Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ

các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với vị trí 36,00 và 38,50 là sắc nét và vị trí của các đỉnh
phù hợp với phổ chuẩn nên có thể cho rằng các dây nano đồng oxit trong mẫu có
cấu trúc đơn tà của tinh thể CuO. Bên cạnh đó, tại nhiệt độ 400 0C có thể quan sát
thấy đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể Cu 2O tại vị trí 2θ = 36,50 và 2θ = 42,00 và
tại nhiệt độ 1000C có thể quan sát được đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của Cu(OH) 2 tại vị
trí 2θ = 16,50 và 2θ = 19,00
Theo công thức Debye-Scherre:

D=
Với mạng đơn tà, hằng số mạng được tính bởi công thức:

=( + +)
Từ đó chúng tôi xác định đươc hằng số mạng của CuO là:
a= 4,689 A0, b = 3,426 A0, c = 5,132 A0
α = γ = 900, β = 99,540

1000C

1200

0

200 C
0
300 C

Ag

0

1000

400 C
0
500 C

sè­®Õm

800

Ag

Bg

600

400

Bg
Ag

200

0
200

400

600
-1

sè­sãng­(cm )

22

800

Hình 3.2: Phổ Raman của mẫu CuO khảo sát theo nhiệt độ ủ mẫu trong thời gian
1h
Hình 3.2 là phổ Raman của mẫu CuO ủ với thời gian 1h ở các nhiệt độ khác
nhau, từ phổ ta thấy có hai mode dao động là Ag ở vị trí 280 cm -1 và Bg ở vị trí 320
cm-1 là hai mode dao động đặc trưng của CuO.
Quan sát đỉnh phổ, ngoài các đỉnh của CuO còn xuất hiện đỉnh ở vị trí 147
cm khi mẫu được ủ ở 200 0C và 230 cm-1 khi ủ ở 4000C, đó là vị trí đỉnh của Cu 2O,
có thể thấy rằng nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành CuO.
-1

Tᵒ phòng

100 ᵒC

300ᵒ C

400 ᵒC

200 ᵒC

500ᵒ C

Hình 3.3: Ảnh SEM của mẫu CuO ủ trong thời gian 1h với các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.3 là ảnh SEM của các mẫu dây nano CuO được ủ trong 1 giờ tại các
nhiệt độ từ 1000C đến 5000C và mẫu CuO không ủ nhiệt. Các kết quả chỉ ra từ ảnh
SEM cho thấy các mẫu ủ ở nhiệt độ thấp ( nhỏ hơn hoặc bằng 400 0C) có mật độ các
dây khá lớn, đường kính của dây khoảng 50 nm và chiều dài của chúng lên đến vài
micromet. Tại nhiệt độ phòng các dây nano CuO khá thẳng và sắc cạnh, tuy nhiên
khi nhiệt độ tăng lên có thể thấy các dây nano CuO có xu hướng uốn cong và bề
23

mặt của dây trở nên nhám hơn. Tại nhiệt độ 5000C các dây nano đồng oxit được
hình thành rất ít.

3.2 Kết quả khảo sát dây nano đồng oxit theo thời gian ủ

0

C uO­100 C
0
CuO 300 C
0
CuO 400 C

sè­®Õm

5000

0
200

400

600

800

-1

sè­sãng­(cm

)

Hình 3.4: Phổ Raman của mẫu CuO khảo sát theo thời gian ủ mẫu tại 4000C
Trên hình 3.6 là phổ Raman của mẫu theo thời gian ủ mẫu ử 400 0C, ngoài
các đỉnh của CuO ở lân cận vị trí 279 cm -1 và 280 cm-1 còn xuất hiện các đỉnh ở vị
trí 147 cm-1 và 230 cm-1, đó là các đỉnh của Cu2O, khi ủ mẫu trong thời gian 4 giờ
thì vật liệu ta nhận được gần như là Cu 2O với các đỉnh đặc trưng của nó tại các vị trí
230 cm-1, lân cận các vị trí 410 cm -1, 480 cm-1, 620 cm-1. Khi nung trong 1giờ, ngoài
CuO còn có thêm đỉnh của Cu2O ở vị trí 230 cm-1. Kết hợp với phổ Raman ở hình
3.2 có thể kết luận rằng, thời gian nung, nhiệt độ nung và điều kiện ảnh hưởng đến

24

sự hình thành CuO. Trong điều kiện thích hợp có thể đồng thời tạo ra hai pha CuO
và Cu2O.

