Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật lí, khả năng quang xúc tác của vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2

Vật lý & Khoa học vật liệu<br /> <br /> CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÍ, KHẢ NĂNG<br /> QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP g-C3N4/TiO2<br /> Lâm Thị Hằng1,2,*, Lê Thị Mai Oanh2, Mạc Thị Thu2, Đào Việt Thắng3,<br /> Nguyễn Mạnh Hùng3, Đỗ Danh Bích2<br /> Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu tính<br /> chất vật lí và khả năng quang xúc tác của vật liệu composite g-C3N4/TiO2. Vật liệu<br /> được chế tạo bằng phương pháp trộn cơ học với tỉ lệ khối lượng của g-C3N4/TiO2<br /> khác nhau. Cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt và tính chất quang của vật liệu được<br /> nghiên cứu thông qua phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), ảnh hiển vi điện tử quét<br /> (SEM), phổ huỳnh quang (PL) và phổ hấp thụ UV-vis. Kết quả cho thấy vật liệu kết<br /> tinh tốt của cả hai pha g-C3N4 và TiO2, không có sự xuất hiện của pha tạp chất. Ảnh<br /> SEM cho thấy các hạt nano TiO2 bám dính trên các tấm g-C3N4. Kết quả UV-vis chỉ<br /> ra rằng bờ hấp thụ quang học của các mẫu g-C3N4/TiO2 có sự về phía bước sóng dài<br /> hơn so với TiO2 tinh khiết. Khả năng quang xúc tác của vật liệu g-C3N4/TiO2 được<br /> đánh giá thông qua sự suy giảm nồng độ dung dịch Rhodamine B (RhB) (10 ppm)<br /> dưới sự chiếu xạ của ánh sáng đèn Xenon. Kết quả thu được cho thấy vật liệu<br /> composite g-C3N4/TiO2 có khả năng quang xúc tác tốt hơn vật liệu g-C3N4.<br /> Từ khóa: g-C3N4; TiO2; Composite; Quang xúc tác; Rhodamine B.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Trong những thập kỷ qua, do những ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực môi trường và<br /> năng lượng, vật liệu quang xúc tác có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy<br /> đã thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Vật liệu<br /> có cấu trúc nano g-C3N4 đã được chứng minh là có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực sản<br /> xuất H2, giảm khí thải CO2 và được ứng dụng trong lọc nước do có bề rộng dải cấm thích<br /> hợp (2,67 eV) và có khả năng quang xúc tác tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy [1-3]. Hơn<br /> nữa, g-C3N4 được biết đến là vật liệu có tính ổn định nhiệt và hóa học cao hơn nhiều so với<br /> vật liệu quang xúc tác thông thường như TiO2. Tuy nhiên, hiệu quả quang xúc tác của vật<br /> liệu g-C3N4 còn hạn chế do tốc độ tái hợp nhanh của cặp điện tử - lỗ trống. Hiện nay, các<br /> nhà khoa học đang nghiên cứu một số biện pháp để nâng cao hiệu quả quang xúc tác của<br /> vật liệu g-C3N4 với mục đích chủ yếu là làm tăng thời gian sống của cặp hạt tải tự do như:<br /> (i) pha tạp nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Fe, V, Co) vào vật liệu g-C3N4 [3-4]; (ii) phủ<br /> lên vật liệu các hạt nano kim loại có tính dẫn điện tốt (Au, Ag, Pt) [5-7]; (iii) tạo vật liệu tổ<br /> hợp với bán dẫn khác như Ag3PO4, NaTaO3, Fe3O4, ZnO, TiO2, WO3 [9].<br /> Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn cách tạo vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2 bằng<br /> phương pháp trộn cơ học với các tỉ lệ khối lượng g-C3N4/TiO2 khác nhau và nghiên cứu<br /> cấu trúc tinh thể, tính chất quang và khả năng quang xúc tác của hệ vật liệu.