1

BÁO CÁO MÔN QUANG PHỔ ỨNG DỤNG

HVCH : TRẦN VĨNH SƠN

CHUYÊN NGÀNH : VẬT LÝ VÔ TUYẾN VÀ ĐIỆN TỬ

NHÓM 1 :

Tp. Hồ Chí Minh – Tháng /2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA – HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Số 227 đường Nguyễn Văn Cừ Q.5, Tp. HCM

Tel: 38 353 193 – Fax: 38 350 096

2

Phần I 1/ Các anh chị hãy cho biết tên tạp chí ? Volume (số thứ tự ) ? Năm được đăng bài ? Số trang ? Nhóm tác giả từ Trường hay viện nào ? nước nào ? ghi Điện thoại và email tác giả liên hệ khi cần ? Tên tạp chí : Electrochimica Acta

Volume : 54

Năm được đăng bài : 2009

Nhóm tác giả Lung-Chuan Chen, Fu-Ren Tsai , Yi-Ching Ho đến từ bộ môn vật liệu polymer, Đại học Kun-

Shan, Thành phố Yung Kang, Đài Loan.

Shih-Hao Fang đến từ bộ môn kỉ thuật môi trường, Đại học Kun-Shan, Thành phố Yung Kang, Đài

Loan.

2/ Tên bài báo : Tiếng Anh và tiếng việt ? Tiếng Anh : Properties of sol–gel SnO2/TiO2 electrodes and their photoelectrocatalytic

activities under UV and visible light illumination

Tiếng Việt : Tính chất của điện cực sol–gel SnO2/TiO2 và hoạt động quang điện tử xúc tác của nó

dưới tác dụng của ánh sang UV và khả kiến

3/ Mục đích chính của nghiên cứu này là gì ? Mục đích chính của nghiên cứu này là chế tạo thành công điện cực SnO2/TiO2 bằng phương pháp

sol-gel, khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng của điện cực cũng như hoạt động quang

xúc tác của nó dưới tác động của ánh sang UV và khả kiến

4/ Phương pháp tạo mẫu ? (PP phún xạ hay sol gel v.v..)

Thông thường TTIP và tin chloride được sử dụng như tiền chất để tạo thành keo SnO2-TiO2. Thông thường 0.1 mol TTIP và tin clorua được cho vào bình chứa có 0.3 mol ethanol và 12mol

nước cất rồi khuấy mạnh, sau đó bổ sung thêm 1 ml 2,4-pentanedione và axit nitric để giử độ pH là

3. Dung môi tao thành được ủ ở 90oC để tạo thành sol ổn định. Tỉ lệ mol của ZnO2 trong vật liệu

composite thay đổi từ 0 đến 0.5

Một vài giọt sol ổn định được đặt lên bề mặt của tấm titan và được tạo màng bằng phương pháp phủ

quay. Màng được ủ ở nhiệt độ cao trong 30 phút để bay hơi các dung môi. Quá trình này được lặp

đi lặp lại nhiều lần để có được độ dày mong muốn. Để so sánh, một số sol được sấy khô bằng bay

hơi và nung ở nhiệt độ cao để có được bột mẫu.

3

5/ Hãy biện luận tất cả các kết quả từ bài báo trên ?

Tính chất của anode quang

Hính 1a và 1b trình bày phổ XRD của điện cực TiO2/Ti và SnO2-TiO2/Ti được nung ở các nhiệt độ

khác nhau. Mẫu TiO2/Ti nung ở 400oC không xuất hiện định nhiễu xạ của TiO2, cho thấy trong

trường hợp này màng TiO2 ở dạng vô định hình. Ngược lại, xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tương ứng

với các giá trị của 2θ lần lượt bằng 21.2, 35.0, 38.3, 40.0 và 52.9 của lớp màng Ti. Bên cạnh đó,

cường độ các định nhiễu xạ giảm dần khi nhiệt độ nung tăng lên do sự tăng trưởng của lớp màng

oxit. Khi nhiệt độ nung đạt tới 500oC, màng TiO2 xuất hiện các cấu trúc Anatase và Rutile, tương

ứng với các đỉnh nhiễu xạ ở 25,4o (mặt 101) và 27,5

o (mặt 110). Ở nhiệt độ ủ 600

oC, cấu trúc

Anatase của màng TiO2 hoàn toàn chuyển thành cấu trúc rutile.

