Luận án tiến sĩ vật lý chế tạo và nghiên cứu tính chất quang xúc tác của vật liệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ----------o0o---------- PHẠM KHẮC VŨ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiMO (M = V, Ti, Sn) LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ----------o0o---------- PHẠM KHẮC VŨ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU BiMO (M = V, Ti, Sn) Chuyên ngành: Vật lí Chất rắn Mã số: 9.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Lục Huy Hoàng 2. Nguyễn Văn Hùng Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Lục Huy Hoàng và PGS.

TS Nguyễn Văn Hùng. Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với bất kỳ công trình nào đã công bố. Tác giả Phạm Khắc Vũ ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc Ďến PGS.TS Lục Huy Hoàng và PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, các thầy là những người hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua. Các thầy Ďã tận tình giúp Ďỡ tạo mọi Ďiều kiện tốt nhất, khích lệ tinh thần Ďể tôi có thêm nghị lực Ďể hoàn thành luận án.

Phương pháp giáo dục v tấm gương sáng c các thầy s lu n l những giá trị to Ďẹp m em s lu n ghi nhớ v m ng theo trong h nh tr ng cuộc Ďời n y Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội v Trường THPT Yên Khánh A - Ninh Bình Ďã tạo Ďiều kiện thuận lợi về mọi mặt Ďể tôi tập trung nghiên cứu trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn Ďối với các thầy cô Khoa Vật lí - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Ďã tr ng bị cho tôi những kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm, Ďộng viên, yêu quý, Ďùm bọc tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại Ďây Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám Hiệu, các thầy cô, các anh chị và Ďồng nghiệp trong tổ Lí, Trường THPT Yên Khánh A v Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy – Ninh Bình Ďã chi sẻ công việc, giúp Ďỡ tôi những khó khăn v tạo mọi Ďiều kiện thuận lợi Ďể tôi tập trung nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Trong thời gian làm việc và học tập tại bộ môn Vật lí Chất rắn – Điện tử, Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, tôi luôn nhận Ďược sự giúp Ďỡ trong công việc, chia sẻ kinh nghiệm, cổ vũ, Ďộng viên tinh thần c PGS TS Đỗ Danh Bích, PGS. TS Trần Mạnh Cường, PGS.

TS Phạm Văn Vĩnh, TS. Phạm Văn Hải, TS. Nguyễn Đình Lãm, TS. Phạm Đỗ Chung, TS.

Lê Thị M i O nh, TS Đinh Hùng Mạnh, TS. Trịnh Đức Thiện, TS. Nguyễn Thị Thúy, NCS. Nguyễn Đăng Phú v các anh chị em học viên cao học, các em sinh viên học tập và nghiên cứu tại Ďây.

Lời cảm ơn cuối cùng, t i d nh Ďể cảm ơn Ďến bố mẹ, anh chị em và những người thân trong gi Ďình Ďã Ďộng viên và tạo Ďiều kiện mọi mặt về tinh thần cũng như vật chất Ďể tôi tập trung nghiên cứu. Sự Ďộng viên, giúp Ďỡ, chia sẻ lớn lao c a vợ tôi, sự cổ vũ nhiệt tình c các con t i l Ďộng lực Ďể tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2020 Tác giả Phạm Khắc Vũ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Ý nghĩa BET Đo Ďẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp (Brunauer – Emmett – Teller) CB Vùng dẫn (Conduction Bands) DTA Phân tích nhiệt vi s i Differenti l Therm l n lysis EDX/EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) Eg Độ rộng vùng cấm B nd g p FWHM Độ bán rộng Full Width t H lf M ximum HC Lực kháng t Coercivity HR-TEM Kính hiển vi Ďiện tử truyền qua phân giải cao (High-Resolution Transmission Electron Microscope) MB Methylene blue (C16H18N3SCl) Mr T Ďộ dư Remn nt m gnetiz tion Ms T Ďộ bão ho S tur tion m gnetiz tion RhB Rhodamine B (C28H31ClN2O3) SEM Kính hiển vi Ďiện tử quét (Scanning Electron Microscope) TEM Kính hiển vi Ďiện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) TGA Ph p phân tích nhiệt trọng lượng Thermogr vimetric l n lysis TTiP Titanium Tetraisoproproxide (Ti(OCH(CH3)2)4) UV-vis Tử ngoại – Khả kiến Ultr violet – Visible) VB Vùng hóa trị (Valence Bands) VSM T kế mẫu rung Vibr ting S mple M gnetometer XRD Nhiễu xạ ti X X-ray Diffraction) θ Góc nhiễu xạ tia X λ Bước sóng ánh sáng ν Tần số ánh sáng iv MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC CÁC BẢNG. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ix MỞ ĐẦU.

Tổng quan về vật liệu Bi2Sn2O7. Cấu trúc tinh thể của vật liệu Bi2Sn2O7. Tính chất quang của vật liệu Bi2Sn2O7. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Bi2Sn2O7.

Các nghiên cứu nhằm tăng cường khả năng quang xúc tác của vật liệu Bi2Sn2O7. Các nghiên cứu nhằm thu hồi vật liệu Bi2Sn2O7. Tổng quan về vật liệu Bi2Ti2O7. Cấu trúc tinh thể của vật liệu Bi2Ti2O7.