<br /> 2. THỰC NGHIỆM<br /> Vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2 được chế tạo bằng phương pháp trộn cơ học và rung siêu<br /> âm hỗn hợp hai thành phần g-C3N4 và TiO2. Đầu tiên TiO2 được chế tạo bằng phương<br /> pháp đồng kết tủa. Nhỏ giọt 3 ml TTIP (titanium tetraisopropoxide) vào 45 ml<br /> isopropanol_2. Hỗn hợp dung dịch được nhỏ từ từ vào 900 ml dung dịch chứa 50 ml<br /> isopropanol_2 và 10 µl dung dịch HNO3 trong 2 giờ. Sản phẩm kết tủa thu được li tâm, lọc<br /> rửa nhiều lần. Tiếp theo, sản phẩm được sấy khô và nung ở 400 oC trong 2 giờ thu được<br /> các hạt TiO2 có màu trắng. Vật liệu g-C3N4 được chế tạo bằng phương pháp đơn giản là<br /> nhiệt phân Urê trong không khí ở 550 oC trong vòng 2 giờ. Vật liệu composite g-<br /> <br /> <br /> <br /> 136 L. T. Hằng, …, Đ. D. Bích, “Chế tạo và nghiên cứu … của vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> C3N4/TiO2 được trộn cơ học với các tỉ lệ khối lượng g-C3N4:TiO2 lần lượt là 2:8; 3:7; 4:6;<br /> 5:5; 6:4 và được kí hiệu tương ứng là: CT2-8; CT3-7; CT4-6; CT5-5; CT6-4. Sản phẩm<br /> được khuấy trong 6 giờ rồi đem rung siêu âm 30 phút. Cuối cùng, mẫu được sấy khô ở<br /> nhiệt độ 120 oC. Hai vật liệu thành phần là TiO2 và g-C3N4 cũng được khảo sát các tính<br /> chất vật lí và thử tính quang xúc tác để so sánh.<br /> Khả năng quang xúc tác của hệ vật liệu được đánh giá thông qua khả năng phân hủy<br /> dung dịch Rhodamine B (RhB) 10 ppm dưới sự chiếu ánh của đèn Xenon. Đầu tiên 0,06 g<br /> g-C3N4/TiO2 được hòa tan trong 30 ml nước cất và rung siêu âm trong 1 giờ. Sau đó, thêm<br /> 30 ml dung dịch RhB 20 ppm vào dung dịch trên. Hỗn hợp được khuấy từ trong bóng tối<br /> 30 phút nhằm đạt trạng thái hấp phụ bão hòa. Bước tiếp theo, dung dịch được chiếu sáng<br /> dưới đèn Xenon trong điều kiện khuấy đều bằng mấy khuấy từ. Cứ sau khoảng thời gian<br /> 30 phút, lấy ra 3 ml dung dịch và đem li tâm với tốc độ 4000 vòng/phút trong thời gian 10<br /> phút để tách bột g-C3N4/TiO2 ra khỏi dung dịch trước khi đo phổ hấp thụ. Sự thay đổi<br /> cường độ đỉnh hấp thụ tại bước sóng 544 nm là cơ sở xác định khả năng phân hủy RhB<br /> của g-C3N4/TiO2.<br /> Cấu trúc của hệ vật liệu được khảo sát bởi nhiễu xạ kế tia X D8-ADVANCE với bức xạ<br /> CuK có bước sóng  = 1,54060 Å. Phép đo phổ hấp thụ được thực hiện trên hệ đo Jasco<br /> 670. Phổ phát xạ huỳnh quang của các mẫu được kích thích bởi nguồn có bước sóng 325<br /> nm và đo phát xạ trong khoảng bước sóng 350-700 nm.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) của các mẫu g-C3N4/TiO2, g-C3N4 và TiO2 được trình<br /> bày trên hình 1. Trên giản đồ nhiễu xạ của mẫu TiO2 cho thấy có các đỉnh nhiễu xạ tại vị<br /> trí góc 2 là 25,2o; 37,8o; 47,9o; 53,9o và 62,7o. Đối chiếu với thẻ chuẩn JCPDS số 21-<br /> 1272, ta thấy các đỉnh này tương ứng với họ các mặt phẳng mạng (101), (004), (200),<br /> (211), (204) và (116) của tinh thể TiO2 ở pha anatase với cấu trúc tứ giác. Vị trí các đỉnh<br /> phổ trùng khớp với thẻ chuẩn, chứng tỏ mẫu TiO2 chế tạo được hoàn toàn đơn pha. Bằng<br /> cách làm khớp hàm Gaussian trên giản đồ nhiễu xạ tia X và sử dụng phần mềm UnitCell<br /> để tính hằng số mạng, kết quả cho thấy hằng số mạng của tinh thể TiO2 là a = b = 3,795 Å<br /> và c = 9,788 Å.