BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO
TRƢỜNGĐẠIHỌCQUYNHƠN

NGUYỄNTHỊLỆ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
COMPOSITESnO2/r-GO ỨNG DỤNG LÀM CHẤT
XÚC TÁCQUANG PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ GÂY
Ơ NHIỄMTRONGMƠITRƢỜNGNƢỚC
Chunngành: Hóa Vơcơ
Mãsố: 8440113

Ngƣờihƣớngdẫn:TS.LÊTHỊTHANHTHÚY


LỜICAMĐOAN
Tôix i n c a m đ o a n l u ậ n v ă n n à y l à k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u c ủ a r i ê n g t ô
i , đƣợcthựchiệndƣớisựhƣớngdẫnkhoahọccủaTS.LêThịThanhThúy.
Cácsốli ệu vàkếtquảnghiên cứ u đƣợctrìnhbàytrongluậnvănđềutru
ngthựcvàchƣacơngbốtrongbấtkỳnghiên cứu nào.
Tơixinchịu tráchnhiệmvới nghiêncứu củamình.
Họcviên

NguyễnThịLệ


LỜICẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc của mình tới Cơ TS. Lê Thị
ThanhThúy, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên tơi
hồnthành tốtluậnvănnày.
Tơi xin chân thành cảm ơn và bày tỏ lịng biết ơn đến các Thầy,

Cơkhoa Khoa học Tự nhiên, Trung tâm thí nghiệm thực hành A6 – Trƣờng
Đạihọc Quy Nhơn đã quan tâm, tạo điều kiện cho tôi trong suốt q trình học
tậpvànghiên cứutại trƣờng.
Tơi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tập thể lớp Cao
họcHóa Vơ Cơ K22 đã động viên, hỗ trợ và giúp đỡ tơi trong qua trình học
tập vànghiêncứu.
Mặc dù đã cố gắng trong thời gian thực hiện luận văn nhƣng vì cịn
hạnchếkiếnthức,thờigianvàkinhnghiệmnghiêncứunênkhơngtránhkhỏinhững thiếu sót. Rất mong
nhận đƣợc sự thơng cảm và những góp ý q báucủaQ Thầy,Cơ đểluận
vănđƣợchồnthiệnhơn.
Tơi xin chânthành cảmơn!
BìnhĐịnh,Tháng

năm2021

Họcviên

Nguyễn Thị Lệ


MỤCLỤC
LỜICAM
ĐOANLỜICẢM
ƠN
DANHMỤCCÁCTỪVIẾTTẮTD
ANH MỤC BẢNG
BIỂUDANHMỤCHÌNHẢNH
MỞĐẦU.............................................................................................................1
1. Lýdochọnđềtài.............................................................................................1
2. Tổngquantìnhhìnhnghiêncứu.......................................................................3

3. Mụcđíchvànhiệmvụnghiêncứu.....................................................................5
4. Đốitƣợngvàphạmvinghiêncứu..........................................................................5
5. Phƣơngphápnghiêncứu.................................................................................5
6. Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễnđềtài...................................................................6
7. Bốcụccủaluậnvăn..........................................................................................6
Chƣơng1:TỔNGQUANVỀLÝTHUYẾT...................................................................7
1.1. Tổng quanlýthuyếtvềquangxúctác..........................................................7
1.2. Tổng quanvềvậtliệu................................................................................8
1.2.1. Vật liệu GrappheneoxidevàGrapheneoxidedạng khử......................8
1.2.2. Vật liệuSnO2và cấutrúcvậtliệuSnO2.............................................. 11
1.2.3. Vật liệucomposite SnO2/r-GO.......................................................17
1.3. Giới thiệuvềMethylene Blue................................................................19
Chƣơng2:THỰCNGHIỆMVÀCÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU........................21
2.1. Hóachất,dụngcụ,thiếtbị.........................................................................21
2.1.1. Hóa chất.........................................................................................21
2.1.2. Dụng cụ,thiếtbị..............................................................................21


MỤCLỤC

2.2. Tổng hợpvậtliệu....................................................................................21
2.2.1. Tổnghợpvật liệu GrapheneoxidevàGrapheneoxidedạngkhử2 1
2.2.2. TổnghợpvậtliệuSnO 2vànghiêncứukhảosátảnhhƣởngcủanh
iệtđộ nung,thờigian nungđếnquátrìnhtổnghợp vậtliệu..............................22
2.2.3. TổnghợpvậtliệucompositeSnO 2/rGOvàkhảosátcácyếutốảnhhƣởngđếnquátrìnhtổnghợpvậtliệu.............22
2.3. Cácphƣơngphápđặctrƣngvậtliệu.............................................................23
2.3.1. PhƣơngphápnhiễuxạtiaX(X-raydiffiraction)....................................23
2.3.2. Phƣơngphápphổhồngngoại(IR).......................................................25
2.3.3. Phƣơngpháphiểnviđiệntửquét(SEM)..............................................26
2.3.4. Phƣơngphápphổphảnxạkhếchtántửngoại–khảkiến(Utralviolet

