CHẾ TẠO VẬT LIỆU BI2WO6 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG–THỦY NHIỆT VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC Thanongxay PHOMMASOUKHA Khoa Vật lí Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội Hà Nội, 2016 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Đỗ Chung định hướng, ý kiến đóng góp quý báu Thầy dành cho đề tài nghiên cứu Thầy tận tình cung cấp cho kiến thức chuyên môn hữu ích, kĩ nghiên cứu khoa học, chỉnh sửa sai sót mà gặp phải, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian hoàn thành luận văn Thứ hai, xin đặc biệt cảm ơn ThS Nguyễn Đăng Phú, người Thầy tận tình hướng dẫn, bảo cho kiến thức lí thuyết thực nghiệm quý giá, giúp đỡ, động viên để hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô giáo khoa Vật Lí – Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội, đặc biệt Thầy Cô tổ Vật Lí Chất Rắn dạy dỗ trang bị cho tri thức khoa học suốt trình học tập khoa Hà Nội, 12 tháng 10 năm 2016 Học viên Thanongxay PHOMMASOUKHA MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU .5 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Bi2WO6 1.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu Bi2WO6 1.1.2 Cấu trúc Bi2WO6 chế tạo phương pháp vi sóng .8 a X-ray b SEM .9 1.1.3 Cấu trúc Bi2WO6 chế tạo phương pháp thủy nhiệt .10 a X-ray 10 b SEM .10 1.1.4 Tính chất quang vật liệu Bi2WO6 .11 1.2 QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC 13 1.2.1 Cơ chế quang xúc tác chất bán dẫn 14 1.2.2 Quá trình quang xúc tác phân hủy Rhodamine (RhB) 16 THỰC NGHIỆM 19 1.3 QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU 19 1.3.1 Thiết bị thí nghiệm 19 a Hệ lò vi sóng 19 b Hệ thủy nhiệt 20 1.3.2 Quy trình chế tạo mẫu 20 1.4 QUI TRÌNH THỬ QUANG XÚC TÁC 21 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT MẪU .22 1.5.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 22 1.5.2 Ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét) 24 1.5.3 Phổ hấp thụ 26 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 1.6 ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ THỦY NHIỆT LÊN HỆ MẪU Bi2WO6 28 1.6.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) .28 1.6.2 Hình thái học vật liệu 31 1.6.3 Tính chất quang vật liệu 32 1.6.4 Kết nghiên cứu tính chất quang xúc tác 33 1.7 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THỦY NHIỆT LÊN HỆ MẪU BI2WO6 34 1.7.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) .34 1.7.2 Hình thái học vật liệu (SEM) 36 1.7.3 Tính chất quang vật liệu 38 1.7.4 Kết nghiên cứu tính chất quang xúc tác 39 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỞ ĐẦU Ngày nay, ô nhiễm nguồn nước không khí ngày nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp tới sống người Đã có nhiều giải pháp đưa để làm chất thải độc hại nước nhiên chưa có giải pháp chiếm ưu tuyệt đối Trong việc làm nguồn nước, sử dụng vật liệu quang xúc tác để xử lí ô nhiễm môi trường giải pháp nhà khoa học quan tâm [112] Trong họ vật liệu quang xúc tác, Bi2WO6 biết đến vật liệu có hiệu suất quang xúc tác tương đối tốt có độ rộng vùng cấm nhỏ cỡ 2.75eV [5, 13] Bi2WO6 chế tạo nhiều phương pháp khác sol-gel, hóa hỗ trợ vi sóng, thủy nhiệt, phương pháp có ưu điểm riêng Phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng tạo mẫu có kích thước hạt nhỏ; phương pháp thủy nhiệt lại cho mẫu kết tinh tốt có độ đồng cao Từ ý tưởng kết hợp ưu điểm phương pháp khác nhau, chọn đề tài nghiên cứu “CHẾ TẠO VẬT LIỆU Bi2WO6 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG –THỦY NHIỆT VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Nội dung công việc khóa luận bao gồm: Chế tạo vật liệu Bi2WO6 phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng kết hợp với thủy nhiệt (phương pháp vi sóng-thủy nhiệt) Khảo sát cấu trúc, tính chất quang, khả quang xúc tác vật liệu phụ thuộc vào điều kiện công nghệ thông qua phép đo XRD, SEM, phổ hấp thụ (UV-vis) Thử nghiệm khả quang xúc tác vật liệu thông qua trình khử Rhodamine B (RhB) Bố cục khóa luận phần mở đầu kết luận, gồm chương: o Chương 1: Tổng quan Trình bày cấu trúc, tính chất, ứng dụng phương pháp chế tạo vật liệu Bi 2WO6 Các chế, tính chất động học trình quang xúc tác o Chương 2: Thực nghiệm Giới thiệu quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu Bi 2WO6 phương pháp vi sóngthủy nhiệt qui trình khử dung dịch Rhodamine B Trình bày số kĩ thuật phân tích sử dụng luận văn o Chương 3: Kết thảo luận Trình bày kết khảo sát cấu trúc, tính chất quang hình thái bề mặt mẫu Bi2WO6 Trình bày kết thử nghiệm khả quang xúc tác mẫu Bi2WO6 chế tạo TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Bi2WO6 1.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu Bi2WO6 Bismuth wonfram oxit (Bi2WO6) vật liệu thuộc họ Aurivillus oxit điển hình có cấu trúc đa lớp với công thức tổng quát Bi 2An-1BnO3n+3 (A = Ca, Sr, Ba, Pb, Bi, Na, K B = Ti, Nb,Ta, Mo, W, Fe) với n = B = W Bi2WO6 có cấu trúc tinh thể trực thoi (Orthorhombic) thuộc nhóm không gian Pca-21(29), cấu tạo lớp (Bi2O2)2+ xen kẽ với lớp perovskite (WO4)2[14, 15] Cấu trúc tinh thể số mạng Bi 2WO6 trình bày hình 1.1 bảng 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể Bi2WO6 (P21ab) dọc theo hướng [110] [14] Bảng 1.1 Giá trị số mạng tinh thể Bi 2WO6 (Theo Joint Committee Standards For Powder Diffraction – JCPDS) a(Å) b(Å) c(Å) 5.437 16.430 5.458 Cấu trúc tinh thể mô tả bở xen kẽ lớp Bi 2O2, lớp ngăn cách WO6 (octahedra) nghiêng đồng trục b Các lớp Bi2O2 bao gồm mạng vuông phẳng anion Oxy cation Bi bên mặt phẳng mạng, lớp (WO6)2- bao gồm anion Oxy nằm đối xứng quanh cation W Hình 1.2 trình bày phổ nhiễu xạ tia X Bi 2WO6 chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn [16], đỉnh nhiễu xạ xác định dựa theo thẻ chuẩn số 79-2381 JCPDS Hình 1.2 Phổ nhiễu xạ tia X Bi2WO6 tổng hợp phương pháp pha rắn [16] 1.1.2 Cấu trúc Bi2WO6 chế tạo phương pháp vi sóng a X-ray Phổ nhiễu xạ tia X Bi2WO6 chế tạo phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng trình bày hình 1.3, đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc Orthorhombic Bi2WO6 [5] Trên phổ nhiễu xạ tia X không thấy xuất đỉnh tạp chất Kết khẳng định phổ EDS, nhóm nghiên cứu quan sát thấy đỉnh Bi, W O, không xuất đỉnh tạp chất khác ngoại trừ C CO hấp thụ mẫu Các kết phân tích định lượng nhóm tác giả cho thấy tỷ lệ nguyên tử Bi:W khoảng 2.15: 1, kết gần với tỉ lệ theo công thức Bi 2WO6 Hình 1.3 Phổ nhiễu xạ tia X (a) phổ EDS (b) Bi2WO6 chế tạo phương pháp hóa có hỗ trợ vi sóng [5] b SEM Hình 1.4 hình ảnh SEM mẫu bột Bi2WO6 chế tạo phương pháp hóa có hỗ trợ vi sóng Mẫu có cấu trúc dạng hoa với đường kính cỡ 2µm phân bố tương đối đồng Đây cấu trúc thường thấy mẫu dạng bột vật liệu Bi2WO6 Hình 1.4 Ảnh SEM Bi2WO6 chế tạo phương pháp hóa có hỗ trợ vi sóng [5] 1.1.3 Cấu trúc Bi2WO6 chế tạo phương pháp thủy nhiệt a X-ray Hình 1.5 trình bày phổ nhiễu xạ tia X mẫu Bi 2WO6 chế tạo phương pháp thủy nhiệt nhiệt độ 220 0C với thời gian thủy nhiệt từ đến 24h [17] Kết X ray cho thấy không xuất đỉnh nhiễu xạ ứng với cấu trúc tinh thể sau 1h, tức mẫu trạng thái vô định hình Sau thủy nhiệt giờ, cấu trúc tinh thể bắt đầu hình thành, phổ nhiễu xạ tia X mẫu bắt đầu xuất đỉnh phổ góc 2� cỡ 28o ứng với cấu trúc tinh thể Bi2WO6 Khi tăng thời gian thủy nhiệt đỉnh nhiễu xạ phù hợp với cấu trúc tinh thể Bi 2WO6 (thẻ 79-2381 JCPDS) xuất nhiều chứng tỏ tinh thể dần hình thành Hơn nữa, cường độ đỉnh nhiễu xạ tăng lên chiều rộng đỉnh giảm dần tăng thời gian phản ứng, chứng tỏ độ kết tinh mẫu thu tỉ lệ thuận với thời gian thủy nhiệt [17] Hình 1.5 Phổ SH-Bi2WO6 thủy nhiệt khác nhiễu xạ tia X với thời gian [17] b SEM Hình 1.6 ảnh SEM mẫu Bi2WO6 chế tạo phương pháp thủy nhiệt với thời gian thủy nhiệt thay đổi (1h (a); 6h (b); 12h (c) 24h (d)) [18] Trong công bố Yumin Liu đồng nghiệp đề xuất chế hình thành tinh thể dạng hoa vật liệu Bi2WO6 chế tạo phương pháp thủy nhiệt (Hình 1.6e) Theo tác giả cấu trúc dạng hoa hình thành theo chế tự hợp sau: tiền chất sau đưa vào thủy nhiệt bắt đầu hình thành mầm tinh thể Bi 2WO6; 10 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi2WO6 thủy nhiệt nhiệt độ 1200C, 1400C, 1600C, 1800C 12 Giản đồ nhiễu xạ tia X tất mẫu Bi 2WO6 khảo sát theo nhiệt độ xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng vật liệu vị trí góc 28,30; 32,70; 47,00; 55,90; 58,60 Đối chiếu với thẻ chuẩn JCPDS số 79 – 2381 tinh thể Bi2WO6 thư viện ICDD, ta thấy vị trí đỉnh phổ phù hợp với thẻ chuẩn tương ứng họ mặt phẳng mạng (131), (002), (202), (133), (262) Theo thẻ chuẩn này, tinh thể Bi2WO6 có cấu trúc trực thoi (Orthorhombic) Giản đồ XRD mẫu thay đổi rõ rệt nhiệt độ nung tăng từ 1200C tới 1800C, dải nhiệt độ khảo sát pha tinh thể hình thành trình thủy nhiệt ổn định Trên phổ nhiễu xạ, đỉnh Bi2WO6 không quan sát thấy xuất đỉnh lạ tạm kết luận mẫu Bi2WO6 chế tạo phương pháp vi sóng – thủy nhiệt kết tinh đơn pha Để thu thông số mạng tinh thể Bi2WO6 độ xác cao, sử dụng phần mềm Oringin phần mềm UnitCell để tính