Trong trường hợp điện cực SnO2 – TiO2/Ti, cấu trúc rutile hoàn toàn chiếm ưu thế và hoàn toàn

không quan sát thấy sự xuất hiện của pha Anatase khi nhiệt độ nung thay đổi trong khoảng từ 400 –

700oC. Kết quả này được giải thích do sự ưu tiên cấu trúc Rutile do sự tương đồng về mặt cấu trúc

giữa SnO2 và cấu trúc rutile của màng TiO2. Đỉnh nhiễu xạ chính trong trường hợp này tương ứng

với góc nhiễu xạ 2θ = 26.6o

(mặt 110) và có sự bao phủ đỉnh này lên đỉnh nhiễu xạ ứng với cấu trúc

rutile của màng TiO2, dẫn đến việc khó quan sát hiện tượng tinh thể hoá của SnO2 bằng phổ nhiễu

xạ tia X. Do đó, phổ Raman được sử dụng để khắc phục hiện tượng này. Kết quả cho thấy có sự

hình thành cấu trúc tinh thể rõ rệt trong màng SnO2 do sự xuất hiện các đỉnh raman ở các vị trí 776,

636, 547 và 490 cm-1

,đặc trưng cấu trúc tinh thể của màng SnO2. Bên cạnh đó, phổ Raman của bột

Hình 1. Phổ XRD của mẫu TiO2/Ti

và SnO2-TiO2/Ti ở các nhiệt độ ủ

khác nhau

Hình 2. Phổ Raman của mẫu

TiO2/Ti và SnO2-TiO2/Ti ở các

nhiệt độ ủ khác nhau

4

TiO2 và SnO2-TiO2 cũng được khảo sát (hình 2a và 2b). Kết quả từ các phổ này cho thấy quá trình

chuyển pha từ Anatase sang rutile của TiO2 xảy ra ở nhiệt độ 700oC, cao hơn so với trường hợp

TiO2/Ti. Ứng suất căng giữa lớp kim loại Ti và lớp TiO2 được xem là nguyên nhân của hiện tượng

này. Phổ Raman của SnO2-TiO2 cho thấy chỉ có sự hình thành của cấu trúc rutile mà không có sự

xuất hiện của pha Anatase hoặc đỉnh raman của SnO2 khi nhiệt độ nung tăng cao hơn 500oC. Ngoài

ra, đỉnh Raman ở vị trí 443cm-1

dịch về 431 cm-1

khi pha tạp SnO2, được giải thích do sự kết hợp

của SnO2 và TiO2.

Hình 3. Ảnh SEM của các mẫu (a) 400 ◦C-calcined TiO2/Ti, (b) 600 ◦C-calcined TiO2/Ti, (c) 400

◦C-calcined SnO2(30%)–TiO2/Ti and (d) 600 ◦C-calcined SnO2(30%)–TiO2/Ti.

Hình 3 cho thấy ảnh SEM của các mẫu TiO2/Ti và SnO2-TiO2/Ti. Bề mặt màng TiO2/Ti được nung

ở 400oC có dạng rắn, không có sự hình thành các vết nứt hoặc các hạt có kích thước lớn trong cấu

trúc màng. Khi nhiệt độ nung tăng lên đến 600oC, có sự hình thành của các hạt có kích thước lớn,

dẫn đến sự xuất hiện của các vết nứt ngăn cách các hạt này. Điều này làm cho màng nung ở nhiệt độ

này có độ gồ ghề cao hơn màng ủ ở 400oC. Trong trường hợp mẫu SnO2-TiO2/Ti, màng nung ở

400oC xuất hiện các hạt có kích thước khoảng 30-40nm được xếp chặt lại với nhau và tăng lên 50-

60nm khi nhiệt động nung tăng lên 600oC (hình 3c, 3d). Điều này cho thấy có sự hình thành tiếp

giáp dị thể trong trường hợp SnO2-TiO2, ngăn chặt sự kết hợp của các hạt TiO2 với nhau, dẫn đến

hình thái bề mặt của màng có chứa SnO2 có dạng hạt. Sự kết hợp của SnO2 vào màng TiO2 giúp

làm giảm hiệu ứng hiệu ứng thiêu kết khi khi tăng nhiệt độ ủ, khiến cho màng SnO2-TiO2 có cấu

trúc đồng nhất hơn màng TiO2 đơn thuần khi nung ở nhiệt độ cao.