–VisibleDiffuseReflectanceSpectroscopy,UV-VisDRS)............................27
2.3.5. Phƣơngphápđẳngnhiệthấpphụ-khửhấpphụnitơ(BET).....................28
2.4. Khảosáthoạttính xúctác quang củavật liệu............................................31
2.4.1. XâydựngđƣờngchuẩnMB...............................................................31
2.4.2. Khảosátthờigianđạtcânbằng hấpphụvàgiảihấpphụ.........................32
2.4.4.Nghiên cứuđộnghọcqtrìnhxúctác.................................................33
Chƣơng3:KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN..................................................................35
3.1. Kếtquảđặctrƣngvậtliệu..........................................................................35
3.1.1. Kếtquảp h â n

t í c h giảnđồnhiễux ạ tiaX củar-

GO,S n O 2,SnO2/r-GO............................................................................35
3.1.2. Kếtquảchụphiểnviđiệntửquét (SEM)..............................................36
3.1.3. Kết quảphântíchphổ UV-Vis.........................................................37
3.1.4. Kết quảphântích phổ FTIR.............................................................38
3.1.5. Kếtquảphântích phổ EDX..............................................................39
3.1.6. Kếtquảphântích đẳngnhiệthấp phụ -giảihấp phụnitơ......................43


MỤCLỤC

3.2. Kếtquảkhảosáthoạttínhxúc tácquangcủa vậtliệuSnO2và SnO2/r-GOtrên
sựphânhủymethyleneblue.............................................................................44
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp các
vậtliệuSnO2vàSnO2/r-GO............................................................................46
3.3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp
vậtliệuSnO2..............................................................................................46
3.3.2. Kếtquảkhảosátcácyếutốảnhhƣởngđếnquátrìnhtổnghợp cá
cvậtliệuSnO2/r-GO...................................................................................47

3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng lƣợng chất xúc tác đến quá trình xử
lýMB 51
3.4. Kếtquảkhảo sátkhảnăngtái sửdụngxúctác.............................................52
3.5. Kếtquảnghiên cứu độnghọcqtrình xúctác..........................................53
KẾTLUẬN.......................................................................................................56
KIẾNNGHỊ......................................................................................................57
DANHMỤCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦATÁCGIẢ.................................55
DANHMỤCTÀILIỆUTHAMKHẢO...............................................................59
PHỤLỤC
QUYẾTĐỊNHGIAOĐỀTÀI LUẬNVĂNTHẠCSĨ(Bảnsao)


DANHMỤC CÁCTỪVIẾTTẮT
Eg

:Bandgapenergy(nănglƣợngvùngcấm)

EDX

:PhổtánxạnănglƣợngtiaX

IR

: Phổhồngngoại

SEM

: Scanning ElectronMicroscopy(Hiển viđiệntửquét)

TEM


:H i ể n v i đ i ệ n t ử t r u y ề n q u a ( T r a n s m i s s
ionElectron

UV-Vis

Microscopy)
: Ultraviolet-Visible(Tửngoạivàkhảkiến)

VB

:Valanceband(vùnghóatrị)

CB

:Condutanceband(vùngdẫn)

XRD

: X-RayDiffraction(Nhiễuxạtia X)