<br /> (002)<br /> (101)<br /> (001)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> g-C3N4<br /> Cường độ (đ.v.t.y.)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> CT6-4<br /> <br /> CT5-5<br /> <br /> CT4-6<br /> CT3-7<br /> CT2-8<br /> (101)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (200)<br /> <br /> <br /> <br /> (211)<br /> (004)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (105)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TiO2<br /> <br /> <br /> 10 20 30 40 50 60 70<br /> 2 theta (o)<br /> <br /> Hình 1. Giản đồ XRD của hệ mẫu TiO2, g-C3N4 và g-C3N4/TiO2 composite<br /> với các tỉ lệ khối lượng khác nhau.<br /> Mẫu g-C3N4 có các đỉnh nhiễu xạ tại vị trí góc 2θ = 12,8o; 24,8o và 27,4o và có sự phù<br /> hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 87-1526. Các đỉnh này tương ứng với họ các mặt phẳng mạng<br /> (001), (101) và (002) của tinh thể g-C3N4 trong cấu trúc lục giác, thuộc nhóm không gian P-<br /> 6m2. Đỉnh nhiễu xạ mạnh tại vị trí góc 2θ = 27,4o có nguồn gốc từ các lớp xếp chồng lên<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 137<br />  Vật lý & Khoa học vật liệu<br /> nhau tương tự như graphite. Đỉnh có cường độ yếu và mở rộng tại vị trí góc 2θ = 12,8o có<br /> liên quan đến các vòng lặp s-triazine trên cùng một mặt phẳng của các ô cơ sở [10].<br /> Trên giản đồ XRD của các mẫu composite g-C3N4/TiO2 chỉ xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ<br /> tương ứng với hai thành phần pha tinh thể của TiO2 pha anatase và g-C3N4. Đỉnh nhiễu xạ tại<br /> vị trí 2θ = 27,4o, tương ứng với mặt phẳng mạng (002) của g-C3N4 có cường độ tăng dần khi<br /> lượng g-C3N4 trong composite tăng lên theo thứ tự từ mẫu CT2-8 đến mẫu CT6-4. Vị trí<br /> đỉnh nhiễu xạ của hai pha trong composite g-C3N4/TiO2 gần như không thay đổi khi tỉ lệ<br /> thành phần thay đổi cũng như không thay đổi so với các pha thành phần là g-C3N4 và TiO2.<br /> Điều này cho thấy việc tổ hợp vật liệu composite g-C3N4/TiO2 bằng phương pháp trộn cơ<br /> học g-C3N4 với TiO2 không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của cả hai vật liệu thành phần này.<br /> Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của TiO2, g-C3N4 và các mẫu composite g-C3N4/TiO2 là<br /> CT2-8 và CT6-4 được trình bày trên hình 2. Ảnh SEM của TiO2 cho thấy hình thái là các<br /> hạt nhỏ dạng giả cầu có kích thước từ 3 đến 8 nm. Trong khi đó, g-C3N4 giống như các lá<br /> mỏng có độ dày khoảng 15 nm và đường kính từ vài chục tới vài trăm nm xếp chồng lên<br /> nhau. Ảnh SEM của các mẫu CT2-8 và CT6-4 cho thấy có sự xuất hiện của cả hạt và lá<br /> tương ứng với cả hai pha của g-C3N4 và TiO2. Ngoài ra, khi quan sát kĩ trên hình 2b-c có<br /> thể nhận thấy một phần các hạt TiO2 có kích thước nhỏ phân tán trên bề mặt các tấm g-<br /> C3N4, một phần khác kết lại thành các đám hạt TiO2. Số lượng các hạt nano TiO2 trong<br /> mẫu CT2-8 nhiều hơn hẳn so với trong mẫu CT4-6. Tuy nhiên, mẫu CT6-4 có sự phân tán<br /> của các hạt TiO2 trên các tấm g-C3N4 một cách đồng đều hơn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100 nm 100 nm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100 nm 100 nm<br /> <br /> Hình 2. Ảnh SEM của các mẫu: (a) g-C3N4; (b) CT6-4, (c) CT2-8 và (d) TiO2.