5

Hình 4 trình bày phổ khuếch tán UV-Vis của bột SnO2-TiO2 được nung ở các nhiệt độ khác nhau.

Kết quả chỉ ra rằng mẫu SnO2-TiO2 thể hiện sự hấp thụ quang đáng kể trong vùng ánh sáng khả

kiến sau khi nung ở các nhiệt độ 500oC và 600

oC. Bên cạnh đó, bước sóng ngưỡng của TiO2 có xu

hướng dịch về phía đỏ, tương ứng với sự hình thành của pha rutile khi nhiệt độ tăng dần. Nếu pha

rutile được xem là nguyên nhân chính của sự hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, có thể suy luận

tăng cường sự hấp thụ được gia tăng này bằng cách tăng nhiệt độ nung của mẫu, do sự chiếm ưu thế

của màng pha rutile khi nhiệt độ nung tăng cao. Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm cho thấy điều

ngược lại. Do đó, phương pháp XPS được sử dụng để khảo sát suy luận này. Hình 5 cho thấy phổ

XPS của mẫu SnO2-TiO2 được nung ở nhiệt độ 600oC. Đỉnh phổ ở các vị trí 459,6 và 465.1 eV

được cho là kết quả của sự tách spin quỹ đạo 2p3/2 và 2p1/2 của Ti4++

như hình 5a. Bên cạnh đó, các

đỉnh phổ ở 457,7eV và 462.8eV bắt nguồn từ các electron Ti 2p3/2 và 2p1/2 cũng được quan sát bằng

kĩ thuật làm khớp đường cong. Phổ XPS của các trạng thái của C được thể hiện trong hình 5b. Do

năng lượng liên kết của cacbon, các đỉnh ở 285,6 và 286,8 được xem là do liên kết giữa C-C và C-

O. Kết quả này cũng cho thấy C có thể thay thế Ti trong mạng tinh thể để hình thành liên kết Ti-O-

C. Ngoài ra, đỉnh phổ ở vị trí 290eV được xác định là do sự hình thành của các dẫn xuất của carbon.

Do đó, các hợp chất của cacbon, liên kết Ti-O-C và các trạng thái bề mặt của Ti3+

đong góp vào quá

trình hấp thụ quang trong nghiên cứu này. Khi giảm lượng carbon, Ti-O-C và Ti3+

cho thấy sự suy

giảm khả năng hấp thụ quang trong vùng án sáng khả kiến khi tăng nhiệt độ nung mẫu.

2. Sự phụ thuộc dòng quang và điện thế

Hình 4. Phổ hấp thụ quang của mẫu SnO3

(30%) – TiO2 nung ở các nhiệt độ khác

nhau.

Hình 5. Phổ XPS

6

Đường cong dòng quang-thế năng

Hình 6 cho thấy sự phụ thuộc của đường cong dòng quang điện vào điện thế của mẫu SnO2-TiO2/Ti

được nung ở 600oC với các tỉ lệ khác nhau của SnO2. Dòng dương cực tăng dần khi nồng độ SnO2

gia tăng từ 0 – 30% và có xu hướng giảm khi lượng SnO2 đạt 50%. Đường cong I-V của mẫu

TiO2/Ti cũng được khảo sát nhằm mục đích so sánh, cho thấy dòng quang điện đạt giá trị thấp hơn

so với mẫu SnO2-TiO2/Ti. Hình 7 thể hiện sự thay đổi của dòng quang khi nhiệt độ nung tăng dần.

Kết quả cũng cho thấy dòng quang có cường độ tăng khi nhiệt độ nung thay đổi trong khoảng từ

400-600oC và giảm khi nhiệt độ tăng cao hơn 600

oC. Ngoài ra, xuất hiện 1 đỉnh đáng kể do sự oxi

hoá Ti3+

ở điện thế -0.85V.

SnO2 được cho là có tác dụng làm trung gian cho qua trình truyền điện tích sinh ra do hấp thụ

quang học xuyên qua lớp SnO2-TiO2 đến các điện cực nhờ vào sự hạn chế quá trình tái hợp điện tử -

lỗ trống. Do đó, sự pha tạp SnO2 vào TiO2 có tác dụng làm tăng cường dòng quang sinh ra. Ngoài

ra, các kết quả từ ảnh SEM cho thấy TiO2 pha tạp SnO2 có cấu trúc xốp rỗng, có tác dụng nâng cao

khả năng truyền điện tích và hấp thụ quang học. Hơn nữa, quá trình trinh thể hoá của mẫu SnO2-

TiO2 cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền điện tích trong khi tăng nhiệt độ từ 400

đến 600oC. Tuy nhiên, nhiệt độ cao gây nên sự suy giảm đáng kể trong các nhóm OH bề mặt và các

hợp chất carbon như Ti-O-C và Ti3+

, dẫn đến việc làm suy giảm đáng kể dòng quang điện.

Giảm chất lượng quang điện tử xúc tác của orange II dưới chiếu xạ xenon Giảm chất lượng của orange II trên điện cực

SnO2(30%)-TiO2/Ti với thế phân cực là 1V

trong tối được thực hiện với dung môi có độ pH

trong khoảng từ 3 đến 11. Không có phát hiện

suy giảm nào của phổ hấp thụ orange II trong

phản ứng của dung môi khẳng định rằng orange

II không thể giảm chất lượng nếu không chiếu

xạ. Dẫu rằng thế 1V không thể gây nên hiện

tượng điện phân trong hệ. oxi hóa quang điện

tử xúc tác của 20mg/L phút của orange II trên

điên cực SnO2(30%)-TiO2/Ti ủ ở 600oC dưới

ánh sáng chiếu xạ Xenon mà không có áp thế

7

cũng được khảo sát ở độ pH 3.0. Kết quả chỉ ra rằng hoạt động quang thấp, 6.7% của orange II ban

đầu bị biến chất ở 120 phút.

Nhìn chung, độ dày của màng tỉ lệ với số các lớp lắng đọng trên đế Ti. Sự chuyển hóa quang điện tử

xúc tác (PEC) của orange II tăng với số lớp lắng đọng đến 3 lần, tương ứng với độ dày là 3.0µm và

giảm với số lớp nhiều hơn như chỉ ra trong hình 8. Đồ dày của màng SnO2/TiO2 phải lớn hơn của

lớp điện tích không gian, ngược lại vùng xen phủ của màng thì không được tạo tốt, và hiệu điện thế trong vùng điện tích không gian thấp , nó có thể làm giảm đáng kể sự tách biệt cặp điện tử-lỗ trống.

Thêm vào đó, màng oxi quá dày có thể làm giảm độ hấp thụ ánh sáng tới gây ra độ giảm hạt tải. Ngược lại màng dày có thể tăng cả độ dài khuếch tán của các hạt điện tích và bẫy hạt tải, chính vì

điều này làm tăng cường dòng quang.

Hình 9 chỉ sự khác nhau về nồng độ của orange II

trên điện cực SnO2(30%)/TiO2 dưới chiếu xạ ánh

sáng Xenon khi pH của dung dịch tăng từ 3 đến 11.

Dung dịch với pH 3.0 diễn tả các hoạt động quang

điện tử xúc tác nhiều nhất. ở 60 phút, pH 7.0 chỉ sự

chuyển hóa ít nhất của orange II, pH 11.0 diễn ra khi

thời gian phản ứng mỡ rộng đến 120 phút. Một vài

liên hệ được xem xét như là lý do của sự tăng quang

xúc tác khi giảm độ pH. Một số trạng thái của TiO2,

như Ti-OH, các nhóm acidic-bridged-hydroxyl, liên

kết Ti-O-Ti, hấp thụ nước trong các acid Lewis được

cho là tồn tại trên bề mặt của điện cực. pH thấp chỉ ra nồng độ của proton cao, nó có thể tăng cường phản ứng giữa liên kết Ti-O-Ti và proton để trở

thành acidic-bridged-hydroxyl hay các nhóm Ti-OH, nó tăng cường sinh cặp e—

h+. Hơn thế nửa,

orange II như là một chất nhộm anionic, nó tăng

cường hấp thụ trên bề mặt của điện cực khi giảm

pH. Ngược lại khi pH tăng, có thể làm tăng nồng

độ các ion hydroxyl và tăng cường hình thành các

HO* bởi sự phản ứng của OH

- và h

+.