MB

:MethyleneBlue

MV

:MethylViolet

GO


:Grapheneoxide

r-GO

:Grapheneoxidedạngkhử

SnO2/r-GO

:Compositethiếcdioxide/grapheneoxidedạngkhử


DANHMỤCBẢNGBIỂU
Bảng

Tênbảng

Trang

2.1

Cáchóachấtsửdụngtrong q trìnhnghiêncứu

21

2.2

Độ hấp thu củadungdịch MBtừ0,5-20 mg/L

32


3.1

Kếtquảphântíchđẳngnhiệthấpphụ-giảihấpphụnitơ
củahai mẫuSnO2vàSnO2/r-GO

43

KếtquảkhảosátgiátrịC/CocủaMBtheothờigianchiếu
3.2

sángc ủ a c á c m ẫ u t S n O 2.r-

47

GO0,2g( t = 4 0 0 oC;4 5 0 oC;500oC;600oC)
Kếtquảkhảosátgiá trịC/
3.3

CocủaMBtheothờigianchiếusángc ủ a c á c m ẫ u 4 5 0 S n O 2 /

48

r-GO-TởthờigiannungT
khácnhau
KếtquảkhảosátC/
3.4

C ocủaMBtheothờigianchiếusángcủacácmẫu450SnO2/r-


50

GOx(vớixtƣơngứng0,1g;0,2g;
0,25g;0,3g;0,4g)
Kếtquảkhảosátảnhhƣởngcủalƣợngxúctác450SnO2/r3.5

GO0,2gđ ế n q u á t r ì n h p h â n h ủ y x a n h m e t y l e n t h e o t h ờ i

51

gianchiếusáng
Hiệus uấ t p h â n h ủ y MB vớ i v ậ t l i ệ u x ú c tác 45 0S nO 2/r3.6

3.7

GO0,2gsau3lầnsửdụng
Kếtq u ả k h ả o s á t g i á t r ị l n ( C 0/
Ct)m e t h y l e n e b l u e p h â n
hủyt h e o t h ờ i g i a n c h i ế u s á n g b ở i x ú c t á c 4 5 0
S n O 2/r-GO0,2g

52

54


DANHMỤC HÌNHẢNH
Hình
1.1
1.2


Tênhình
CấutrúchóahọccủaGraphiteoxide(A:Epoxy
bridges,B:Hydroxylgroups,C:Pairwisecarboxylgroups)
Sơđ ồ m ơ t ả q u á t r ì n h t ổ n g h ợ p G O t h e o p h ƣ ơ n g p h á
p

Trang
8
11

Hummers
Cấu trúc đa hình của SnO2: (a) kiểu Rutile (P42/mnm)
1.3

vàkiểu CaCl2(Pnnm), (b) kiểu- PbO2(Pbcn), (c) kiểu
Pirit(Pa3̅
),(d)kiểuphatrựcthoiZrO2I(Pbca),(e)kiểuFlourit

12

1.4

(Fm3̅
m),(f)trựcthoikiểucotunnitphaII(Pnam)
Côngt h ứ c c ủ a 3 , 7 - b i s ( D i m e t h y l a m i n o ) phenothiazin-5-

20

2.1


iumchloride(hayMethyleneblue)
Sơđồtiatớivàtiaphản xạtrên mạng tinhthể

24

2.2

Cácdạngđƣờngđẳngnhiệthấpphụ

30

2.3

PhổUV-Vis củaMB

31

2.4

ĐồthịđƣờngchuẩncủaMB

32

3.1
3.2
3.3

Giảnđồ nhi ễu xạ ti aXcủa cá cm ẫu r - G O ( a) , S nO 2( b) ,
SnO2/r-GO(c)

Ảnh SEMcủamẫur-GO(a),SnO2(b),SnO2/r-GO(c)
Phổ UV-Vis DRS(a) vànăng lƣợng vùngcấm(b) của các
mẫur-GO,SnO2,SnO2/r-GO

35
36
37

3.4

CơchếxúctácquangcủaSnO2/r-GO

38

3.5

PhổFTIRcủacácmẫu r-GO,SnO2,SnO2/r-GO

38

PhổEDXcủamẫuSnO 2/r3.6

GOvàánhxạcủacácnguyêntốtrongm ẫ u SnO 2/rGOcùngvớithànhphần%củacác
nguyêntốriênglẻSn,O,C,Alđƣợcbiểudiễnbằngcác

42


Hình


Tênhình

Trang

màukhácnhau
3.7
3.8

3.9

Đƣờngđẳngnhiệthấpphụ-giảihấpphụnitơcủahaimẫu
SnO2và SnO2/r-GO
Đồt h ị s ự p h ụ t h u ộ c C /
C ot h e o t h ờ i g i a n c ủ a d u n g d ị c h
MBđƣợcxửlýbớicáchệvậtliệukhácnhau
PhổUV-ViscủadungdịchMBkhiđƣợcxửlýbởicáchệ
vậtliệuSnO2/r-GOtheothờigian

