Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4 pha

tạp Nd với các tỉ lệ 2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6) và 10% (CNNd-10).

Kết quả đo nhiễu xạ tia X của vật liệu g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4

pha tạp Nd (ký hiệu mẫu - CNNd) với các nồng độ khác nhau được trình bày

như trên hình 3.1. Tất cả các mẫu đều xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tại các vị

trí 13,1o, 24,9o và 27,5o. Những đỉnh nhiễu xạ này thuộc về các họ mặt

phẳng (100), (101) và (002) tương ứng. Đỉnh mạnh nhất (002) quan sát

được ở vị trí 2 = 27,5o phản ánh cấu trúc các lá xếp chồng lên nhau của gC3N4 trong cả mẫu tinh khiết và mẫu pha tạp. Những kết quả này phù hợp

với thẻ chuẩn JCPDS (87-1526) của tinh thể g-C 3N4 và các kết quả đã được

công bố [8], [3].

Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C 3N4 pha tạp Nd không quá khác biệt so

với g-C3N4 tinh khiết. Tuy nhiên, các đỉnh ở vị trí 13,1o, 27,5o, 24,9o có dịch

chuyển về phía góc 2 nhỏ (nhưng không đáng kể). Cường độ các đỉnh nhiễu

xạ của các mẫu CN pha tạp thấp hơn so với mẫu CN tinh khiết. Điều này có

30



thể do các đám nguyên tử Nd đã chen vào giữa các lớp g-C 3N4 và gây ra ảnh

hưởng nhỏ trên giản đồ nhiễu xạ tia X.

3.1.2. Tính chất quang

3.1.2.1. Phổ hấp thụ UV – vis



Hình 3.2. (a) Phổ hấp thụ và (b) biểu diễn (hυα)1/2 theo năng lượng photon

của các mẫu g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4 pha tạp Nd với nồng độ từ 1-10%.

Hình 3.2 là phổ hấp thụ của vật liệu g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4 pha tạp

Nd với các nồng độ khác nhau. Kết quả trên hình 3.2a cho thấy g-C 3N4 tinh

khiết có bờ hấp thụ ở khoảng 450 nm. Tuy nhiên, khi pha tạp Nd, bờ hấp thụ

của vật liệu g-C3N4 không thay đổi đáng kể. Độ rộng vùng cấm được ước tính

bằng cách ngoại suy tuyến tính đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của biểu

diễn (hυα)1/2 theo năng lượng photon (hình 3.2b), sử dụng phương pháp Tauc

[31] (hình 3.3). Kết quả ước tính độ rộng vùng cấm của các mẫu được trình

bày như trong bảng 3.1.



31



Hình 3.3 Minh họa cách xác định độ rộng vùng cấm bằng phương pháp Tauc.

Bảng 3.1 Các giá trị bề rộng vùng cấm của các mẫu g-C3N4 pha tạp Nd.

STT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11



Kí hiệu mẫu



Eg (eV)



λ (nm)



CN

CNNd-1

CNNd-2

CNNd-3

CNNd-4

CNNd-5

CNNd-6

CNNd-7

CNNd-8

CNNd-9

CNNd-10



2,9014

2,8920

2,8788

2,8770

2,8661

2,8438

2,8379

2,8486

2,8502

2,8588

2,8728



428,13

429,53

431,49

431,76

433,41

436,81

437,71

436,07

435,82

434,51

432,39



Kết quả cho thấy, độ rộng vùng cấm gần như không thay đổi khi pha

tạp Nd vào g-C3N4. Điều này có thể lí giải như sau: các đám nguyên tử Nd



32



chỉ xen vào khoảng trống của các lớp g-C 3N4 mà khơng thay thế cho vị trí

của các ngun tử C hay N. Do đó, sự có mặt của Nd khơng làm ảnh hưởng

nhiều tới cấu trúc vùng năng lượng của g-C 3N4, nên Eg gần như khơng có sự

thay đổi.

3.1.2.2. Phổ huỳnh quang (PL)



Hình 3.4 Phổ huỳnh quang PL của g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4 pha tạp

Nd với các nồng độ 2% (CNNd-2), 6% (CNNd-6), 10% (CNNd-10).