Hình 10 chỉ ảnh hưởng của nồng độ orange II

theo tốc độ ban đầu của giảm chất quang điện tử

xúc tác dưới chiếu xạ ánh sáng Xenon. Tốc độ

quang xúc tác tăng từ 0.140 đến 0.155 mg/L phút

khi nồng độ ban đầu của orange II tăng từ 10 đến

40 mg/L trên điện cực SnO2-TiO2. Các điểm

nghịch đảo của tốc độ theo nồng độ được diễn tả

bằng đường thẳng. Kết quả cho rằng mô hình hấp

thụ Langmuir-Hinshelwood có thể áp dụng cho hệ này, với hằng số tốc độ k và hằng số cân bằng hấp thụ

K là 0.158 mg/L phút và 0.71 mg/L cho SnO2-

TiO2.Tương ứng ta có hệ số k và K là 0.106 mg/l phút

và 5.65 mg/L cho TiO2. Qua thí nghiệm ta thấy rằng,

tốc độ quang điện tử xúc tác cho điện cực SnO2-TiO2 bằng khoảng 1.48 lần so với điện cực TiO2

với nồng độ ban đầu là 20mg/L. một điều thú vị là hệ số K của TiO2 lớn hơn so với hệ số của điện

8

cực SnO2-TiO2. Nó được cho rằng là orange II chỉ hấp thụ mạnh trên TiO2 hơn là trên SnO2 dẫn đến

hằng số hấp thụ cân bằng cao hơn của orange II trên TiO2 so với SnO2-TiO2. Những kết quả này

cho rằng nồng độ orange II diễn tả sự tăng ít hơn trong tốc độ quang điện tử xúc tác so với điện cực

SnO2-TiO2.

Oxi hóa quang điện tử xúc tác của orange II dưới chiếu xạ ánh sáng khả kiến Sự khác nhau của hóa quang điện tử xúc tác của orange II với pH dưới ánh sáng khả kiến trên điện

cực TiO2 cũng được thực hiện. Chỉ có 3 đến 6% orange II ban đầu bị giảm chất lượng ở thời gian

phản ứng là 60 phút, tốc độ ban đầu trong khoảng từ 0.0112-0.0168 mg/L phút trong pH khoảng 3-

11 dưới thế phân cực là 11V. Kết quả chỉ ra hoạt động ánh sáng khả kiến thấp với điện cực TiO2.

Thêm vào đó, giảm chất lượng của orange II ban đầu từ phổ hấp thụ bởi orange II cũng đáng kể. Cả chuyển hóa quang điện tử xúc tác và tốc độ ban đầu của orange II trong 90 phút tăng từ 7.8 đến

33.3% và 0.015-0.072 mg/L khi áp thế tăng từ 0 đến 10V dưới ánh sáng khả kiến, tăng thế áp vào

hơn 2 V, tốc độ ban đầu và chuyển hóa tăng đáng kể đến 0.079 mg/L phút và 35.4% như chỉ ra ở

hình 11. Tốc độ ban đầu của điện cực SnO2-TiO2/Ti khoảng 4,5 lần so với điện cực TiO2/Ti. Nó thể

hiện rằng có sự thay đổi về điện thế được tạo thành trong điện cực SnO2-TiO2, kết quả trong vùng

xen phủ, nó có thể giảm cực tiểu khả năng tái hợp của điện tử và lỗ trống bằng cách tách biệt các

điện tích khi thể dương được áp vào mặt phẳng, thế được áp dưới chiếu xạ. Theo kết quả thí

nghiệm, thế áp lớn hơn 1.0V có thể tăng đáng kể giảm chất lượng khi sự tách biệt điện tử và lỗ

trống tiến đến bão hòa.