43
44

45

Biểuđ ồ b i ể u d i ễ n s ự p h ụ t h u ộ c C /
3.10

C oc ủ a M B t h e o t h ờ i gianchiếu sáng của mẫut S n O 2-

46


2hở nhiệtđộnungkhác
nhau
Biểuđ ồ b i ể u d i ễ n s ự p h ụ t h u ộ c C /
3.11

C oc ủ a M B t h e o t h ờ i gianchiếu sángcủa mẫu450SnO2-

47

T ởthờigiannungT
khácnhau
ĐồthịbiễudiễnsựphụthuộcC/
3.12

CocủaMBtheothờigianchiếusángcủacácmẫutSnO 2/r-

48

GO0,2g(t=400 oC;
450oC;500oC;600oC)
ĐồthịbiểudiễnsựphụthuộcC/
3.13

CocủaMBtheothờigianchiếusángcủa các mẫu 450SnO2/r-

49

GO-Tởthời giannung

3.14


khácnhau
Giảnđ ồ X R D c ủ a c á c m ẫ u 4 5 0 S n O 2/rGOxđ ƣ ợ c t ổ n g

49

hợpvớihàmlƣợngr-GOkhácnhau
Đồt h ị s ự p h ụ t h u ộ c C /
3.15

C oc ủ a M B t h e o t h ờ i g i a n c h i ế u sángcủacácmẫu450Sn

50

O2/r-GOx(vớixtƣơngứng0,1g;
3.16

0,2g;0,25g;0,3g;0,4g)
Hiệus u ấ t p h â n h ủ y x a n h m e t y l e n t h e o t h ờ i g i a

52


nchiếu


Hình

Tênhình


Trang

sángvớilƣợngxúctác450SnO2/r-GO0,2gkhácnhau
3.17

Hiệus u ấ t p h â n h ủ y M B c ủ a x ú c t á c 4 5 0 S n O 2/rGO0,2g

53

3.18

sausửdụnglần1 (L1); lần2 (L2); lần 3 (L3)
Đồt h ị s ự p h ụ t h u ộ c l n ( C 0/
Ct)v à o t h ờ i g i a n p h â n h ủ y

54

3.19

methyleneblue
Sựb i ế n t h i ê n h ằ n g s ố t ố c đ ộ b i ể u k i ế n k t h e o n ồ n g đ ộ
banđầu MB

55


1

MỞĐẦU
1. LÝDO CHỌNĐỀTÀI

Ngàynay,khi kinhtếngàycàngpháttriển,vấnđềônhiễmmôi trƣờngngày càng
giatăng,đặcbiệtlàđốivớicácnƣớcpháttriểnviệcxửlýônhiễmmôi trƣờng nƣớc đang là cấp thiết
hiện nay. Trong đó ngành cơng nghiệp dệtnhuộm thải ra môi trƣờng một
lƣợng lớn nƣớc thải công nghiệp và đó là mộttrong nhữngnguồnthải
racácchất hữucơgânhiễm.
Trongnhững

nămgần

đây,oxidekimloạicó

tiềmnăng

đặcbiệtlàmvậtliệutrongcácngànhcơngnghệmới.Trongđósốlƣợngđángkểcáccơngtrìn
hnghiên cứu đƣợc thực hiện trên các vật liệu này để đánh giá các lĩnh vực
ứngdụngmới,baogồmcáclĩnhvựcquanghọc,điệntử,quangđiệntửvàsinhhọc.Tuynhiên
,hiệusuấtxúctácquangcủachúngphụthuộcvàonhiềuyếutốkhácnhaunhƣhìnhthái,khả
năngthunhậnánhsáng[1].Bêncạnhđó,việcsửdụngcácchấtbándẫnnhƣTiO2,ZnO,SiO2,
SnO2,…
cịnhạnchếvớiđộrộngvùngcấm(3,0÷3,6eV).SovớiTiO2,SnO2cóƣuđiểmvùnghóatrịvà
khảnăngoxyhóamạnhhơn[2].NhƣngviệcứngdụngSnO2nhƣ một chất xúc tác quang bịhạnchế
bởi

khả

năng

tách

e-/h+khó


(năng

lƣợng

vùng

cấm

của

SnO2khoảng3,57eVsovớiTiO2anataselà3,2eV)vàsựtáikếthợpe-/h+caonênlàmgiảm
hiệusuấtxúctácquang[3].VìvậyviệcnghiêncứubiếntínhSnO 2nhằm khắcphụcnhữngnhƣợcđiểmcủaSnO2để
thu đƣợc vật liệu xúc tác có tính ứng dụngcao là cần thiết. Ngoài ra SnO 2đang
nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà khoahọcbởicácđặctínhquanghọc,điệnhóacủanóđƣợckhai
tháctrongpinmặttrời, làm vật liệu hỗ trợ xúc tác và lƣu trữ lƣợng Lithium dung lƣợng
cao,