Sự tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống có thể giải phóng năng lượng và có

thể phát hiện được thơng qua phát xạ huỳnh quang. Cường độ huỳnh quang

thấp là chỉ dấu cho việc tái hợp điện tử - lỗ trống giảm, dẫn tới tăng hoạt tính

quang xúc tác. Kết quả đo phổ huỳnh quang của các mẫu g-C3N4 tinh khiết và

pha tạp tại các nồng độ 2%, 6%, và 10% với bước sóng kích thích 355 nm

được trình bày như trên hình 3.4. Kết quả cho thấy, phổ phát xạ huỳnh quang

của tất cả các mẫu là một dải rộng từ 350 tới 700 nm và khơng có sự dịch các



33



đỉnh phát xạ của các mẫu. Điều này phù hợp với kết quả của phổ hấp thụ UVvis.



Bíc sãng (nm)

Hình 3.5. Phổ huỳnh quang và các đường fit Gaussion của của mẫu g-C3N4

tinh khiết.

Trong nghiên cứu trước đây của Wang và cộng sự [32] đã chỉ ra

rằng các đỉnh phổ phát xạ của g-C 3N4 có thể do sự chồng chập của nhiều

đỉnh. Vì thế, để xác định vị trí các đỉnh phổ huỳnh quang của mẫu, chúng

tôi tiến hành làm khớp đỉnh phổ theo hàm Gaussian bằng phần mềm

Origin. Kết quả cho thấy các đỉnh phát xạ huỳnh quang của g-C 3N4 tại vị

trí 431 nm, 448 nm, 493 nm và 548 nm (hình 3.5) và có sự phù hợp với

kết quả nghiên cứu của Wang. Khi vật liệu bị kích thích ánh sáng, điện tử

ở vùng hóa trị δ chuyển lên vùng dẫn δ*, sau đó các điện tử chuyển xuống

các trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát xạ. Nguồn gốc của các đỉnh

phát xạ P1, P2, P3 trên phổ huỳnh quang là sự chuyển mức điện tử δ* LP,



34



π*LP và π*π. Trong đó, δ* và π* là các trạng thái phản liên kết còn δ

và π là các mức liên kết, LP là trạng thái điện tử lẻ cặp của nitride (hợp

chất nitơ) nằm giữa mức π và δ (hình 3.6).



Hình 3.6 Sơ đồ mức năng lượng phát xạ của vật liệu g-C3N4.

Các mẫu pha tạp Nd đều có cường độ huỳnh quang thấp hơn so với

mẫu g-C3N4 tinh khiết. Điều này gián tiếp cho thấy việc pha tạp Nd đã làm

giảm tốc độ tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống. Kết quả có lợi cho q trình

quang xúc tác của vật liệu g-C3N4.

3.1.2.3. Khả năng quang xúc tác

Khả năng quang xúc tác của các các mẫu g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4

pha tạp Nd được đánh giá thông qua sự phân hủy dung dịch Rhodamine B

(RhB) dưới sự chiếu xạ của đèn Xenon. Tốc độ phân hủy của RhB được đánh

giá thông qua sự thay đổi cường độ đỉnh hấp thụ tại vị trí bước sóng 554 nm

của dung dịch RhB được xác định dựa trên đường cong chuẩn nồng độ của

RhB. Hình 3.7a biểu diễn sự thay đổi của C/C 0 vào thời gian. Kết quả cho



35



thấy, quá trình hấp phụ đối với tất cả các mẫu bão hòa sau khoảng 10 phút

khuấy trong tối. Trong khi nồng độ RhB vẫn còn khoảng 25% sau 120 phút

khi sử dụng g-C3N4 tinh khiết, một số g-C3N4 pha tạp Nd đã phân hủy được

trên 85% RhB. Trong đó, mẫu g-C3N4 pha tạp Nd 6% cho kết quả quang xúc

tác tốt nhất. Để xác định thời gian RhB bị phân hủy 100%, chúng tôi tiếp tục

kéo dài thời gian khảo sát quang xúc tác của các mẫu pha tạp 2%, 6%, 10%

Nd. Như kết quả trình bày trên hình 3.7b, sau khoảng 160 phút chiếu sáng,

mẫu pha tạp 6% Nd đã phân hủy hoàn toàn RhB có trong dung dịch.



Hình 3.7a Sự thay đổi của C/C0 theo thời gian khi sử dụng g-C3N4 tinh khiết

và g-C3N4 pha tạp với các nồng độ Nd 1-10%. Hình 3.7b là phổ hấp thụ của

dung dịch RhB theo thời gian khi sử dụng g-C3N4 pha tạp 2%,6%, 10% Nd.