toán số mạng Kết cụ thể trình bày Bảng 3.1: Bảng 3.1 Kết tính toán số mạng Bi2WO6 a (Å) b (Å) c (Å) M120 5.47 16.54 5.47 M140 5.47 16.60 5.46 M160 5.47 16.63 5.46 M180 5.45 16.41 5.45 5.46 16.44 5.44 Thẻ chuẩn (JCPDS 79-2381) Để ước lượng kích thước hạt tinh thể mẫu tạo được, sử dụng phương pháp tính Debye-Scherrer cho đỉnh nhiễu xạ góc 2θ = 28.3º, ứng với họ mặt phẳng mạng (131) Bi2WO6 Bảng 3.2 trình bày kích thước hạt tinh thể hệ mẫu Kết tính toán cho thấy, mẫu Bi 2WO6 tinh khiết có kích thước hạt trung bình khoảng 13 nm Độ bán rộng đỉnh giảm dần, kích thước hạt tăng dần tăng nhiệt độ thủy nhiệt từ 1200C đến 1800C Bảng 3.2 Kích thước hạt mẫu Bi2WO6 B (rad) L (nm) M120 0.73 11.1 M140 0.69 11.8 M160 0.59 13.6 M180 0.51 15.9 1.6.2 Hình thái học vật liệu Hình thái học bề mặt kích thước hạt vật liệu Bi 2WO6 quan sát qua ảnh SEM mẫu Hình 3.2 trình bày ảnh SEM mẫu M120 M180 M120 M180 Hình 3.2 Ảnh SEM hệ mẫu Bi2WO6 khảo sát theo nhiệt độ thủy nhiệt chụp thang đo 10 Qua quan sát, nhận thấy dải nhiệt độ khảo sát hình thái bề mặt mẫu có dạng hoa đường kính cỡ 3µm ghép từ nhiều nano, kết tương đồng với nhiều nghiên cứu nhóm khác [5, 6, 18, 28] Quan sát ảnh SEM hệ mẫu với độ phân giải cao trình bày Hình 3.3, nhận thấy nano cấu tạo nên hoa có dạng miếng mỏng ghép nhiều hạt nhỏ có dạng hình vuông với kích thước khoảng 30 50 nm Hình thái học bề mặt mẫu giống nhau, thay đổi không đáng kể nhiệt độ thủy nhiệt tăng từ 1200C lên 1400C Khi nhiệt độ tăng đến 1600C hạt có xu hướng tăng lên chiều rộng, giảm kích thước chiều dài hạt tinh thể Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu Bi2WO6 thủy nhiệt theo nhiệt độ khác 1.6.3 Tính chất quang vật liệu (a) (b) Hình 3.4 Phổ hấp thụ mẫu M120, M140 M160 (a), Mô tả cách xác định độ rộng vùng cấm từ phổ hấp thụ theo phương pháp Kubeka – Munk (b) Phổ hấp thụ mẫu Bi2WO6 có nhiệt độ thủy nhiệt khác trình bày hình 3.4 Kết thu cho thấy, phổ hấp thụ tất mẫu xuất bờ hấp thụ nằm vùng tử ngoại Bờ hấp thụ có xu hướng dịch phía bước sóng ngắn nhiệt độ thủy nhiệt tăng Độ rộng vùng cấm quang mẫu xác định từ phổ hấp thụ phương pháp Kubeka – Munk chương trình bày (Hình 3.4b) Trên hình 3.5 trình bày phụ thuộc độ rộng vùng cấm quang vật liệu Bi2WO6 theo nhiệt độ thủy nhiệt Hình 3.5 Độ rộng vùng cấm quang phụ thuộc nhiệt độ thủy nhiệt Kết tính toán cho thấy, độ rộng vùng cấm quang mẫu M120, M140, M160 tính từ phổ hấp thụ 3,35; 3,37; 3,39 eV (Hình 3.5) Kết cho thấy độ rộng vùng cấm vật liệu Bi 2WO6 chế tạo phương pháp vi sóng-thủy nhiệt có xu hướng tăng nhẹ nhiệt độ thủy nhiệt tăng 1.6.4 Kết nghiên cứu tính chất quang xúc tác Khả quang xúc tác vật liệu chế tạo đánh giá thông qua suy giảm nồng độ dung dịch Rhodamine B (RhB) theo thời gian chiếu xạ ánh đèn Xenon Hình 3.6 đồ thị biểu diễn suy giảm nồng độ RhB Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn suy giảm nồng độ RhB theo thời gian quang xúc tác Kết cho thấy, mẫu tổ hợp Bi2WO6 thủy nhiệt 140 cho khả quang xúc tác tốt nhất, sau chiếu sáng nồng