…

[4].NhữngnghiêncứugầnđâychothấySnO2đƣợcnghiêncứulaighépvớimộtsốchất bán dẫn
có

năng

lƣợng

vùng

cấm


thấp

nhƣ

g-C 3N4,

r-GO

[5,6]

nhằm

tạonêncặpchấtbándẫnhỗtrợnhautrongqtrìnhchuyểndịchelectron.Đặcbiệtquanghiên
cứuchothấyviệckếthợpSnO2vớir-GOchophépphântáchkhơng


gianhiệuquảcácđiệntửSnO2đƣợcliênkếtvớir-GO[6].
Graphene oxide và graphene oxide dạng khử là tiền thân quan trọng
vàlà dẫn xuất của vật liệu Graphene đang đƣợc chú ý hiện nay. Graphene
oxide(GO) là dạng oxi hóa của graphene tồn tại các nhóm chức có chứa
oxigen,trong đó có 4 nhóm chức chủ yếu là hydroxyl, epoxy trên bề mặt, các
nhómcarbonyl, carbonyl tại biên ở mép của các đơn lớp làm cho vật liệu GO
có

tínhƣa nƣớc và phân tán tốt trong mơi trƣờng chất lỏng [7]. Nhờ có thêm

cácnhómchứcc h ứ a o xy ge n t ă n g k hả n ă n g phản ứ n g của G O , do đ ó G O đƣ
ợ c ứngdụngnhiềutrongcáclĩnhvựckhácnhaunhƣ:Côngnghệvậtliệu,côngnghệ màng, công nghệ sinh
học và trong xử lý mơi trƣờng [7-10]. Grapheneoxide có những đặc tính nổi

bật nhƣ: diện tích bề mặt riêng lớn, tính ƣa nƣớccaovàcótínhtƣơngthíchsinhhọcnênlàvật
liệucótiềmnăngtrongứngdụng xử lý nƣớc thải với vai trò nhƣ chất hấp phụ [11-13].
Tuy nhiên,graphene oxide dạng khử có cấu trúc khác biệt so với graphene
oxide là tỉ lệC/O cao hơn, bên cạnh đó graphene oxide có tính cách điện hoặc
bán dẫn,graphene oxide dạng khử có độdẫn điện caomở ra nhiềuứ n g
d ụ n g k h á c nhau. Đồng thời graphene oxide dạng khử có diện tích bề mặt
tƣơng đối caohơn so với graphene oxide và gần nhƣ khôi phục lại diện tích
bề mặt cực caocủa graphene nguyên sinh. Tuy nhiên graphene oxide dạng
khử

có

một

số

hạnchếnhƣ:dễbịkếtdínhtrởlại,độchọnlọcthấp,hiệuquảhấpphụchƣacao.
Vì vậy, với các đặc tính hóa lý, diện tích bề mặt riêng cao của r-GO
vàsự hiện diện của các nhóm chức chứa oxygen có thể tăng cƣờng hơn nữa
hoạttínhxúc tác quangcủa SnO2.
Xuất phát từ những lí do trên tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp
vậtliệuc o m p o s i t e SnO 2/r-GOứng dụngl à m ch
txúc tácquangphân hủy ch thữu cơgây ônhiễmtrongmôitrườngnước”.


2. TỔNGQUANTÌNH HÌNHNGHIÊNCỨU
Hiện nay các nhà khoa học đang quan tâm nhiều hơn vào vật liệu
hấpphụ chứa oxide kim loại có kích thƣớc nanomet vì khả năng hấp phụ
củachúng cao hơn so với các vật liệu thơng thƣờng [14]. Ngồi ra, số lƣợng
lớncác nguyên tử trên bề mặt với sự kết hợp van der Waals, Coulombic và

liênnguyên tử hiệu quả làm thay đổi đáng kể các tính chất vật lý và hóa học
củavật liệu oxide. Kết quả là các vật liệu oxide có cấu trúc thấp chiều, chẳng
hạnnhƣ hạt nano, quả cầu nano, thanh nano, dây nano, ống nano, đĩa nano,
tấmnano tạo ra các mối quan tâm rộng lớn và đa dạng. Sự lắng đọng nhiệt và
vậtlý, quá trình thủy nhiệt/nhiệt phân, phun-nhiệt phân, tự lắp ráp đƣợc hỗ
trợ,

