Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C3N4 bằng phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao sử dụng các tiền chất ure và melamine

Bài viết Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C3N4 bằng phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao sử dụng các tiền chất ure và melamine tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa dựa trên g-C3N4 với hoạt tính quang xúc tác cao thông qua phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao đơn giản, dễ dàng, sử dụng melamine và urea làm nguyên liệu ban đầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C3N4 bằng phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao sử dụng các tiền chất ure và melamine Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 8 (4), 2022 Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C3N4 bằng phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao sử dụng các tiền chất ure và melamine Synthesis of a g-C3N4 isotype heterostructures with enhanced visible-light photocatalytic activity Nông Xuân Linh1, Nguyễn Hữu Vinh2, Nguyễn Duy Trinh1* 1 Viện Ứng dung Công nghệ và Phát triển Bền vững, Đại học Nguyễn Tất Thành * Tác giả liên hệ: ndtrinh@ntt.edu.vn THÔNG TIN TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp vật liệu xúc tác quang hóa dựa trên g-C3N4 với hoạt tính quang xúc tác cao thông qua phương pháp đa trùng ngưng ở nhiệt độ cao đơn giản, dễ dàng, sử dụng melamine và urea làm nguyên liệu ban đầu. Kích thước, hình dạng và pha tinh thể của vật liệu được kiểm soát thông qua việc kiểm soát tỷ lệ khối lượng của tiền Từ khóa: chất được sử dụng trong quá trình tổng hợp. Thông qua các phân tích đặc trưng cấu trúc của vật liệu đã cho thấy rằng g- Vật liệu g-C3N4, quang xúc tác, C3N4 được tổng hợp với tỷ lệ melamine/urea khác nhau đã ảnh phân hủy RhB, chiếu xạ ánh hưởng đến sự tạo thành cấu trúc tinh thể khác nhau trong cấu sáng nhìn thấy trúc vật liệu. Hệ quả là dẫn đến hiệu quả khác nhau trong quá trình quang xúc tác của vật liệu tạo thành. ABSTRACT The synthesis of g-C3N4 isotype heterojunction has been produced by the thermal polycondensation method by mixing different ratios of precursors between melamine and urea. The isotype heterojunction CN-MU samples were characterized by X-ray diffraction spectroscopy, scanning electron microscope. The photocatalytic performance of the samples was investigated over the photodegradation of RhB dye under visible light irradiation. The isotype heterojunction of CN-MU-1:1 showed the highest degradation 93.72% for Keywords: RhB under irradiation time of 300 min. The present g-C3N4 material, synthesized isotype heterojunction CN-MU could be applied photocatalysis, RhB as a facile pathway for synthesis and as an effective pathway degradation, visible irradiation to resolve various environmental problems. 1. Giới thiệu Vật liệu graphitic carbon nitride (g-C3N4) có cấu trúc gần giống với graphene (cấu trúc đơn lớp của than chì). Với độ rộng vùng cấm hẹp (khoảng 2.7 eV) và khả năng nhạy sáng của mình, g-C3N4 thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như pin nhiên liệu, xúc tác điện hóa, quang xúc tác. Người ta có thể dễ dàng tổng hợp g-C3N4 từ melamine chỉ bằng phương pháp nhiệt. Một số tiền chất khác ngoài melamine như cyanamide, dicyanamide, urea, thiourea cũng thường được sử dụng, thế nhưng tất cả các tiền chất này đều tự phản ứng ở nhiệt độ cao và 82 Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 8 (4), 2022 chuyển thành hợp chất trung gian là melamine, vì vậy có thể xem melamine là thành phần chính tạo nên g-C3N4 (Ong et al., 2016). g-C3N4 có mức độ trùng ngưng cao và sự hiện diện của cấu trúc vòng heptazine, do đó g-C3N4 thể hiện một số ưu điểm, chẳng hạn như độ ổn định hóa lý cao và cấu trúc dải điện tử độc đáo. Các đặc tính hóa lý của g-C3N4, chẳng hạn như tỷ lệ C/N, diện tích bề mặt riêng, độ xốp, bờ hấp thụ và cấu trúc nano có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn phù hợp các tiền chất giàu nitơ và các phương pháp trùng ngưng (điều kiện phản ứng: nhiệt độ, thời gian và môi trường phản ứng). Ngoài cyanamide, dicyandiamide, melamine và thiourea là tiền chất để tổng hợp g-C3N4, urea, là một hợp chất giàu nitơ, cũng đã được chuyển hóa nhiệt thành g-C3N4. Urea gần đây đã được phát hiện là một tiền chất tuyệt vời để tổng hợp g-C3N4 dạng tấm với diện tích bề mặt riêng cao và độ xốp cao (Yu et al., 2013). g-C3N4 có nguồn gốc từ urea có cấu trúc xốp hai chiều (2D) bao gồm các tấm phẳng nhỏ có nếp nhăn. Do cấu trúc xốp và tấm vảy nhỏ được thể hiện bởi tiền chất urea, nên diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp của g-C3N4 tăng lên đáng kể, tạo điều kiện cho quá trình xúc tác quang được tăng cường. Là chất xúc tác quang bán dẫn vô cơ, g-C3N4 cũng có một số nhược điểm nội tại như tỷ lệ tái kết hợp các hạt tải điện cao, độ dẫn điện thấp và thiếu sự hấp thụ trên 460 nm (S. Zhang et al., 2015). Để tổng hợp g-C3N4 hiệu quả cao, có một số tiêu chí quan trọng phải được đáp ứng: (1) tăng tốc quá trình truyền và phân tách điện tích để ức chế tốc độ tái kết hợp, (2) tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và (3) độ ổn định quang hóa cao của chất xúc tác trong thời gian kéo dài (Prasad et al., 2020; Z. Zhang et al., 2020). Nói chung, các hợp chất nano lai mang lại nhiều ưu điểm hứa hẹn khác nhau: (1) việc sử dụng ánh sáng nhìn thấy được cải thiện, (2) sự hiện diện ...