyl alcohol (IPA) có chứa 0.438 g Zn(CH3COO)2.2H2O ñược khuấy ñều trong khoảng 1h bằng máy khuấy từ ở nhiệt ñộ phòng. Sau ñó thêm 1 ml Diethylamine (DEA) vào dung dịch trên và tiếp tục khuấy từ trong khoảng 1h ñể ñược dung dịch ñồng nhất và trong suốt có nồng ñộ 0. ...