<br /> 2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. (a) Phổ hấp thụ và (b) biểu diễn (h)2 theo năng lượng photon của các mẫu<br /> TiO2, g-C3N4 và composite g-C3N4/TiO2 với tỉ lệ khối lượng khác nhau.<br /> <br /> <br /> 138 L. T. Hằng, …, Đ. D. Bích, “Chế tạo và nghiên cứu … của vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Tính chất hấp thụ của các mẫu composite g-C3N4/TiO2 và TiO2, g-C3N4 được đo bằng<br /> phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy).<br /> Như kết quả trình bày trên hình 3a, bờ hấp thụ cơ bản của vật liệu TiO2 ở khoảng bước<br /> sóng 406 nm tương ứng với năng lượng vùng cấm cỡ 3,23 eV, còn g-C3N4 có bờ hấp thụ ở<br /> khoảng 463 nm, ứng với năng lượng vùng cấm là 2,82 eV. Các mẫu composite CT2-8,<br /> CT3-7, CT4-6, CT5-5, CT6-4 có bờ hấp thụ dịch về phía ánh sáng đỏ so với TiO2. Bờ hấp<br /> thụ của các mẫu composite chênh lệch không đáng kể. Năng lượng vùng cấm của bán dẫn<br /> n<br /> được ước tính bởi biến đổi Kubelka-Munk:  h  A h  Eg với α, h, υ, Eg, A lần lượt là  <br /> hệ số hấp thụ, hằng số Planck, năng lượng vùng cấm và hằng số và sử dụng phương pháp<br /> Tauc [12]. Giá trị của n phụ thuộc vào tính chất quá trình chuyển dời trong bán dẫn. Giá trị<br /> n đối với bán dẫn chuyển dời xiên TiO2 và g-C3N4 là 2 [13]. Vì vậy, từ kết quả biểu diễn<br /> trên hình 3b, giá năng lượng vùng cấm (Eg) của TiO2, g-C3N4 và các vật liệu composite<br /> CT2-8, CT3-7, CT-4-6, CT5-5, CT6-4 được tính toán và trình bày trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Giá trị độ rộng vùng cấm và bờ hấp thụ của các mẫu TiO2, CT2-8, CT3-7, CT4-6,<br /> CT5-5, CT6-4 và g-C3N4.<br /> Tên mẫu TiO2 CT2-8 CT3-7 CT4-6 CT5-5 CT6-4 g-C3N4<br /> Eg (eV) 3,23 2,92 2,92 2,92 2,92 2,94 2,82<br />  (nm) 406 452 452 452 452 457 463<br /> Từ bảng 1 ta thấy giá trị của độ rộng vùng cấm của tất cả các mẫu composite đều lớn<br /> hơn độ rộng vùng cấm của TiO2 và nhỏ hơn độ rộng vùng cấm của mẫu g-C3N4. Điều này<br /> có thể giải thích được khi coi rằng phổ hấp thụ của các mẫu composite là kết quả của việc<br /> cộng phổ hấp thụ của hai thành phần.<br /> Sự tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống có thể giải phóng năng lượng và có thể phát hiện<br /> được thông qua phát xạ huỳnh quang. Cường độ huỳnh quang thấp là dấu hiệu cho thấy<br /> việc tái hợp điện tử - lỗ trống giảm, dẫn tới tăng hoạt tính quang xúc tác. Hình 4a là kết<br /> quả phổ phát xạ huỳnh quang của các mẫu TiO2 tinh khiết pha anatase, g-C3N4 và các mẫu<br /> CT2-8, CT4-6, CT6-4 khi được kích thích bởi lade có bước sóng 325 nm. Kết quả cho<br /> thấy, phổ phát xạ huỳnh quang của tất cả các mẫu là một dải rộng từ 350 tới 700 nm và<br /> không có sự dịch các đỉnh phát xạ của các mẫu. Điều này phù hợp với kết quả của phổ hấp<br /> thụ UV-Vis.<br /> <br /> g-C3N4 CT2-8<br /> (a) CT4-6 (b)<br /> CT4-6 CT6-4<br /> TiO2<br /> Cường độ (đ.v.t.y.)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cường độ (đ.v.t.y.)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> CT2-8 g-C3N4<br /> P1<br /> P3<br /> P2<br /> <br /> <br /> TiO2<br /> <br /> CT6-4<br /> P4<br /> <br /> <br /> 400 500 600 700 400 500 600 700<br /> Bước sóng (nm) Bước sóng (nm)<br /> <br /> Hình 4. (a) Phổ huỳnh quang của TiO2 pha anatase, g-C3N4 và các composite g-C3N4/TiO2<br /> với tỉ phần pha khác nhau và (b) Đường làm khớp phổ huỳnh quang bằng hàm Gaussian.