Tổng hợp bán dẫn loại p-NiO/n-ZnO từ tiền chất (Ni/Zn)-ZIF-8 và ứng dụng xúc tác quang cho phản ứng phân hủy Brilliant Red B dưới ánh sáng mặt trời

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp bán dẫn p-NiO/n-ZnO từ sự nhiệt phân vật liệu composite (Ni/Zn)-ZIF-8. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp XRD, TEM và DR-UV-Vis. Bán dẫn p-NiO/n-ZnO thu được ở dạng vô định hình và thể hiện hoạt tính xúc tác quang rất cao cho phản ứng phân hủy phẩm nhuộm Brilliant Red B dưới ánh sáng mặt trời.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp bán dẫn loại p-NiO/n-ZnO từ tiền chất (Ni/Zn)-ZIF-8 và ứng dụng xúc tác quang cho phản ứng phân hủy Brilliant Red B dưới ánh sáng mặt trờiTỔNG HỢP BÁN DẪN LOẠI P-NIO/N- ZNOTỪ TIỀN CHẤT (NI/ZN)-ZIF-8 VÀ ỨNG DỤNGXÚC TÁC QUANG CHO PHẢN ỨNG PHÂN HỦYBRILLIANT RED B DƯỚI ÁNH SÁNG MẶT TRỜIMai Thị Thanh1Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp bán dẫn p-NiO/n-ZnO từ sựnhiệt phân vật liệu composite (Ni/Zn)-ZIF-8. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương phápXRD, TEM và DR-UV-Vis. Bán dẫn p-NiO/n-ZnO thu được ở dạng vô định hình và thể hiệnhoạt tính xúc tác quang rất cao cho phản ứng phân hủy phẩm nhuộm Brilliant Red B dưới ánhsáng mặt trời. Hoạt tính xúc tác quang và cấu trúc của vật liệu không thay đổi nhiều sau 3 lầnsử dụngTừ khóa: (Ni/Zn)-ZIF-8, p-NiO/n-ZnO, Brilliant Red B, Ánh sáng mặt trời.1.Đặt vấn đềPhản ứng xúc tác quang, như một công nghệ xanh, tạo ra một tiềm năng lớn để loạibỏ hoàn toàn chất độc trong môi trường nên được sử dụng rất hiệu quả và rộng rãi [1]. Nhiềunano oxide kim loại bán dẫn quang xúc tác, như Bi2O3, Fe2O3, TiO2, ZnO,... đã được pháttriển để tạo ra một môi trường trong sạch cho loài người [1]. Trong số các oxide kim loại bándẫn quang xúc tác, bán dẫn đơn oxide do các electron dẫn chính đã được nghiên cứu và ứngdụng rộng rãi như ZnO xúc tác quang cho phản ứng phân hủy phẩm nhuộm C.I. Acid Yellow23 khi chiếu tia UV [2], methyl xanh (MB), methyl da cam (MO) dưới ánh sáng mặt trời [3].TiO2 xúc tác quang cho phản ứng phân hủy naphthol blue black (NBB) khi chiếu tia UV [4],...Ngược lại, vật liệu bán dẫn đơn oxide do các lỗ trống dẫn chính như NiO, CuO,... chưa đượcnghiên cứu nhiều. Gần đây, các nghiên cứu tập trung vào sự kết hợp hai loại bán dẫn nàyvàứng dụng trong xúc tác như p-NiO/n-TiO2 xúc tác quang cho phản ứng phân hủy Cr 2O72- [5],vật liệu Ni(OH)2/ ZnO xúc tác quang cho phản ứng phân hủy các loại phẩm nhuộm azo nhưrhodamine (RB), Congo đỏ (CR), MB và MO dưới tác dụng ánh sáng khả kiến [6]. Các vậtliệu này chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, điện hóa,… Đặc biệt, phươngpháp nhiệt phân vật liệu khung hữu cơ kim loại đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoahọc. Một số