Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang trên nền TiO₂, ZnO biến tính bởi chấm lượng tử graphene pha tạp nitơ và nano bạc

Luận án này tập trung vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng tại Việt Nam, đặc biệt là do các chất hữu cơ khó phân hủy. Đề tài đề xuất nghiên cứu và chế tạo các vật liệu xúc tác quang tiên tiến dựa trên nền TiO2 và ZnO, được biến tính bằng chấm lượng tử graphene pha tạp nitơ và nano bạc, nhằm mục đích tăng cường hiệu suất phân hủy chất ô nhiễm và mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu.

Luận án này hướng đến các nhà nghiên cứu, giảng viên và sinh viên sau đại học trong các lĩnh vực Hóa học, Vật liệu học, Kỹ thuật môi trường, đặc biệt là những người quan tâm đến công nghệ nano, xúc tác quang và xử lý ô nhiễm môi trường.

Luận án tiến sĩ này trình bày nghiên cứu toàn diện về việc chế tạo và đánh giá hoạt tính của các vật liệu xúc tác quang tiên tiến, nhằm ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước. Mục tiêu chính là chế tạo các vật liệu TiO2 và ZnO được biến tính bằng chấm lượng tử graphene pha tạp nitơ (N-GQDs) và nano bạc (Ag), sau đó đánh giá khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ methylene blue (MB) dưới tác động của ánh sáng. Nội dung nghiên cứu bao gồm các bước chi tiết: chế tạo vật liệu TiO2 và ZnO cơ bản; biến tính các vật liệu này với nano Ag và N-GQDs riêng lẻ; và đặc biệt là chế tạo các vật liệu lai biến tính đồng thời bởi cả N-GQDs và nano Ag. Luận án cũng tập trung vào việc nghiên cứu các tính chất hóa lý đặc trưng của các vật liệu đã chế tạo, đồng thời so sánh và đánh giá khả năng xúc tác quang của chúng. Dựa trên cơ sở khoa học về sự kết hợp hiệu ứng của vật liệu cacbon và kim loại quý để tăng cường khả năng xúc tác của TiO2 và ZnO, nghiên cứu đã đạt được những đóng góp quan trọng. Về mặt khoa học công nghệ, luận án đã thiết lập quy trình chế tạo đơn giản, thân thiện môi trường cho hai loại vật liệu xúc tác quang đa lớp mới là Ag, N-GQDs/TiO2 và Ag, N-GQDs/ZnO, với khả năng hoạt động hiệu quả trong vùng khả kiến. Nghiên cứu cũng xác định được tỉ lệ hàm lượng tối ưu của nano Ag và N-GQDs để biến tính hiệu quả bề mặt của TiO2 và ZnO. Đặc biệt, luận án đã xây dựng mô hình cấu tạo hóa học của N-GQDs, sơ đồ khử ion Ag+ thành Ag, và sơ đồ vận chuyển điện tích trong vật liệu Ag, N-GQDs/TiO2. Các phân tích động học chi tiết về quá trình hồi phục phát xạ và không phát xạ của cặp electron – lỗ trống trong hạt nano Ag/TiO2 đã cung cấp hiểu biết sâu sắc về cơ chế phân rã của chúng. Về mặt ứng dụng, nghiên cứu đã đề xuất giải pháp công nghệ hợp lý cho quá trình xử lý caffeine. Kết quả thực nghiệm cho thấy các vật liệu TiO2 tổng hợp có khả năng phân hủy hiệu quả các chất màu hữu cơ dưới chiếu xạ UV, với TiO2 nung ở 450°C cho hoạt tính xúc tác quang tốt nhất.