30 phút

120 phút

60 phút

180 phút

240 phút

Hình 3.5: Ảnh SEM của CuO ủ ở 4000C với thời gian khác nhau
Hình 3.7 là ảnh SEM của mẫu CuO ủ ở 400 0C với thời gian khác nhau. Ta
thấy, với thời gian khác nhau thì hình dạng của dây nano đồng oxit CuO khác nhau.
Thời gian ủ càng lâu các dây nano có xu hướng kết lại với nhau thành khối, kích
thước có sự thay đổi. Khi thời gian ủ kéo dài đến 4 giờ thì gần như không còn thấy
sự hình thành của dây nano đồng oxit CuO mà chỉ quan sát được lớp hạt đồng oxit.
3.3 Ứng dụng của CuO
3.3.1 Ứng dụng trong phản ứng quang xúc tác
Ánh sáng

25

Bơm

H2O2+ dung dịch
Vật liệu CuO
Hình 3.6: Sơ đồ phản ứng quang xúc tác

Hình 3.8 là sơ đồ của phản ứng quang xúc tác. Bơm tuần hoàn bơm dung
dịch MB chảy trên vật liệu CuO, sau thời gian đo phổ UV-Vis về độ hấp thụ của
MB ta được kết quả như trên hình 3.9

4.0

60

0

2

4

0

2

4

6

8

10

6

8

10

663

3.5

50

40

2.5
(C-Co)/C0 (%)

Absorbance (a.u.)

3.0

2.0
1.5
1.0

30

20

10

0.5
0

0.0
400

500

600

700

800

Wavelength (nm)

circle

Hình 3.7a: Độ chuyển hóa của phản ứng mất

Hình 3.7b: Sự phụ thuộc của độ

màu MB theo thời gian có sự xúc tác của CuO chuyển hóa phản ứng mất màu MB

Hình 3.9a là phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch MB được xử lí bằng vật liệu
CuO theo thời gian. Hình 3.9b là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hóa
khi sử dụng xúc tác CuO. Các kết quả trên hình 3.8 cho ta thấy, sau thời gian dưới
sự xúc tác của CuO và ánh sáng kích thích thì độ hấp thụ của MB giảm dần.
Cơ chế giả thiết của quá trình mất màu dung dịch có thể giải thích như sau:
Về bàn chất, màu sắc là do liên kết (-N=N), vì vậy quá trình làm mất màu là quá
trinh phá hủy liên kết trên bằng các gốc tự do thành các sản phảm khác có khói
lượng phân tử nhỏ hơn. Trong qúa trình quang xúc tác, các gốc tự do OH• được tạo
thành theo phản ứng:
CuO + h ν —> CuO (e-) + CuO (h+) (7)
OH- + CuO (h+) —> OH• + CuO
26

(8)

Như vậy gốc OH• được tạo thành bởi phản ứng giữa một lỗ trống (h+) và
nhóm OH−. Các gốc này có tính oxi hoá mạnh, chúng tương tác và làm mất màu
dung dich . Tốc độ chuyển hóa khi có sự xúc tác của CuO nhanh hơn là vì kim loại
trong lõi của chất bán dẫn đóng vai trò chất cho điện tử, thúc đẩy quá trình phân li
điện tử - lỗ trống dưới sự kích thích của bức xạ khả kiến, vì vậy làm tăng hoạt tính
xúc tác quang hóa.

27

3.3.2 Khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước.

Hình 3.8a: Phổ EDS của mẫu CuO-Co

28

Hình 3.8b: Ảnh FESEM mẫu CuO-Co Hình 3.8c: Ảnh FESEM mẫu CuO
Trên hình 3.9a là phổ EDS của mẫu CuO-Co, các nguyên tố trong mẫu gồm:
Đồng, Oxi, lưu huỳnh, Coban. Hình 3.9b và 3.9c là ảnh FESEM thể hiện khả năng
hấp phụ Co của CuO.

29

Hình 3.9a: Phổ EDS của mẫu CuO-Pb

30

Hình 3.9b: Ảnh FESEM mẫu CuO-Pb Hình 3.9c: Ảnh FESEM mẫu CuO
Hình 3.10a là phổ EDS của mẫu CuO-Pb, các nguyên tố trong mẫu gồm:
Đồng, Oxi, chì. Hình 3.10b và 3.10c là ảnh FESEM thể hiện khả năng hấp phụ chì
của mẫu CuO-Pb.

31

KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chế tạo thành công dây nano đồng oxit
bằng phương pháp khử đế đồng rồi đem ủ ở nhiệt độ cao.
Các mẫu chế tạo có cấu trúc đơn tà,các kết quả tính hằng số mạng phù hợp
với kết quả chuẩn. Phổ tán xạ Raman của mẫu thu được thể hiện được các đỉnh đặc
trưng của CuO.
Hình thái học, kích thước, mật độ của dây nano đồng oxit phụ thuộc mạnh
vào nhiệt độ nung, thời gian nung
Các dây nano đồng oxit CuO được ứng dụng trong phản ứng quang xúc tác,
hấp phụ kim loại nặng. Khả năng quang xúc tác và cơ chế giải thích quá trình quang
xúc tác của vật liệu CuO cũng đã được giải thích.

32