BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG
VÀ ƯA NƯỚC CỦA MÀNG TỔ HỢP TIO
2
/SIO
2
VÀ
TIO
2
/PEG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL
LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ
HÀ NỘI – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG
VÀ ƯA NƯỚC CỦA MÀNG TỔ HỢP TIO
2
/SIO
2
VÀ
TIO
2
/PEG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL
LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 9 44 01 04
Người hướng dẫn khoa học:
1. Tiến sĩ. Nguyễn Trọng Tĩnh
2. Tiến sĩ. Nghiêm Thị Hà Liên
Hà Nội – 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của
TS. Nguyễn Trọng Tĩnh và TS. Nghiêm Thị Hà Liên
. Các kết
quả trong một số hợp tác nghiên cứu mà tôi sử dụng trong luận án đã được sự
đồng ý của các đồng tác giả. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và
chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tác giả luận án
Nguyễn Thị Mai Hương
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu Giải nghĩa
TiO
2
Titan đioxit
PIH Tính chất ưa nước khi bề mặt được chiếu sáng (Photo-
Induced Hydrophilic).
θ Góc tiếp xúc của giọt chất lỏng trên bề mặt rắn.
γ
sv
Năng lượng tiếp xúc bề mặt chất rắn với pha hơi hay
năng lượng tự do bề mặt chất rắn.
γ
lv
Năng lượng tiếp xúc bề mặt chất lỏng với pha hơi hay
năng lượng tự do bề mặt chất lỏng.
γ
sl
Năng lượng tiếp xúc bề mặt chất rắn với chất lỏng.
P25 TiO
2
(kích thước hạt ~25nm) của hãng Degussa
TPOT Tetraisopropylorthotitanat (C
12
H
28
O
4
Ti)
TEOS Tetraethylorthosilicat (C
8
H
20
O
4
Si)
PEG Polyethylene glycol (H-(O-CH
2
-CH
2
)
n
-OH)
SiO
2
Ôxit Silic
UV Ánh sáng tử ngoại (10nm - 380nm)
UVA Ánh sáng tử ngoại gần (315nm-380 nm)
λ Bước sóng
eV Electron Volt – Đơn vị năng lượng
e
-
Điện tử
h
+
Lỗ trống
hv Năng lượng (ánh sáng tới)
*
O
Oxygen Radical
*
OH Hydroxyl Radical
OH
-
Hydroxyl Ion
MB Methylene Blue (Xanh Methylene)
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………. ………………
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU TITAN ĐIOXIT (TIO
2
) CẤU TRÚC
NANO………………………………………………………………………………….
6
1.1 Vật liệu nano TiO
2
……………………………………………………………… 6
1.1.1
Giới thiệu chung về vật liệu nano TiO
2
………………………………….
6
1.1.2
Tính chất quang xúc tác của vật liệu nano TiO
2
…………………………. 9
1.1.2.1
1.1.2.2
Cơ chế xúc tác quang của vật liệu nano TiO
2
…………………….
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác……………….
90
10
1.1.3
Các hệ vật liệu nano TiO
2
biến tính………………………………………
12
1.1.3.1
1.1.3.2
Vật liệu nano TiO
2
biến tính bởi kim loại, phi kim……………….
Hệ vật liệu nano TiO
2
/SiO
2
, TiO
2
/PEG…………………………...
12
13
1.1.4
Các ứng dụng của vật liệu TiO
2
…………………………………………...
14
1.2 Hiệu ứng ưa nước của màng mỏng nano TiO
2
………………………………...
16
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
Khái niệm ưa nước, kị nước trên bề mặt vật rắn. ………………………...
Cơ chế ưa nước khi kích thích ánh sáng đối với vật liệu nano TiO
2
……...
Một số nghiên cứu hướng đến những yếu tố ảnh hưởng lên hiệu ứng ưa
nước của màng TiO
2
………………………………………………………
Một số ứng dụng dựa trên hiệu ứng ưa nước của màng TiO
2
…………….
16
17
20
23
Kết luận chương 1………………………………………………………………. 27
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………………..
28
2.1 Công nghệ chế tạo vật liệu nano TiO
2
…………………………………………
28
2.1.1
2.1.2
2.1.3
Công nghệ chế tạo vật liệu nano………………………………………….
Quá trình sol-gel chế tạo vật liệu nano……………………………………
Quá trình sol-gel chế tạo vật liệu và màng mỏng trên nền tảng nano
TiO
2
……………………………………………………………………….
28
29
32
32
32
33
2.1.3.1
2.1.3.2
Quá trình thủy phân ngưng tụ chế tạo sol TiO
2
………………….
Quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng cấu trúc nano TiO
2
…..
2.2 Một số phương pháp nghiên cứu tính chất quang xúc tác cho vật liệu nano
TiO
2
………………………………………………………………………………
36
2.2.1
Phương pháp hấp thụ UV-VIS xác định nồng độ dung dịch, nghiên cứu
độ rộng vùng cấm bán dẫn……………………………………………..….
36
2.2.2
Phương pháp đo phân hủy chất mầu hữu cơ qua đó xác định tốc độ phản
ứng quang xúc tác. ………………………………………………………..
38
2.3.3
Phương pháp đo khả năng diệt khuẩn của hiệu ứng quang xúc tác…….....
40