Hình 12 chỉ sự ảnh hưởng của nhiệt độ ủ của

điện cực lên sự chuyển hóa quang xúc tác của

orange II dưới chiếu xạ ánh sáng khả kiến trên

điện cực SnO2-TiO2. Tăng nhiệt độ ủ từ 400

đến 600oC tăng sự chuyển hóa orange II ở

90 phút từ 18.7 đến 33.3%, tăng nhiệt độ

nung hơn nửa đến 700oC, ngược lại giảm

sự chuyển hóa xuống 17.1%. Điện cực

SnO2-TiO2 ở 500oC chỉ ra hấp thụ ánh sáng

khả kiến lớn nhất hơn so với 600, 700 và

800oC như chỉ ra ở hình 4. Mẫu ở 600

oC

9

diễn tả hoạt động ánh sáng khả kiến cao nhất. Tăng nhiệt độ nung từ 400 đến 600oC tăng

cường tính tinh thể của màng SnO2-TiO2, dẫn đến sự tăng cường hoạt động quang. Dẫu rằng

nhiệt độ ở 700oC giảm đáng kể số lượng các loạt hoạt động ở ánh sáng khả kiến như Ti-O-

C, carbonaceous và Ti+3

và diện tích bề mặt, lí do làm giảm nhanh chóng khả năng quang

điện tử xúc tác

6/ Kết quả chính nhóm tác giả đạt được ? Sự kết hợp của SnO2 thúc đẩy quá trình hình thành pha rutile của TiO2 được chỉ ra bằng sự trượt về đỏ của bước sóng ngưỡng TiO2. Màng composite SnO2-TiO2 diễn ta cấu trúc xốp và đồng nhất hơn

so với màng TiO2 sau khi nung ở 600oC. Các liên kết Ti-O-C, carbon, và các loại Ti

+3 được coi như

là các thành phần chính cho hấp thụ ánh sáng khả kiến của vật liệu composite SnO2- TiO2. SnO2

pha tạp TiO2 có thể tăng cường đáng kể oxi hóa quang xúc tác của orange II dưới chiếu xạ UV và

ánh sáng khả kiến so sánh với TiO2. Thế áp là 1V đủ cao để tách biệt các hạt tải điện sinh ra. Nhiệt

độ nung và thành phần SnO2 ảnh hưởng đến điện trở khối, bề mặt của màng composite, tác động

đáng kể lên hiệu quả quang xúc tác.

10

Phần II Vật liệu TiO2 có hiệu ứng quang xúc tác rất cao trong vùng tử ngoại (UV) nhằm ứng

dụng trong sử lý môi trường, Tuy nhiên để có hiệu ứng quang xúc tác mạnh trong vùng ánh

sáng khả kiến thì hiện nay có rất nhiều nghiên cứu pha tạp SnO2 với TiO2. Từ phổ hấp thu

cuả dung dịch, màng SnO2 :TiO2 và phổ PL đo tại Bộ môn VLỨD. Anh (chị) hãy biện luận

các phổ trên.

Phổ UV-VIS của màng ứng với các nồng độ

Biện luận phổ UV-Vis của màng ứng với các nồng độ khác nhau

Từ đồ thị ta thấy:

- Màng TiO2 không hấp thụ ở vùng ánh sáng khả kiến, chỉ hấp thụ ở vùng bước sóng tử ngoại, bước sóng từ 360nm đến 380nm

- Màng SnO2 hầu như trong suốt với bước sóng tử ngoại và khả kiến.

- Khi pha tạp SnO2 vào TiO2 thì phổ hấp thụ thay đổi mạnh, và đỉnh phổ dịch về vùng ánh sáng màu đỏ. Khi pha tạp SnO2 với các nồng độ khác nhau thì ta thấy rằng nồng độ pha tạp càng tăng thì đỉnh phổ càng dịch chuyển nhiều về vùng đỏ

11

- Dựa vào đồ thị trên, khi tạp SnO2 vào TiO2, phổ hấp thụ của màng sẽ di chuyển dần

về phía vùng ánh sáng khả kiến (Bảng thống kê bên dưới).