<br /> Trên hình 4 ta thấy xuất hiện đỉnh phát xạ tại vị trí 506 nm được xác định là của TiO2.<br /> Trong nghiên cứu trước đây của Wang và cộng sự [11] đã chỉ ra rằng các đỉnh phổ phát xạ<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 139<br />  Vật lý & Khoa học vật liệu<br /> của g-C3N4 có thể do sự chồng chập của nhiều đỉnh. Vì thế, để xác định vị trí các đỉnh phổ<br /> huỳnh quang của mẫu, chúng tôi tiến hành làm khớp đỉnh phổ theo hàm Gaussian bằng<br /> phần mềm Origin. Kết quả cho thấy các đỉnh phát xạ huỳnh quang của g-C3N4 tại vị trí 432<br /> nm, 451 nm, 492 nm và 541 nm (hình 4b) và có sự phù hợp với kết quả nghiên cứu của<br /> Wang. Khi vật liệu bị kích thích ánh sáng, điện tử ở vùng hóa trị δ chuyển lên vùng dẫn δ*,<br /> sau đó các điện tử chuyển xuống các trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát xạ. Nguồn<br /> gốc của các đỉnh phát xạ P1, P2, P3 trên phổ huỳnh quang là sự chuyển mức điện tử<br /> δ*LP, π*LP và π*π. Trong đó, δ* và π* là các trạng thái phản liên kết còn δ và π là<br /> các mức liên kết, LP là trạng thái điện tử lẻ cặp của nitride (hợp chất nitơ) nằm giữa mức π<br /> và δ (hình 5).<br /> *<br /> *<br /> <br /> P1 P2 P3<br /> <br /> <br /> LP<br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ mức năng lượng phát xạ của vật liệu g-C3N4.<br /> Các mẫu composite đều có cường độ phát huỳnh quang thấp hơn so với mẫu g-C3N4<br /> tinh khiết. Điều này gián tiếp cho thấy việc tạo composite với TiO2 làm giảm tốc độ tái<br /> hợp của cặp điện tử-lỗ trống. Kết quả giảm cường độ huỳnh quang theo nồng độ TiO2<br /> trong composite có thể được giải thích phù hợp với mô hình cấu trúc vùng năng lượng của<br /> tiếp xúc dị chất g-C3N4, có lợi cho quá trình quang xúc tác của vật liệu g-C3N4.<br /> Khả năng quang xúc tác của TiO2, g-C3N4 tinh khiết và các composite g-C3N4/TiO2<br /> được đánh giá thông qua sự phân hủy dung dịch Rhodamine B (RhB) dưới sự chiếu xạ của<br /> đèn Xenon. Hình 6 biểu diễn tỉ lệ cường độ đỉnh hấp thụ của dung dịch RhB với sự có mặt<br /> của vật liệu composite g-C3N4/TiO2 ở những thời điểm khác nhau được chiếu sáng bằng<br /> đèn Xenon.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Kết quả phân hủy RhB dưới sự chiếu sáng của đèn<br /> Xenon đối với các mẫu composite g-C3N4/TiO2.<br /> Kết quả cho thấy tất cả các mẫu đều đạt tới trạng thái hấp phụ bão hòa đối với RhB sau<br /> 30 phút khuấy trong bóng tối. Mẫu g-C3N4 biểu hiện khả năng hấp phụ tốt nhất trong số<br /> <br /> <br /> 140 L. T. Hằng, …, Đ. D. Bích, “Chế tạo và nghiên cứu … của vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> các mẫu, điều này có thể giải thích là do hình thái dạng tấm của g-C3N4. TiO2 pha anatase<br /> biểu hiện hiệu quả phân hủy RhB tốt nhất trong các mẫu, gần như 100% RhB đã bị phân<br /> hủy sau 2 giờ chiếu sáng đèn Xenon. Mẫu g-C3N4 tinh khiết cho hiệu quả quang xúc tác<br /> kém nhất trong các mẫu. Các mẫu composite g-C3N4/TiO2 trong nghiên cứu này có hiệu<br /> quả quang xúc tác không khác biệt nhiều và dung dịch RhB gần như mất màu hoàn toàn<br /> sau 2,5 giờ chiếu sáng. Hiệu quả quang xúc tác cao của TiO2 có