độ RhB bị khử gần hoàn toàn Các mẫu Bi2WO6 thủy nhiệt M120, M160 có khả phân hủy RhB sau chiếu sáng vào khoảng 97,85% 97,53% mẫu M140 sau chiếu sáng khả phân hủy đạt 94,4% Vì chọn nhiệt độ thủy nhiệt 140 oC để khảo sát tính chất mẫu theo thời gian thủy nhiệt 1.7 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THỦY NHIỆT LÊN HỆ MẪU BI2WO6 Dựa vào kết thu hệ mẫu thứ nhất, chế tạo hệ mẫu thứ hai với nhiệt độ thủy nhiệt 140 thời gian thủy nhiệt thay đổi từ 2h tới 12h 1.7.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) Hình 3.7 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu có thời gian thủy nhiệt thay đổi Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi2WO6 thủy nhiệt 1400C với thời gian thủy nhiệt 2, 3, 4, 6, 8, 10 12 Trên hình 3.7, thấy giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M140-2 có đỉnh nhiễu xạ với cường độ thấp, điều giúp dự đoán sau thủy nhiệt vật liệu tồn dạng vô định hình Sau 2h thủy nhiệt vật liệu bắt đầu hình thành cấu trúc tinh thể Khi thời gian thủy nhiệt tăng lên bắt đầu xuất đỉnh họ mặt phẳng (002) có cường độ yếu, tín hiệu cho thấy cấu trúc tinh thể dạng trực thoi vật liệu Bi 2WO6 bắt đầu hình thành Khi thời gian phản ứng tăng dần, đỉnh nhiễu xạ tăng cường xuất đẩy đủ phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 79-2381 Qua giản đồ nhiễu xạ hình 3.7 nhận thấy độ bán rộng đỉnh nhiễu xạ giảm dần thời gian thủy nhiệt tăng Kết theo hoàn toàn logic, thời gian thủy nhiệt thời gian để mầm tinh thể phát triển Để định lượng trình sử dụng phương pháp Debye-Sherrer để đánh giá kích thước hạt tinh thể trung bình mẫu Kết phụ thuộc kích thước tinh thể theo thời gian thủy nhiệt trình bày Hình 3.8 Hình 3.8 Sự phụ thuộc kích thước tinh thể theo thời gian thủy nhiệt Đường màu đen số liệu tính từ phổ nhiễu xạ tia X, đường màu đỏ để định hướng nhìn Quan sát kết biểu diễn Hình 3.8, nhận thấy giai đoạn đầu trình thủy nhiệt kích thước tinh thể tăng rõ rệt theo thời gian, khoảng 6h kích thước tinh thể trung bình mẫu bắt đầu đạt trạng thái bão hòa Quá trình tinh thể phát triển giảm dần, thay vào cấu trúc pha tinh thể vật liệu tăng cường ổn định Với kích thước tinh thể trung bình cỡ 15nm thời gian thủy nhiệt 6h, nhận định điều kiện chế tạo tối ưu (tiết kiệm thời gian, tiết kiệm lượng) khả quang xúc tác mẫu M140-6 tương đương với mẫu có thời gian thủy nhiệt lâu 1.7.2 Hình thái học vật liệu (SEM) Để hiểu chế hình thành, mẫu thủy nhiệt 140 0C với thời gian thủy nhiệt khác tiến hành chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 3.9 trình bày ảnh SEM hệ mẫu khảo sát 2, 10, 12 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu Bi2WO6 thời gian khác Quan sát ảnh SEM mẫu M140-2, giai đoạn đầu sản phẩm thu hạt nano, kích thước không đồng Điều phù hợp với kết XRD cho giai đoạn hạt tồn trạng thái vô định hình Thời gian thủy nhiệt tăng lên 10 giờ, 12 hạt tinh thể có chiều rộng ước lượng khoảng 30 50 nm có dạng mỏng quan sát thang đo 500 nm Với thang đo lớn (1 ) quan sát thấy