Tính chất quang của vật liệu Bi2Ti2O7. Tính chất quang xúc tác của vật liệu Bi2Ti2O7. Các nghiên cứu nhằm cải thiện quang xúc tác của vật liệu Bi2Ti2O7. Thảo luận cơ chế quang xúc tác.

Tổng quan về vật liệu BiVO4. Cấu trúc tinh thể của vật liệu BiVO4. Tính chất dao động mạng của vật liệu BiVO4. Tính chất quang của vật liệu BiVO4.

Tính chất quang xúc tác của vật liệu BiVO4 .37 Kết luận chương 1. CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM. Quy trình chế tạo vật liệu v phương pháp chế tạo vật liệu. Chế tạo vật liệu nano BiVO4 bằng phương pháp hóa có hỗ trợ vi sóng.

Chế tạo vật liệu nano Bi2Ti2O7. Chế tạo vật liệu nano Bi2Sn2O7 bằng phương pháp hóa có hỗ trợ vi sóng. Chế tạo vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4. Các thiết bị và kỹ thuật Ďược sử dụng Ďể phân tích Ďặc trưng mẫu.

Kính hiển vi điện tử quét. Kính hiển vi điện tử truyền qua và truyền qua phân giải cao. Phép đo phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng. Phép đo nhiễu xạ tia X.

Phép đo phổ hấp thụ UV-vis. Phép đo phổ tán xạ Raman. Phép đo phổ tán sắc năng lượng tia X. Phép đo phổ huỳnh quang.

Phép đo chu trình từ trễ. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp N2. Phép đo hoạt tính quang xúc tác .59 Kết luận chương 2. KẾT QUẢ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BiVO4.

Ảnh hưởng c Ďộ pH. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu được chế tạo có độ pH khác nhau. Ảnh SEM của các mẫu chế tạo ở pH khác nhau. Phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu chế tạo ở pH khác nhau.

Ảnh hưởng c Ďiều kiện xử lý nhiệt. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu sau khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Phổ tán xạ Raman của các mẫu khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Ảnh SEM và HRTEM của các mẫu ủ ở các nhiệt độ khác nhau.

Phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu ủ ở nhiệt độ khác nhau .72 Kết luận chương 3. KẾT QUẢ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC Bi2Ti2O7. Vật liệu Bi2Ti2O7 chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Cấu trúc tinh thể của vật liệu Bi2Ti2O7.

Phổ hấp thụ UV-vis của vật liệu Bi2Ti2O7. Vật liệu Bi2Ti2O7 chế tạo bằng phương pháp th y nhiệt. Ảnh hưởng của độ pH lên một số tính chất của vật liệu Bi2Ti2O7. Ảnh hưởng của điều kiện ủ nhiệt lên một số tính chất của vật liệu Bi2Ti2O7.

Tính chất quang xúc tác c a vật liệu Bi2Ti2O7. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ của vật liệu chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Ảnh hưởng độ pH của mẫu Bi2Ti2O7 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. Ảnh hưởng xử lý nhiệt của mẫu Bi2Ti2O7 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt .88 Kết luận chương 4.

KẾT QUẢ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC Bi2Sn2O7. Ảnh hưởng c Ďiều kiện công nghệ lên một số tính chất c a vật liệu. Ảnh hưởng của độ pH. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc và tính chất quang của vật liệu.

Ảnh hưởng c Ďiều kiện chế tạo lên tính chất quang xúc tác c a vật liệu. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Bi2Sn2O7 có độ pH của dung dịch tiền chất khác nhau. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên tính chất quang xúc tác. Kết quả chế tạo và nghiên cứu vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7 với vật liệu t CoFe2O4.

Tính chất vật lí của vật liệu tổ hợp. Tính chất quang xúc tác và thử nghiệm khả năng thu hồi bằng từ trường của mẫu tổ hợp .114 Kết luận chương 5 .118 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN .122 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .124 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Độ rộng vùng cấm của các mẫu Bi2Sn2O7 với các giá trị pH khác nhau. Khối lượng và tỉ lệ % các vật liệu cần dùng để chế tạo vật liệu tổ hợp Bi2Sn2O7/CoFe2O4.

Vị trí góc 2θ ứng với đỉnh nhiễu xạ (200) và hằng số mạng của pha tetragonal BiVO4 chế tạo ở pH = 3 và 5. Kích thước hạt tinh thể trung bình của pha tetragonal BVO4 chế tạo ở pH = 3 và 5. Bề rộng dải cấm của các mẫu BiVO4 được chế tạo ở các độ pH khác nhau. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên sự kết tinh và độ rộng vùng cấm của hạt nano BiVO4.

Hằng số mạng tinh thể của Bi2Ti2O7 ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Kích thước hạt tinh thể trung bình của các mẫu Bi2Ti2O7 được ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Độ rộng vùng cấm quang học và ước sóng tại ờ hấp thụ của các mẫu i2Ti2O7, được ủ ở nhiệt độ khác nhau. Bề rộng vùng cấm quang và bờ hấp thụ của Bi2Ti2O7, các mẫu được thủy nhiệt trong điều iện độ pH khác nhau.

Diện tích bề mặt riêng của mẫu chưa ủ và các mẫu ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Độ dốc ’ của đồ thị y(t) = ln(Co/Ct ) đối với các vật liệu Bi2Ti2O7 chế tạo tại các nhiệt độ ủ khác nhau:.