Nồng độ

(%)

Bước sóng λ

(nm)

0

5

10

20

30

360

375

390

395

405

Biện luận:

Qua những gì thu được ở phổ hấp thụ ta có thể thấy rằng độ rộng vùng cấm của TiO2 khá

lớn vì nó chỉ hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại, đều này khó khăn để ứng dụng quang xúc tác

vì vùng ánh sáng này chiếm phần năng lượng bé, chính vì thế để tăng hiệu ứng quang xúc

tác người ta pha tạp thêm SnO2 vào TiO2. Từ kết quả cũng cho thấy rằng khi ta pha tạp

SnO2 vào thì độ rộng vùng cấm giảm xuống thể hiện bằng bờ hấp thụ dịch chuyển về đỏ.

Kết quả này có được là do sự khác nhau về các mức dẫn và hóa trị của SnO2 và TiO2 cụ thể

là 2.7 và -0.5eV cho TiO2, 3.7 và 0.0 eV cho SnO2. Việc các chất có các mực năng lượng

khác nhau tiếp xúc với nhau như trên làm tăng hiệu ứng quang xúc tác bằng cách tăng khả

năng tách các hạt tải điện, thời gian sống của các điện tích. Khi có chiếu sáng vào vật liệu

composite TiO2/SnO2, quang điện tử sinh ra trên TiO2 phun vào vùng dẫn của SnO2 trong

khi đó lỗ trống vẫn giử lại ở TiO2. Nếu cường độ chiếu sáng cao thì có thể kích thích các lỗ

trống ở SnO2 dịch chuyển vào vùng hóa trị của TiO2, các quá trình này giúp tách biệt điện

tử và lỗ trống nhằm tăng cường khả năng quang xúc tác của vật liệu.

Khi ta pha tạp SnO2 vào TiO2 càng nhiều thì cặp điện tử - lỗ trống sinh ra càng nhiều chính

vì điều này đã mở rộng vùng dẫn và vùng hóa trị làm cho độ rộng vùng cấm giảm xuống

chính vì điều này đã cho ta bờ hấp thụ khi nồng độ pha tạp tăng lên dịch dần về phía đỏ.

12

Phổ hấp thu của các màng TiO2-SnO2 pha tạp với các nồng độ khác nhạu tại 5000C

Từ phổ hấp thụ của màng TiO2-SnO2 ở nhiệt độ 500oC ta thấy rằng cường độ hấp thu

giảm đi đáng kể khi nhiệt độ tăng so với phổ hấp thụ đo ở nhiệt độ phòng. Điều này

được giải thích như sau: nghiên cứu cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến độ hấp thụ của

màng như tính tinh thể, khi nhiệt độ tăng cao có sự chuyển pha từ anatase sang rutile tuy

nhiên sự ảnh hưởng này không đáng kể, những liên kết như Ti-O-C hoặc Ti+3

đóng vai trò hết

sức quan trọng trong hệ số hấp thụ. Khi nhiệt độ tăng thì lượng carbon, Ti-O-C và Ti+3

cũng

giảm theo (theo tài liệu tham khảo) dẫn tới hệ số hấp thụ cũng giảm trong vùng ánh sáng khả

kiến.

13

Nhận xét về phổ PL

Phổ PL đo quang phát quang của dung dịch TiO2 pha tạp ZnO2 dưới những nồng độ khác nhau. Qua

phổ ta nhận thấy rằng khi nồng độ thay đổi thì đỉnh của phổ hầu như không thay đổi nhiều điều này

cho thấy độ rộng vùng cấm quang hầu như không thay đổi khi thay đổi nồng độ pha tạp. Ta cũng

nhận thấy có 2 đỉnh phát quang ở khoảng 520nm và 720nm, những đỉnh này không trùng với đỉnh

của phổ hấp thụ điều này chứng tỏ cấu trúc vùng năng lượng của hợp chất TiO2/ZnO2 không đồng

nhất điều này cũng dễ hiểu khi cả 2 chất này có các mức năng lượng khác nhau, chính điều này làm

cho phát quang ở vùng cấm gián tiếp và có độ rộng vùng cấm nhỏ hơn so với độ rộng vùng cấm hấp

thụ. Chứng tỏ electron và lỗ trống sau khi được kích thích bằng quang phải truyền năng lượng qua

các dao động mạng hay một cách nào đó mất đi một phần năng lượng trước khi phát xạ.

Phổ PL của các dung dịch TiO2-SnO2 pha tạp với các nồng độ khác nhạu