miếng mỏng tự xếp thành cấu trúc dạng hình hoa thời gian thủy nhiệt lớn, nhiên thời gian thủy nhiệt 2h hạt phân bố cách rời rạc cho thấy cấu trúc tinh thể mẫu chưa hình thành (Hình 3.10) Hình 3.10 Ảnh SEM hệ mẫu Bi2WO6 khảo sát theo thời gian thủy nhiệt thang đo Như từ kích thước quan sát ảnh SEM bậc lớn so với kích thước tinh thể tính từ giản đồ nhiễu xạ tia X kết hợp lí Điều giải thích hạt vật liệu ảnh SEM hạt đa tinh thể có lõi tinh thể bao quanh dạng vô định hình Qua quan sát từ ảnh SEM hệ mẫu, nhận thấy kích thước hạt tăng theo thời gian thủy nhiệt 1.7.3 Tính chất quang vật liệu Phổ hấp thụ mẫu Bi 2WO6 có thời gian thủy nhiệt khác trình bày hình 3.11 (b) (a) Hình 3.11 Phổ hấp thụ mẫu thủy nhiệt 1400C 2, 4, 6, 8, 10 12 (a), Mô tả cách xác định độ rộng vùng cấm từ phổ hấp thụ theo phương pháp Kubeka – Munk (b) Kết thu cho thấy, phổ hấp thụ mẫu Bi 2WO6 khảo sát theo thời gian có bờ hấp thụ vùng tử ngoại Khi thời gian thủy nhiệt tăng bờ hấp thụ mẫu có xu hướng dịch nhẹ vùng bước sóng dài Độ rộng vùng cấm quang mẫu xác định từ phổ hấp thụ sử dụng phương pháp Kubeka – Munk (Hình 3.12) cho thấy độ rộng vùng cấm giảm thời gian thủy nhiệt tăng Hình 3.12 Độ rộng vùng cấm quang phụ thuộc thời gian thủy nhiệt Dựa vào kết khảo sát kích thước hạt tinh thể theo thời gian thủy nhiệt, dự đoán thay đổi bề rộng vùng cấm trường hợp hiệu ứng kích thước Khi thời gian thủy nhiệt nhỏ, kích thước tinh thể nhỏ cỡ 3nm hiệu ứng kích thước mạnh làm tăng bề rộng vùng cấm, thời gian thủy nhiệt tăng lên, kích thước tinh thể lớn dần (cỡ 15nm) hiệu ứng kích thước không mạnh nên làm giảm bề rộng vùng cấm 1.7.4 Kết nghiên cứu tính chất quang xúc tác Khả quang xúc tác vật liệu chế tạo đánh giá thông qua suy giảm nồng độ dung dich Rhodamine B (RhB) theo thời gian chiếu xạ ánh đèn xenon Hình 3.13 đồ thị biểu diễn suy giảm nồng độ RhB khảo sát sau 4h chiếu sáng, kết phân tích cho thấy nồng độ RhB tất mẫu suy giảm Kết khử RhB mẫu M140-6 tương với mẫu M140-12 sau 2h quang xúc tác Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn suy giảm nồng độ RhB khảo sát sau 6h chiếu sáng Tuy vậy, sau chiếu sáng kết mẫu M140-12 tốt nhất: nồng độ RhB bị khử gần hoàn toàn Như với thời gian quang xúc tác 2h hiệu mẫu có thời gian thủy nhiệt từ 6h trở lên tương đương Vì để lựa chọn thời gian tối ưu hiệu suất lượng chũng cho thời gian nhiệt độ phản ứng thủy nhiệt 6h 140oC thông số hợp lí KẾT LUẬN Dựa vào kết luận văn này, có kết luận sau: Chế tạo thành công vật liệu Bi2WO6 có cấu trúc nano phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng kết hợp thủy nhiệt Các mẫu Bi2WO6 kết tinh tốt, đơn pha, tinh thể có cấu trúc trực thoi Bề mặt mẫu có dạng hoa ghép từ nano có bề dầy vài chục nm Khảo sát điều kiện phản ứng thủy nhiệt lên tính chất cấu trúc tính chất quang mẫu, khả quan xúc tác hệ mẫu thu Thông qua phép đo: nhiễu xạ tia X, SEM phổ hấp thụ Quan sát thấy hình thành lớn lên mầm tinh thể mẫu, thông qua việc phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X