vinhũ tƣơng dầu trong nƣớc và tổng hợp có hỗ trợ khn mẫu đƣợc sử

dụngthƣờngx u y ê n đ ể t ổ n g h ợ p c á c c ấ u t r ú c n a n o m ộ t , h a i v à b a c h i ề u ,
đ ã t r ở thành trọng tâm trong nghiên cứu chuyên sâu về vật lý trung mơ và các
kíchthƣớcnano.Nókhơngchỉcung cấp các yếut ốc ần thiếtđể nghiêncứ u c
ác tínhchấtquanghọc,điệnvànhiệttronggiớihạnlƣợngtửmàcịncungcấpnhững hiểu biết quan trọng
để

hiểu

các

đơn

vị

chức

năng

trong

việc


chế

tạocácthiếtbịđiệntử,quangđiệntửvàtừtínhcókíchthƣớcnano.
Trƣớc đây, Chopra et al. đã tìm hiểu các khía cạnh khác nhau của
màngmỏngSnO2dẫn điện trong suốt [15]. Wang và cộng sự của ông đã nghiên
cứuvền h ữ n g ứ n g d ụ n g t r o n g t h i ế t b ị c ủ a d â y na no v à d â y na no c ủ a o x i d e
b á n dẫn, bao gồm cả SnO2[16]. Batzill và cộng sự đã thảo luận về bề mặt
củaSnO2dạng khối đơn tinh thể [17]. Các cơng trình nghiên cứu lý thuyết và
thựcnghiệmcósẵnvềcấutrúctinhthể,mơđunsốlƣợnglớn,cácthơngsốmạngđƣợc xem xét chi tiết. Các
bề

mặt

tinh

thể

hoạt

động

của

SnO 2đóng

vai

trịquant r ọ n g t r o n g n h i ề u đ ặ c t í n h t h ú v ị c ủ a n ó , b a o g ồ m c á c ứ n g d ụ n g
c ả m biến và xúc tác. Tiềm năng tƣơng lai của SnO2nhƣ một vật liệu quan trọngtrong

cácnghiêncứuvậtliệu.


Trong bối cảnh sự kiện này, SnO2là một nhân tố tiềm năng và phù
hợptrongnghiêncứu,pháttriểnđƣơngđạicácchƣơngtrìnhkhámphácácđặctínhkhác nhau
của

nó

cả

ở

kích

thƣớc

lớn

và

kích

thƣớc

nano.

Nó

cũng


là

một

vậtliệuoxidephổbiếnchocácứngdụnghóahọcvàvậtlýkhácnhau.
Graphene đƣợc biết đến là một tấm dày đơn nguyên tử hai chiều
củacác nguyên tử carbon lai hóa sp 2đƣợc gọi là graphite, nó đƣợc phổ biến
saukhi năm 2010 Geim và Novoselov đƣợc trao giải nobel vật lý cho các
thínghiệm đột phá liên quan đến vật liệu hai chiều graphene, và một báo cáo
vềlýthuyết nhómcủanó đƣợcxuấtbản1947bởi Wallace[18].
Graphene oxide (GO) và graphene oxide dạng khử (r-GO) là dạng
oxyhóacủagraphenethƣờngđƣợcđiềuchếbằngcáchtáchlớpcủagraphiteoxide[19]. Cả
GOvàr-GOđềuphổbiếnhơngraphenevìchúngcócácnhómphảnứng oxygen và phân tán tốt trong
nƣớc. GO và r-GO đã đƣợc sử dụng trongcác ứng dụng kỹ thuật khác nhau
nhƣ một màng mỏng [20], cảm biến khí[21], cảm biến sinh học, siêu tụ điện
[22], pin mặt trời, pin nhiên liệu [23], vàchất xúc tác quang do tính ƣu việt
của chúng với các đặc tính nhƣ tính linhđộng của vật mang điện tích cao và
diện tích bề mặt riêng lớn [24-26]. Đặcbiệt, r-GO, là chất bán dẫn có độ rộng
vùng cấm mở rộng, đã đƣợc sử dụngrộng rãi cho các ứng dụng trong quang
tử và quang điện tử do độ rộng vùngcấm đƣợc tạo ra bởi quá trình oxy hóa
hóa học [27]. Có ba phƣơng pháp nổitiếng để sản xuất GO theo báo cáo của
Brodie [28], Staudenmaier [29] vàHummers [7] vào các năm 1859, 1898 và
1958.

