MỞ ĐẦU Titan đioxit (TiO2) là chất bán dẫn có dải trống năng lượng của rutile là 3.05 eV và của anatase là 3.25 eV nên có khả năng thực hiện các phản ứng quang xúc tác. Khả năng quang xúc tác của TiO2 thể hiện ở 3 hiệu ứng: quang khử nước trên điện cực TiO2, tạo bề mặt siêu thấm nước và quang xúc tác phân hủy chất hữu cơ dưới ánh sáng tử ngoại λ < 380 nm. Vì vậy hiện nay vật liệu TiO2 đang được nghiên cứu và sử dụng nhiều, nhất là trong lĩnh vực xử lý môi trường nước và khí với vai trò xúc tác quang. Tuy nhiên phần bức xạ tử ngoại trong quang phổ mặt trời đến bề mặt trái đất chỉ chiếm ~ 4% nên việc sử dụng nguồn bức xạ này vào mục đích xử lý môi trường với xúc tác quang TiO2 bị hạn chế. Để mở rộng khả năng sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời cả ở vùng ánh sáng nhìn thấy vào phản ứng quang xúc tác, cần giảm năng lượng vùng cấm của TiO2. Để đạt mục đích đó, nhiều công trình nghiên cứu đã tiến hành đưa các ion kim loại và không kim loại lên bề mặt hoặc vào cấu trúc TiO2. Hiện nay, người ta phân loại vật liệu quang xúc tác trên cơ sở TiO2 làm 4 loại: TiO2 tinh khiết, TiO2 được biến tính bằng phi kim, TiO2 được biến tính bằng kim loại và TiO2 được biến tính bằng hỗn hợp kim loại và phi kim. Cho đến nay, số công trình nghiên cứu biến tính TiO2 kích thước nm khá lớn, đặc biệt là biến tính bằng nitơ. Sở dĩ biến tính TiO2 kích thước nm bằng nitơ được nghiên cứu nhiều vì các hợp chất chứa nitơ (NH3, ure, các muối amoni, các hợp chất amin) được sử dụng phổ biến trong quá trình điều chế TiO2 kích thước nm với vai trò điều chỉnh pH, làm chất định hướng cấu trúc Đồng thời nhiều công trình nghiên cứu cho thấy N3- có tham gia vào cấu trúc TiO2 làm thay đổi cấu trúc và tính chất quang xúc tác của vật liệu. Vì vậy, trong công trình này chúng tôi đặt vấn đề: “Nghiên cứu điều chế, khảo sát cấu trúc và tính chất của titan đioxit kích thước nano mét được biến tính bằng nitơ”. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1 – TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu về vật liệu titan đioxit . 2 1.1.1. Cấu trúc của TiO2 2 1.1.2. Sự chuyển pha trong TiO2 . 4 1.1.3. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của TiO2 kích thước nm 5 1.1.4. Các ứng dụng của vật liệu TiO2 kích thước nm 8 1.2. Các phương pháp điều chế TiO2 kích thước nm được biến tính bằng nitơ . 9 1.3. Các phương pháp điều chế TiO2 kích thước nm được biến tính bằng kẽm 21 1.4. Các phương pháp nghiên cứu 23 1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 23 1.4.2. Phương pháp khảo sát khả năng quang xúc tác của titan đioxit 25 1.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt . 25 Chương 2 - THỰC NGHIỆM 27 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 27 2.2. Hóa chất và thiết bị 27 2.3. Phương pháp thực nghiệm . 28 2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của NH3 đến cấu trúc và tính chất của bột N- TiO2 kích thước nm điều chế bằng cách thủy phân TiCl4 trong dung dịch nước 28 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm điều chế bột titan đioxit kích thước nm biến tính N theo phương pháp tẩm từ chất đầu TiCl4 . 28 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm điều chế bột titan đioxit kích thước nano mét biến tính bằng hỗn hợp N và Zn theo phương pháp thủy phân TiCl4 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu . 31 2.4.1. Phương pháp tính toán lý thuyết cấu trúc của TiO2 biến tính nitơ 31 2.4.2. Phổ tán xạ tia X (EDS) 31 2.4.3. Phổ UV-Vis . 31 2.4.4. Phương pháp XRD 31 2.4.5. Phương pháp khảo sát khả năng quang xúc tác của titan đioxit 31 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 33 3.1. Ảnh hưởng của NH3 đến cấu trúc và tính chất của bột TiO2-xNx kích thước nm điều chế bằng cách thủy phân TiCl4 trong dung dịch nước . 33 3.1.1. Kết quả tính toán lý thuyết 33 3.1. 2. Phân tích dữ liệu từ XRD . 34 3.1.3. Phổ EDS 35 3.1.4. Phổ UV – Vis . 36 3.1.5. Hoạt tính quang xúc tác của sản phẩm 36 3.2. Điều chế bột TiO2 kích thước nm biến tính bằng N theo phương pháp thủy phân TiCl4 36 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ NH3 đến khả năng quang xúc tác của sản phẩm 36 3.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Lỏng/Rắn (L/R) 40 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian chế hoá huyền phù TiO2.nH2O với dung dịch NH3 42 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung 44 3.3. Điều chế bột TiO2 kích thước nano mét biến tính bằng hỗn hợp N và Zn theo phương pháp thủy phân TiCl4 . 47 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Ti4+ trong dung dịch khi thủy phân 47 3.3.2. Ảnh hưởng của % tỉ lệ mol giữa Zn và TiCl4 49 3.3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ure/mol TiCl4 . 52 3.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung 54 KẾT LUẬN 58 Tài liệu tham khảo 60