đánh giá kích thước hạt tinh thể theo thời gian phản ứng thủy nhiệt Thử nghiệp khả quang xúc tác hệ mẫu tìm điều kiện tạo mẫu hợp lí phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng kết hợp với thủy nhiệt Mẫu có thời gian thủy nhiệt 140oC cho kết khảo sát quang xúc tác tốt nhất, sau chiếu sáng khả phân hủy RhB đạt 97,29 % TÀI LIỆU THAM KHẢO Alfaro, S.O and A Martínez-de la Cruz, Synthesis, characterization and visible-light photocatalytic properties of Bi2WO6 and Bi2W2O9 obtained by coprecipitation method Applied Catalysis A: General, 2010 383(1-2): p 128-133 Amano, F., et al., Correlation between surface area and photocatalytic activity for acetaldehyde decomposition over bismuth tungstate particles with a hierarchical structure Langmuir, 2010 26(10): p 7174-80 Amano, F., et al., Effect of Photoexcited Electron Dynamics on Photocatalytic Efficiency of Bismuth Tungstate The Journal of Physical Chemistry C, 2011 115(33): p 16598-16605 Belver, C., C Adán, and M Fernández-García, Photocatalytic behaviour of Bi2MO6 polymetalates for rhodamine B degradation Catalysis Today, 2009 143(3-4): p 274-281 Cao, X.-F., et al., Microwave-assisted solution-phase preparation of flower-like Bi2WO6 and its visible-light-driven photocatalytic properties CrystEngComm, 2011 13(1): p 306-311 Dumrongrojthanath, P., et al., Hydrothermal synthesis of Bi2WO6 hierarchical flowers with their photonic and photocatalytic properties Superlattices and Microstructures, 2013 54: p 71-77 Fu, H., et al., Synthesis, characterization and photocatalytic properties of nanosized Bi2WO6, PbWO4 and ZnWO4 catalysts Materials Research Bulletin, 2007 42(4): p 696-706 Gao, E., et al., Synthesis and enhanced photocatalytic performance of graphene- Bi2WO6 composite Phys Chem Chem Phys, 2011 13(7): p 2887-93 Gao, F., et al., Visible-Light Photocatalytic Properties of Weak Magnetic BiFeO3 Nanoparticles Advanced Materials, 2007 19(19): p 2889-2892 10 Gui, M.-S., et al., Preparation and visible light photocatalytic activity of Bi 2O3/ Bi2WO6 heterojunction photocatalysts Journal of Solid State Chemistry, 2011 184(8): p 1977-1982 11 Gui, M.S and W.D Zhang, Preparation and modification of hierarchical nanostructured Bi2WO6 with high visible light-induced photocatalytic activity Nanotechnology, 2011 22(26): p 265601 12 He, Z., et al., Photocatalytic degradation of rhodamine B by Bi2WO6 with electron accepting agent under microwave irradiation: mechanism and pathway J Hazard Mater, 2009 162(2-3): p 1477-86 13 Liu, Y., et al., Synthesis of hierarchical Bi2WO6 microspheres with high visiblelight-driven photocatalytic activities by sol–gel-hydrothermal route Materials Letters, 2013 108: p 84-87 14 Ma̧czka, M., et al., Phonon properties of nanosized bismuth layered ferroelectric material- Bi2WO6 Journal of Raman Spectroscopy, 2010 41(9): p 1059-1066 15 Huang, H., et al., A one-step hydrothermal preparation strategy for layered BiIO4/Bi2WO6 heterojunctions with enhanced