Trong

số

các


phƣơng

phápnày,phƣơngphápHummerslàphƣơngphápđƣợcsửdụngnhiềunhất.
Một số nghiên cứu liên quan đến các mẫu GO pha tạp chất đƣợc đƣa
ranhƣ: Chetna và cộng sự của ông đã sử dụng GO pha tạp với ZnO cho
ứngdụngc ả m biếnkhí [ 3 0] . D u vàc ộ n g sự nghiêncứ ur GOpha t ạ p N c ó đặc tính lƣutrữtuyệtvới[31].Pandey vàcộngsựđãnghiêncứurGOphatạpPd


cho các ứng dụng phát hiện hydrogen [32]. Yun và Jin đã nghiên cứu
ảnhhƣởng của S-dopant đến các đặc tính điện hóa của r-GO và việc sử dụng
cácmẫu đƣợc sản xuất làm cực dƣơng trong pin Na-ion [33]. Ngoài ra, các
nhànghiên cứu đã tìm cách sử dụng các oxide kim loại nhƣ một nhiệm vụ cột
đểgiữ các khoảng trống giữa các tấm graphene, cho phép tối đa hóa các đặc
tínhtốt tự phát của graphene. Tin (IV) oxide là oxide kim loại hàng đầu có
khảnăng kết hợp với graphene [34]. Sn, hợp kim và dạng oxide của nó
(SnO2)đƣợc sử dụng rộng rãi làm chất pha tạp cho GO và r-GO vì cực
dƣơng Sn códung lƣợng lý thuyết cao, và dung lƣợng này cao hơn khoảng
2,7 lần so vớigraphitethƣơng mại[35,36].
3. MỤCĐÍCHVÀNHIỆMVỤNGHIÊNCỨU
Tổng hợp đƣợc vật liệu composite SnO2/r-GO có khả năng xúc
tácquang cao trong vùng ánh sáng khả kiến, ứng dụng phân hủy chất hữu cơ
gâyô nhiễmmôi trƣờngnƣớc.
4. ĐỐITƢỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU
4.1. Đốitƣợngnghiêncứu
- Vật liệugrapheneoxidedạngkhử;
- VậtliệuTin (IV)oxide;
- VậtliệucompositeSnO2/r-GO;
- Hợpchấtmàu:MethyleneBlue.
4.2. Phạmvi nghiêncứu

-Khảosátđiềukiệnthíchhợptrongphịngthínghiệmđểtổnghợpvậtliệu
compositeSnO2/r-GO.
-Đánhgiá hoạttínhxúc tác quangcủavậtliệutổnghợptrongq
trìnhphânhủyMethyleneBlue trongvùngánhsángkhảkiến.
5. PHƢƠNGP H Á P N G H I Ê N C Ứ U
- Tổngquan lý thuyết vềlĩnhvựcnghiên cứu củađềtài.
- TổnghợpvậtliệuGOtheophƣơngphápHummerscảitiến,vậtliệu


SnO2vàvậtliệucompositeSnO2/r-GObằngphƣơngphápthủynhiệt.
- Nghiên cứu đặc trƣng vật liệu bằng phƣơng pháp hóa lí hiện
đại:phƣơngphápnhiễuxạtiaX;phƣơngphápphổhồngngoại(IR);phƣơngpháphiển vi
điệntửqt(SEM);phƣơngphápphổphảnxạkhếchtántửngoại–khả kiến (UV-Vis-DRS); phƣơng
pháp

đẳng

nhiệt

hấp

phụ

-

khử

hấp

phụ


nitơ(BET);phƣơngphápphổtánxạnănglƣợngtiaX(EDX).
- Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu theo phƣơng pháp UVVisthơngqua phản ứngphân huỷmethylene blue.
6. ÝNGHĨA KHOAHỌCVÀ THỰC TIỄNĐỀTÀI
6.1. Ýnghĩa khoahọc
Kết quả nghiên cứu của đề tài nhằm tìm ra phƣơng pháp tối ƣu để
tổnghợpđƣợcvật liệu compositeSnO2/r-GO.
6.2. Ýnghĩa thựctiễnđềtài
Kết quả nhằm góp một phần vào cơng trình nghiên cứu tổng hợp
vậtliệu, ứng dụng trong thực tế phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm môi
trƣờngnƣớc.
7. BỐCỤCCỦALUẬNVĂN
MỞĐẦU
Chƣơng1:TỔNGQUANVỀLÝTHUYẾT
Chƣơng2:THỰCNGHIỆMVÀCÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨUChƣơng3
: KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN
KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊTÀILI
ỆUTHAMKHẢO