thể được giải thích do<br /> trong bức xạ đèn Xenon có chứa một phần đáng kể ánh sáng tử ngoại là vùng mà vật liệu<br /> nano TiO2 có hoạt tính quang xúc tác rất mạnh. Mặc dù hiệu quả quang xúc tác còn thấp<br /> hơn TiO2 pha anatase tinh khiết nhưng vật liệu composite g-C3N4/TiO2 đã cải thiện đáng<br /> kể khả năng quang xúc tác so với vật liệu g-C3N4 tinh khiết do vật liệu này đã giảm khả<br /> năng tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống như đã thể hiện trong phổ phát xạ truyền qua. Hơn<br /> nữa, nếu xét trong khoảng thời gian dưới 1 giờ, vật liệu compiste chế tạo được có tốc độ<br /> phân hủy RhB cao hơn TiO2 tinh khiết. Đây là một kết quả đáng lưu ý của hệ vật liệu này<br /> và cần có những nghiên cứu chi tiết hơn.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Vật liệu composite g-C3N4/TiO2 được chế tạo thành công bằng phương pháp trộn cơ<br /> học g-C3N4 với TiO2. Các hạt TiO2 kích thước nano đã phân tán trên bề mặt các lá mỏng<br /> g-C3N4 làm cho vật liệu composite g-C3N4/TiO2 tạo thành có độ xốp cao. Sự kết hợp giữa<br /> g-C3N4 với TiO2 cũng làm giảm sự tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống. Điều này đã làm cho<br /> khả năng quang xúc tác của vật liệu composite tốt hơn so với g-C3N4 trong điều kiện chiếu<br /> sáng bằng đèn Xenon. Vật liệu composite chế tạo được cũng thể hiện tốc độ phân hủy cao<br /> hơn TiO2 trong khoảng thời gian ngắn (dưới 1 giờ) mặc dù hiệu quả quang xúc tác cuối<br /> cùng thấp hơn.<br /> Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ<br /> Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 103.02-2016.46.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. J. Jiang et al., “Dependence of electronic structure of g-C3N4 on the layer number of<br /> its nanosheets: A study by Raman spectroscopy coupled with first-principles<br /> calculations,” Carbon, Vol. 80, No. 1 (2014), pp. 213–221.<br /> [2]. Y. Liao et al., “Tailoring the Morphology of g-C3N4 by Self-Assembly towards High<br /> Photocatalytic Performance,” Chem Cat Chem, Vol. 6, No. 12 (2014), pp. 3419–<br /> 3425.<br /> [3]. S. Cao and J. Yu, “g-C3N4-based Photocatalysts for Hydrogen Generation,” J. Phys.<br /> Chem. Lett., Vol. 5, No. 12 (2014), pp. 2101–2107.<br /> [4]. G. Ding, W. Wang, T. Jiang, B. Han, H. Fan, and G. Yang, “Highly Selective<br /> Synthesis of Phenol from Benzene over a Vanadium-Doped Graphitic Carbon Nitride<br /> Catalyst,” Chem Cat Chem, Vol. 5, No. 1 (2013), pp. 192–200.<br /> [5]. S. Hu et al., “Enhanced visible light photocatalytic performance of g-C3N4<br /> photocatalysts co-doped with iron and phosphorus,” Appl. Surf. Sci., Vol. 311<br /> (2014), pp. 164–171.<br /> [6]. Z. Li, J. Wang, K. Zhu, F. Ma, and A. Meng, “Ag/g-C3N4 composite nanosheets:<br /> Synthesis and enhanced visible photocatalytic activities,” Mater. Lett., Vol. 145<br /> (2015), pp. 167–170.<br /> [7]. W.-J. Ong, L.-L. Tan, S.-P. Chai, and S.-T. Yong, “Heterojunction engineering of<br /> graphitic carbon nitride (g-C3N4) via Pt loading with improved daylight-induced<br /> photocatalytic reduction of carbon dioxide to methane,” Dalt. Trans., Vol. 44, No. 3<br /> (2015), pp. 1249–1257.