visible light photocatalytic activities RSC Advances, 2014 4(11): p 5561 16 AHSAINE, H.A., Synthesis and Characterization of Bismuth Tungstate Bi 2WO6 and its Effect Towards the Degradation of Methylene Blue, NDCM-XIII 2013 17 Liu, Y., et al., Self-assembled three-dimensional hierarchical Bi 2WO6 microspheres by sol–gel–hydrothermal route Ceramics International, 2014 40(4): p 6203-6209 18 Liu, Y., et al., Hydrothermal synthesis of hierarchical flower-like Bi 2WO6 microspheres with enhanced visible-light photoactivity Materials Letters, 2015 157: p 158-162 19 Wang, X., et al., Facile hydrothermal synthesis of Bi2WO6 microdiscs with enhanced photocatalytic activity Applied Surface Science, 2013 270: p 685689 20 Yu, J., et al., Hydrothermal preparation and visible-light photocatalytic activity of Bi2WO6 powders Journal of Solid State Chemistry, 2005 178(6): p 19681972 21 Liu, X., et al., Optical, electrical and photoelectric properties of layeredperovskite ferroelectric Bi2WO6 crystals J Mater Chem C, 2016 4(32): p 7563-7570 22 Li, H., Y Cui, and W Hong, High photocatalytic performance of BiOI/ Bi2WO6 toward toluene and Reactive Brilliant Red Applied Surface Science, 2013 264: p 581-588 23 Song, X.C., et al., Photocatalytic activities of Mo-doped Bi2WO6 threedimensional hierarchical microspheres J Hazard Mater, 2011 192(1): p 18691 24 Vũ Thị Len, Ảnh hưởng điều kiện chế tạo lên cấu trúc tính chất quang xúc tác vật liệu nano MnWO4, in Khoa Vật lí 2012, Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 25 Nguyễn Thị Huyền, Chế tạo nghiên cứu tính chất quang vật liệu nano Bi2WO6, in Khoa Vật lí 2012, Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 26 Nguyễn Văn Long, Nghiên cứu cấu trúc điện tử tính chất quang họ vật liệu AWO4 (A = Fe, Mn, Ni, Cu), in Khoa Vật lí 2013, Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 27 Kristoffersen, A.S., et al., Testing Fluorescence Lifetime Standards using TwoPhoton Excitation and Time-Domain Instrumentation: Rhodamine B, Coumarin and Lucifer Yellow Journal of Fluorescence, 2014 24(4): p 1015-1024 28 Hu, S.-P., et al., Synthesis of Bi2WO6 hierarchical structures constructed by porous nanoplates and their associated photocatalytic properties under visible light irradiation Ceramics International, 2014 40(8): p 11689-11698 ... phương pháp khác nhau, chọn đề tài nghiên cứu “CHẾ TẠO VẬT LIỆU Bi2WO6 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG –THỦY NHIỆT VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁC” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Nội dung công vi c... gồm: Chế tạo vật liệu Bi2WO6 phương pháp hóa hỗ trợ vi sóng kết hợp với thủy nhiệt (phương pháp vi sóng-thủy nhiệt) Khảo sát cấu trúc, tính chất quang, khả quang xúc tác vật liệu phụ thuộc vào... vật liệu quang xúc tác, Bi2WO6 biết đến vật liệu có hiệu suất quang xúc tác tương đối tốt có độ rộng vùng cấm nhỏ cỡ 2.75eV [5, 13] Bi2WO6 chế tạo nhiều phương pháp khác sol-gel, hóa hỗ trợ vi