Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com 1 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
SVTH: Huỳnh Chí Cư ờ ng
MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................1
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................4
MỞ ĐẦ U................................................................................................................7
PHẦN 1: TỔNG QUAN ........................................................................................8
CHƯ Ơ NG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................8
1.1 Phư ơ ng pháp sol-gel................................ ................................................... 8
1.1.1 Giới thiệu............................................................................................. 8
1.1.2 Các quá trình chính xảy ra trong Sol-Gel .............................................9
1.1.3 Ư u điể m và như ợ c điể m của quá trình Sol-Gel ..................................13
1.1.4 Một số ứ ng dụng hiện nay củ a phư ơ ng pháp sol-gel ......................... 14
1.1.5 Các phư ơ ng pháp tạ o màng ............................................................... 16
1.2 Hợp chất TiO2 và các ứng dụng................................ ................................ 20
1.2.1 Các tính chất lý-hóa .......................................................................... 20
1.2.2 Tính năng quang xúc tác ................................ ................................ ...22
1.2.3 Sơ lư ợ c về vật liệu tự làm sạch .......................................................... 26
1.2.3.1 Góc tiếp xúc ................................................................................ 26
1.2.3.2 Tính kỵ nư ớ c............................................................................... 27
1.2.3.3 Tính ư a nư ớ c ................................ ............................................... 28
1.3 Các phư ơ ng pháp phân tích m ẫ u trong khóa luận ..................................... 32
1.3.1 Nguyên lý và ứng dụng của phổ UV-VIS........................................... 32
1.3.2 Nguyên lý và ứng dụng của phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ...................... 33
1.3.3 Nguyên lý và ứng dụng của các kính hiển vi TEM, SEM, AFM......... 35
1.3.3.1 Kính hiể n vi điệ n tử truyền qua (TEM)........................................ 35
1.3.3.2 Kính hiể n vi điệ n tử quét (SEM).................................................. 36
1.3.3.3 Kính hiển vi lực nguyên tử(AFM) .............................................. 38
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM................................................................................. 40
CHƯ Ơ NG II: TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VẬT LIỆU ....................... 40
2.1 Tạo vật liệu TiO2...................................................................................... 40
2.1.1 Quá trình tạo sol ................................................................................ 40
2.1.1.1 Chuẩn bị...................................................................................... 40
Hóa chất ...................................................................................................... 40
Dụng cụ thí nghiệm ..................................................................................... 40
Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com 2 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
SVTH: Huỳnh Chí Cư ờ ng
2.1.1.2 Thực hiện .................................................................................... 41
Tạo sol SnO2................................................................................................ 41
Tạo sol TiO2 pha tạp SnO2................................ ........................................... 42
2.1.2 Quá trình tạo màng và bột:.................................................................44
2.1.3 Xử lí nhiệt.......................................................................................... 47
2.2 Khảo sát các tính chất................................ ............................................... 47
2.2.1 Khả o sát năng lư ợ ng vùng cấm Eg..................................................... 48
2.2.2 Khảo sát các thành phần trong mẫu.................................................... 48
2.2.3 Khảo sát các tính chất về kích thư ớ c và bề mặt mẫu: ......................... 48
2.2.4 Thử tính năng quang xúc tác: ............................................................. 48
CHƯ Ơ NG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................... 51
3.1 Thay đổ i mứ c năng lư ợ ng hấp thu ................................ ............................ 51
3.2 Hình thành tinh thể TiO2,SnO2................................ ................................ .53
3.3 Tính năng quang xúc tác ................................ ........................................... 58
3.3.1 Khả năng phân hủ y MB ..................................................................... 58
3.3.2 Tính siêu ư a nư ớ c của màng .............................................................. 61
3.3.3 Khả năng diệ t khuẩn ................................ ................................ .......... 63
KẾT LUẬN..........................................................................................................64
Tài liệu tham khảo............................................................................................... 66
Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com 3 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
SVTH: Huỳnh Chí Cư ờ ng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tính chất quang của TiO2................................ ................................ .20
Bảng 1.2 Số liệu về tính chất và cấu trúc của TiO2................................ ........... 21
Bảng 3.1 Bảng kết quả góc thấ m ư ớ t của các mẫu ................................ ............ 62
Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com 4 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
SVTH: Huỳnh Chí Cư ờ ng
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Phảnứng thủy phân ................................ ................................ ............ 10
Hình 1.2 Phảnứ ng ngư ng tụ .............................................................................. 11
Hình 1.3 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điề u kiện xúc tác acid ................. 12
Hình 1.4 Sự phát triển cấu trúc tinh thể trong điề u kiện xúc tác base................. 12
Hình 1.5 Sự phát triển cấu trúc màng trong quá trình sol -gel............................. 13
Hình 1.6 Các nhóm sản phẩm củ a phư ơ ng pháp sol-gel ....................................15
Hình 1.7 Phư ơ ng pháp phủ quay (spin coating) ................................ ................. 16
Hình 1.8 Các giai đoạ n củ a phư ơ ng pháp phủ quay........................................... 16
Hình 1.9 Sự phát triể n độ dày màng phủ........................................................... 18
Hình 1.10 Quá trình phủ nhúng ................................ ................................ ........... 18
Hình 1.11 Thiết bị phủ phun (súng phun) ................................ ............................ 19
Hình 1.12 Hệ thống phủ chảy dòng ..................................................................... 19
Hình 1.13 Cấu trúc pha tinh thể rutile .................................................................21
Hình 1.14 Cấu trúc pha tinh thể Anatase ................................ ............................. 22
Hình 1.15 Cấu trúc pha tinh thể brookite............................................................. 22
Hình 1.16 Các cơ chế dịch chuyể n điệ n tử.......................................................... 23
Hình 1.17 Quá trình quang hoá với sự kích hoạt của các phân tử TiO2................ 24
Hình 1.18 Bề rộ ng khe năng lư ợ ng của một số chất bán dẫn ............................... 25
Hình 1.19 Cấu trúc bề mặt của lá sen ................................ ................................ .. 27
Hình 1.20 Hiệuứng lá sen................................ ................................ ................... 27
Hình 1.21 Cơ chế chuyển từ tính kỵ nư ớ c sang tính ư a nư ớ c của TiO2khi đư ợ c
chiếu sáng........................................................................................... 29
Hình 1.22 Bề mặt kỵ nư ớ c của TiO2................................ ................................ .... 30
Hình 1.23 Sự phân huỷ các chất hữ u cơ làm lộ nhóm –OH .................................30
Hình 1.24 Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử nư ớ c.......................................... 30
Hình 1.25 Nư ớ c khuếch tán vào trong bề mặt vật liệu......................................... 31
Hình 1.26 Cơ chế tự làm sạch kết hợp tính chất siêu thấ m ư ớ t ............................ 32
Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com 5 CBHD: TS. Lâm Quang Vinh
SVTH: Huỳnh Chí Cư ờ ng
Hình 1.27 Cư ờ ng độ tia sáng trong phư ơ ng pháp đo UV-VIS ............................. 33
Hình 1.28 Máy UV-Vis Cary 100 Conc - Variant ................................ ............... 33
Hình 1.29 Sơ đồ tán xạ tia X bởi nguyên tử......................................................... 34
Hình 1.30 Sơ đồ nhiễu xạ tia X bởi tinh thể. ....................................................... 34
Hình 1.31 Máy chụp phổ XRD ................................ ................................ ........... 35
Hình 1.32 Sơ đồ cấu tạo máy TEM ..................................................................... 35
Hình 1.33 Máy JEM – 1400 ................................................................................ 36
Hình 1.34 Sơ đồ cấu tạo máy SEM ................................ ................................ .....37
Hình 1.35 Máy Jeol 6600 ................................ ................................ .................... 38
Hình 1.36 Máy Nanotec Electronica S.L ................................ ............................. 38
Hình 1.37 Sơ đồ cấu tạo máy AFM ..................................................................... 39
Hình 1.38 Đồ thị các vùng hoạ t độ ng của mũi dò................................................ 39
Hình 2.1 Sơ đồ tạo sol SnO2.............................................................................. 41
Hình 2.2 Sơ đồ tạo sol TiO2:SnO2................................ ................................ ..... 44
Hình 2.3 Máy nhúng màng (dip–coating) .......................................................... 46
Hình 2.4 Máy OCA-20 – Dataphysics ................................ ............................... 49
Hình 3.1 Phổ UV-VIS của màng ứng với các nồ ng độ ......................................51
Hình 3.2 Sơ đồ dịch chuyể n điệ n tử trong TiO2:SnO2........................................52
Hình 3.3 Phổ hấp thu của các màng TiO2:SnO2pha tạp với các nồ ng độ khác
nhạu tại 5000C ................................ .................................................... 53
Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bột TiO2 tại các nhiệ t độ khác nhau......... 54
Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu bột TiO2:SnO2 với các nồ ng độ pha tạp
khác nhau tại 5000C................................................................ ............ 55
Hình 3.6 Ảnh TEM của mẫu TiO2:SnO2............................................................ 56
Hình 3.7 Ảnh SEM của mẫu TiO2:SnO2............................................................ 57
Hình 3.8 Ảnh AFM cùa mẫu màng TiO2:SnO2 (30%) tại 5000C........................ 57
Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn nồ ng độ MB theo thời gian ứng với các mẫu pha tạp
SnO2khác nhau .................................................................................. 58