36



Hình 3.8 Phổ hấp thụ của dung dịch RhB theo thời gian khi sử dụng g-C3N4

pha tạp 6% Nd.

Hình 3.8 là phổ hấp thụ của dung dịch RhB theo thời gian khi sử dụng

g-C3N4 pha tạp 6% Nd. Sau khoảng 160 phút chiếu sáng, đỉnh hấp thụ 554 nm

của RhB không chỉ biến mất hồn tồn mà còn có sự dịch đỉnh từ 554 nm

xuống khoảng 530 nm, giải thích cho sự phân hủy cấu trúc của phân tử RhB.

Áp dụng phương trình Langmuir – Hinshelwood để nghiên cứu quá

trình thay đổi nồng độ RhB trong ánh sáng đèn Xenon, sử dụng biểu thức

ln(Co/C) = kt, chúng tôi thu được các kết quả như trên hình 3.9. Độ suy giảm

nồng của dung dịch RhB tương ứng với độ dốc k của đồ thị y(t) = ln(C o/C)

được xác định từ đồ thị và cho kết quả như ở bảng 3.2. Kết quả cho thấy, tốc

độ suy giảm nồng độ RhB đạt cực đại với mẫu 6% Nd và gấp 2,5 lần g-C3N4

tinh khiết.



37



Bảng 3.2. Độ dốc k của đồ thị y(t) = ln(Co/C) đối với các mẫu g-C3N4 pha tạp

Nd với các nồng độ khác nhau.

Mẫu g-C3N4 (pha tạp % Nd)

k (1/phút)



0%

0,008



2%

0,017



6%

0,021



10%

0,015



Hình 3.9 Đồ thị biến đổi tuyến tính của ln(Co/C) theo thời gian quang xúc tác

phân hủy RhB của g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4 pha tạp Nd với các nồng độ

2%, 6% và 10%.



3.2. Kết quả g-C3N4 pha tạp Y



38



3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc



Hình 3.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X của g-C3N4 tinh khiết (CN) và g-C3N4 pha

tạp Y với các tỉ lệ 2% (CN-2), 8% (CNY-8) và 10% (CNY-10).

Hình 3.10 trình bày kết quả đo nhiễu xạ tia X của g-C 3N4 tinh khiết

(CN) và g-C3N4 pha tạp Y với nồng độ khác nhau (ký hiệu CNY). Tất cả các

mẫu đều xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tại các vị trí 13,1o, 24,9o và 27,5o tương

ứng với các họ mặt phẳng (100), (101) và (002). Kết quả này phù hợp với

JCPDS (87-1526) của tinh thể g-C3N4. Tương tự như kết quả đối với g-C 3N4

pha tạp Nd, đỉnh mạnh nhất (002) quan sát thấy tại vị trí 2 = 27,4o phản ánh

cấu trúc các lá xếp chồng lên nhau của g-C3N4. Việc pha tạp Y không ảnh

hưởng nhiều tới cấu trúc của g-C 3N4 vì có thể các nguyên tử Y cũng chỉ tập

hợp và xen kẽ giữa các lớp g-C3N4.

3.2.2. Tính chất quang



39



3.2.2.1. Phổ hấp thụ UV–vis



Hình 3.11 (a) Phổ hấp thụ và (b) biểu diễn (hυα)1/2 theo năng lượng photon

của các mẫu g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4 pha tạp Y với nồng độ từ 1-10%.

Phổ hấp thụ UV-vis của g-C3N4 tinh khiết và g-C3N4 pha tạp Y được

biểu diễn trên hình 3.11. Kết quả cho thấy, phổ hấp thụ của các mẫu có bờ hấp

thụ ở khoảng 450 nm đặc trưng của g-C3N4. Khi pha Y với nồng độ từ 110%, phổ hấp thụ của các mẫu gần như khơng có sự thay đổi. Điều này chứng

tỏ các nguyên tử Y không làm ảnh hưởng tới cấu trúc vùng năng lượng của gC3N4. Bằng cách ngoại suy tuyến tính đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của

theo năng lượng (, độ rộng vùng cấm của các mẫu được ước tính và trình bày

như trong bảng 3.3.



40



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×