nghiên cứu đã tổng hợp thành công nano ZnO từ vật liệu ZIF-8 [7, 8]. Trongnghiên cứu này, trình bày kết quả tổng hợp bán dẫn p-NiO/n- ZnO từ tiền chất (Ni/Zn)-ZIF-8và ứng dụng quang xúc tác cho sự phân hủy Brilliant Red B dưới ánh sáng mặt trời.2.Nội dung2.1 . Thực nghiệmKẽm nitrate hexahidrate (Zn(NO3)2.6H2O, Korea, ≥ 99%); niken nitrate hexahidrate(Ni(NO3)2.6H2O, Merck, ≥ 99%) được sử dụng làm nguồn kim loạị, 2-methylimidazole (C4H6N2,Sigma-Aldrich) dùng làm chất phối trí hữu cơ, methanol (CH 3OH, China, ≥ 99%) dùng làm11. TS, Khoa Lý - Hóa - Sinh, trường Đại học Quảng NamMAI THỊ THANHdung môi và phẩm nhuộm Brilliant Red B(C29H20ClN3Na2O10S3, China) được sử dụng để khảosát hoạt tính xúc tác quang.Tổng hợp (Ni/Zn)-ZIF-8 theo các tài liệu [9,10] nhưng thay thế một phầnZn(NO3)2.6H2O bằng Ni(NO3)2.6H2O với tỉ lệ mol Zn(NO3)2.6H2O/ Ni(NO3)2.6H2O trong hỗnhợp ban đầu là 9/1 : Cho dung dịch gồm 2,52 mmol nitrat kẽm ngậm nước (Zn(NO 3)2.6H2O)và 0,28 mmol niken nitrate hexahydrate Ni(NO3)2.6H2O hòa trong 1,4 mol methanol vào dungdịch gồm 64,4 mmol 2-methylimidazole (C4H6N2) hòa tan trong 1,4 mol methanol, khuấy mạnhhỗn hợp trong 24 giờ, sau đó li tâm trên máy Hettich EBA 8S với tốc độ 300 rpm trong 10phút, thu phần rắn rửa 3 lần với methanol. Sản phẩm thu được sấy qua đêm ở nhiệt độ 120oC.Tổng hợp p-NiO/n-ZnO: Cho 2 gam (Ni.Zn) - ZIF-8 vào chén sứ, đặt trong lò nungCARBOLITE (Anh), gia nhiệt đến 500oC và nung ở 500oC trong 5 giờ, làm nguội sản phẩmở nhiệt độ phòng.Cấu trúc tinh thể của vật liệu tổng hợp được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tiaX ghi trên máy D8-Avance-Bruker với tia phát xạ CuKαcông suất 40 kV, góc quét từ 1o đến30o. Hình thái của vật liệu được ghi trên máy JEOL JEM - 2100F(Nhật). Phổ UV-Vis-DR đượcđo trên máy JASCO-V670 với bước sóng từ 200 nm đến 800 nm.Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của p-NiO/n- ZnO: Cho 0,02 gam vật liệu p-NiO/nZnO vào bình dung tích 250 ml chứa 100 ml dung dịch Brilliant Red B trong nước với nồngđộ 30 mg.L-1, khuấy hỗn hợp trong bóng tối ở 28oC bằng máy khuấy từ để vật liệu phân bốđều trong hỗn hợp. Sau 5 giờ (bảo đảm cho sự hấp phụ đạt bão hòa), xác định nồng độ củadung dịch phẩm nhuộm sau hấp phụ bằng phương pháp UV-Vis Perkin-ElmerSpectrophotometer ở ëmax của phẩm nhuộm (495 nm). Hỗn hợp sau hấp phụ được khuấybằng máy khuấy từ và chiếu ánh sáng mặt trời ở nhiệt độ 28 oC và chỉ số UV = 5. Xác địnhnồng độ dung dịch phẩm nhuộm ở từng thời điểm cho đến 2 giờ.Tái sinh chất xúc tác quang: Cho 0,04 gam p-NiO/n-ZnO/ 100 mL dung dịch BrilliantRed B nồng độ 30 mg.L-1 vào bình dung tích 250 mL. Hỗn hợp phản ứng được khuấy bằngmáy khuấy từ và chiếu ánh sáng mặt trời trong 120 phút ở nhiệt độ 280C, chỉ số UV = 3. Lọclấy dung dịch xác định lại nồng ...