Chƣơng1:TỔNGQUANVỀLÝTHUYẾT
1.1. Tổngquanlýthuyếtvềquangxúctác
Tronghóahọc,xúctácquanglàphảnứngquangkhicómặtchấtxúctác
vàánhsáng.Trongquangphâncóxúctác,ánhsángđƣợchấpthụbởimộtchấtnềnbịhấpphụ.Trongxúctácquang,hoạttính
quang xúc tác (PCA) phụthuộcvàokhảnăngcủachấtxúctáctạoracáccặpđiệntửlỗtrống,tạoracác
gốctựdo(vídụ:gốchydroxyl: • OH,


ứ2


O,)cóthểtrảiquacácphảnứngth

cấp. Ứng dụng thực tế của nó đã đƣợc thực hiện nhờ việc khám phá ra
qtrìnhđiện phân nƣớcbằngtitaniumdioxide(TiO2).
Dựavàolýthuyếtvùng,khảnăngdẫnđiệncủacácvậtliệurắnđƣợcgiảithích. Điện tử tồn
tại

trong

ngun

tử

trên

những

mức

năng

lƣợng

gián

đoạn,nhƣngtrongchấtrắn,khimàcácnguntửkếthợplạivớinhausẽcócáckhối,lúcnàycác
mứcnănglƣợngbịphủlênnhauvàtrởthànhcácvùngnănglƣợng.Cấutrúcđiệntửcủakimloạigồm
vùng

hóa


trị

(Valance

band-VB)

là

vùng

cócácobitanphântửliênkếtđƣợcxếpđủelectronvàvùngdẫn(CondutancebandCB)làvùngcóobitanphântửliênkếtcịntrốngelectron.Vùngnằmgiữavùnghóatrịvàvùngdẫn
đƣợcgọilàvùngcấm,khoảngcáchgiữađáyvùngdẫnvàđỉnh vùng hóa trị đƣợc gọi là độ rộng
vùng

cấm

Eg(Band

gap

energy).

Khi

cóánhsángkíchthíchđủlớncómứcnănglƣợnglớnhơnnănglƣợngvùngcấmEg,cácele
ctrontrongvùnghóatrịsẽnhảylênvùngdẫn,trởthànhchấtdẫnđiệncóđiềukiện.Kếtquảtạ
ivùngdẫnsẽcócácelectronmangđiệntíchâm,đƣợcgọilà
cácelectronquangsinh(photogeneratedelectrone-


C
B

)vàtạivùnghóatrịsẽxuất

hiệncáclỗtrốngmangđiệntíchdƣơng(photogeneratedholeh+

V
B

).Sựxuấthiện

cácelectronquangsinhvàlỗtrốngquangsinhnàydẫnđếncácqtrìnhhóahọc
xảyrabaogồmqtrìnhoxihóađốivớih+

V
B

vàqtrìnhkhửđốivớie-

C
B

.

Dƣớitácdụngcủấnhsángcóbƣớcsóngthíchhợp,cácelectronhóatrịcủacácchấtb
ándẫnbịtáchkhỏiliênkếttừvùnghóatrị(VB)chuyểnđếnvùng


dẫn(CB)tạoralỗtrốngkhuyếtđiệntử(mangđiệntíchdƣơng)ởvùnghóatrị.

C(chấtbándẫn)+hν

eC

hV

B

B

(1.1)

Các electron và lỗ trống chuyển đến bề mặt và tƣơng tác với một
sốchất bị hấp thụ nhƣ nƣớc và oxygen tạo ra những chất tự do trên bề mặt
chấtbán dẫn.Cơchếphảnứng xảyranhƣsau:
Qtrìnhoxihóa:

 

hV HO
2 HO
H

(1.2)

hV HO HO
B

(1.3)


B


O
h2O
CB
2


2O 2HO HO  2HO O

Qtrìnhkhử:e

2

HO e
2

2

22


HO HO

(1.4)
2

(1.5)
(1.6)



Cácgốctựdovàsảnphẩmtrunggiantạoranhƣ OH, O , H 2O2,O2 2đóng
vaitrịquantrọngtrongcơchếquangphânhủycáchợpchấthữucơkhitiếpxúc.
1.2. Tổngquanvềvậtliệu
1.2.1. Vậtliệugrappheneoxidevà grapheneoxidedạngkhử
Graphene oxide có cấu trúc là các nhóm chức chứa oxygen gắn
trênmạnglƣớicarbon[37].CấutrúcGOđƣợcnghiêncứubởinhiềunhàkhoahọcbằng
cácphƣơngpháp tổnghợp khácnhau.

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của Graphite oxide
(A:Epoxybridges,B:Hydroxyl groups, C:Pairwisecarboxylgroups)
[38]