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 141<br />  Vật lý & Khoa học vật liệu<br /> [8]. W. Zhang, L. Zhou, and H. Deng, “Ag modified g-C3N4 composites with enhanced<br /> visible-light photocatalytic activity for diclofenac degradation,” J. Mol. Catal. A<br /> Chem., Vol. 423, No. July (2016), pp. 270–276.<br /> [9]. G. Mamba and A. K. Mishra, “Graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanocomposites: A<br /> new and exciting generation of visible light driven photocatalysts for environmental<br /> pollution remediation,” Appl. Catal. B Environ., Vol. 198 (2016) pp. 347–377.<br /> [10]. L. Ming, H. Yue, L. Xu, and F. Chen, “Hydrothermal synthesis of oxidized g-C3N4<br /> and its regulation of photocatalytic activity,” J. Mater. Chem. A, Vol. 2 (2014), pp.<br /> 19145–19149.<br /> [11]. Y. Yuan et al., “High-yield synthesis and optical properties of g-C3N4,” Nanoscale,<br /> Vol. 7, no. 29 (2015), pp. 12343–12350.<br /> [12]. D. L. Wood and J. Tauc, “Weak Absorption Tails in Amorphous Semiconductors,”<br /> Physical Review B, Vol. 5, No. 8 (1972), pp. 3144-3151<br /> [13]. Y. Chen et al, "Construction of Heterostructured g-C3N4/Ag/TiO2 Microspheres with<br /> Enhanced Photocatalysis Performance under Visible-Light Irradiation," ACS Appl.<br /> Mater. Interfaces, Vol. 6, No 16 (2014), pp. 14405-14414<br /> ABSTRACT<br /> SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF PHYSICAL PROPERTIES,<br /> PHOTOCATALYTIC ABILITY OF g-C3N4/TiO2 COMPOSITE MATERIAL<br /> In this study, the results of studies the physical properties as well as the<br /> possibility of composite materials synthesized by mechanical mixing method with<br /> different mass ratios are shown. The crystal structure, surface morphology and<br /> optical properties of the prepared materials were investigated by using X-ray<br /> diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), photoluminescence (PL)<br /> and UV-vis absorption spectra. The results showed that the synthesized materials<br /> exhibited good crystallization of both component phases, without the presence of<br /> impurities. The TiO2 nanoparticles adhered on the surface of g-C3N4 nanosheets.<br /> The UV-Visible Diffuse Reflectance measurement displayed that the optical<br /> absorption edge of g-C3N4/TiO2 composites had a red shift to the longer wavelength<br /> in comparison with pure TiO2. The photocatalytic activity of the g-C3N4/TiO2<br /> material was evaluated by degradingthe concentration of Rhodamine B (RhB)<br /> solution (10 ppm) under the irradiation of the Xenon light. The results also showed<br /> that the synthesized g-C3N4/TiO2 composite materials have a better photocatalytic<br /> ability than pure g-C3N4.<br /> Keywords: g-C3N4; TiO2; Composite; Photocatalytic; Rhodamine B.<br /> <br /> Nhận bài ngày 06 tháng 3 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 18 tháng 3 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 4 năm 2018<br /> 1<br /> Địa chỉ: Khoa Khoa học Đại cương, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội;<br /> 2<br /> Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội;<br /> 3<br /> Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.<br /> *<br /> Email: lamhang289@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 142 L. T. Hằng, …, Đ. D. Bích, “Chế tạo và nghiên cứu … của vật liệu tổ hợp g-C3N4/TiO2.”<br />