Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của g-C3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý "Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của g-C3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO)" được nghiên cứu với mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo mẫu lên cấu trúc, tính chất vật lí và khả năng quang xúc của vật liệu g-C3N4, từ đó lựa chọn phương pháp cũng như điều kiện công nghệ phù hợp để chế tạo vật liệu g-C3N4 dạng lá mỏng có kích thước nano kết tinh tốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu cải thiện khả năng quang xúc tác của g-C3N4 biến tính với kim loại (Fe, Co, Mg, Ag) và oxit bán dẫn (TiO2, ZnO) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ---------------------------------- LÂM THỊ HẰNGNGHIÊN CỨU CẢI THIỆN KHẢ NĂNG QUANG XÚC TÁCCỦA g-C3N4 BIẾN TÍNH VỚI KIM LOẠI (Fe, Co, Mg, Ag) VÀ OXIT BÁN DẪN (TiO2, ZnO) Chuyên ngành: Vật lí Chất rắn Mã số: 9.44.07.04 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội, 2024 Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: 1: GS.TS. Nguyễn Văn Minh 2: PGS.TS. Đỗ Danh Bích Phản biện 1: PGS.TS. Dư Thị Xuân Thảo – Trường Đại học Phenikaa Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Đình Lãm – Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS. Phạm Văn Hải – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2024Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:- Thư viện Quốc Gia, Hà Nội- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 1 MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ gần đây, trên hành tinh Trái đất, các ngành công nghiệp dệt,nhuộm, thuộc da, hóa chất hữu cơ và hóa dầu đang phát triển nhanh chóng đã góp phầnđáng kể gây ô nhiễm hữu cơ vào tài nguyên nước. Các chất độc hữu cơ thường được thải ratừ các ngành công nghiệp này là thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc nhuộm hữu cơ.., hòatrộn trực tiếp với nước sạch và làm ô nhiễm nguồn nước. Thuốc nhuộm hữu cơ tổng hợpđược sử dụng trong các ngành công nghiệp dệt, thuộc da và giấy có độc tính cao, gây độtbiến, gây ung thư và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái nước và có khả năng gâyra các vấn đề nghiêm trọng liên quan đến sức khỏe con người. Ngày nay, việc xử lý ô nhiễmmôi trường đặc biệt là xử lý ô nhiễm môi trường nước đã trở thành vấn đề được quan tâm vànóng hổi trên toàn thế giới và việc xử lý nước bị ô nhiễm là một thách thức lớn dai dẳng củacác nhà khoa học trên toàn thế giới. Do đó, trong lĩnh vực xử lý nước, các nhà nghiên cứuđã không ngừng nỗ lực và kiên trì khám phá các công nghệ hiện đại và hiệu quả để loại bỏcác chất hữu cơ độc hại khỏi nước bị ô nhiễm. Trong đó, công nghệ phân hủy chất hữu cơđộc hại bằng phương pháp quang xúc tác là một kỹ thuật lành tính với môi trường được sửdụng rộng rãi, sử dụng nguồn năng lượng sạch (ánh sáng tự nhiên) để phân hủy các chất hữucơ gây ô nhiễm thành các sản phẩm không độc hại hoặc ít độc hại hơn và do đó khắc phục ônhiễm môi trường một cách hiệu quả. Tuy nhiên, việc xử lý nước ô nhiễm bằng phươngpháp quang xúc tác cũng gặp phải một số thách thức vì hiệu quả của nó phụ thuộc vào nhiềuyếu tố khác nhau như loại chất xúc tác, bước sóng ánh sáng và dải cấm của chất xúc tác. Sử dụng vật liệu bán dẫn để làm chất xúc tác trong quá trình xử lí ô nhiễm môitrường nước đang là những ý tưởng được đánh giá cao trong ngành công nghiệp hóa họcxanh (nghiên cứu các chất hóa học để xử lí ô nhiễm môi trường). Một số dạng vật liệu phổbiến đang được chú trọng nghiên cứu hiện nay có thể kể tới như các oxit kim loại (TiO2,ZnO, WO3…), vật liệu sắt điện có cấu trúc perovskite ABO3 (BiFeO3, BaTiO3, SrTiO3), cáchợp chất bán dẫn ABO4 (ZnWO4, SnWO4) …. Tuy nhiên, phần lớn các dạng vật liệu này cóđộ rộng vùng cấm lớn (> 3,2 eV) nên hầu như chỉ hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại,chiếm khoảng 4% phổ Mặt Trời. Hiện nay, việc tìm kiếm vật liệu bán dẫn có độ rộng vùngcấm nhỏ đang là đề tài thu hút được sự quan tâm rất lớn của các nhóm nghiên cứu trên toànthế giới nhằm mục tiêu tận dụng nguồn ánh sáng mặt trời trong ứng dụng quang xúc tác,giúp mở rộng quy mô ứng dụng, giảm giá thành và tăng sự tiện lợi. Bên cạnh đó, vật liệubán dẫn vùng cấm hẹp còn có tiềm năng lớn trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng hay sảnxuất nhiên liệu sạch như Hydrogen và Oxygen. Để đáp ứng tốt mục tiêu sử dụng ánh sángMặt Trời, vật liệu bán dẫn cần đáp ứng được một số yêu cầu như: (i) độ rộng vùng cấmnhỏ hơn 3,2 eV (380nm); (ii) diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và (iii) tốc độ tái hợp điện tử vàlỗ trống nhỏ. Gần đây, vật liệu g-C3N4, một chất bán dẫn hữu cơ phi kim loại có cấu trúc điện tử vàtính chất quang độc đáo với độ rộng vùng cấm nhỏ (cỡ 2,7 eV), đã nhận được sự quan tâmnghiên cứu rộng rãi của các nhà khoa học trên thế giới. Vật liệu g-C3N4 sở hữu một số đặctính vật lí ưu việt như độ cứng cao, không độc hại, ổn định hóa học và nhiệt độ ở các điềukiện môi trường khác nhau, diện tích bề mặt riêng lớn, hiệu suất lượng tử tương đối cao vàtương thích sinh học,... Do đó, vật liệu này có tiềm năng ứng dụng trong một số lĩnh vựcnhư chuyển đổi quang điện, cảm biến nhiệt độ, cảm biến hóa học, y sinh, và đặc biệt là 2trong lĩnh vực quang xúc tác tách chiết nhiên liệu H2 từ nước, phân hủy khí CO2 và làm sạchô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước. Cho đến nay, vật liệu g-C3N4 với các hình thái đa dạng như tấm nano, dây nano, cấutrúc nano xốp và màng mỏng đã được nghiên cứu chế tạo bằng các quy trình công nghệkhác nhau như lắng đọng pha hơi (CVD và PVD), solvothermal, và nhiệt phân từ các tiềnchất giàu C và N,… Không như các chất xúc tác quang bán dẫn chứa kim loại, g-C3N4 cóthể dễ dàng được tổng hợp bằng phương pháp polymer hóa nhiệt từ các tiền chất giàu C vàN như dicyanamide, cyanamide, melamine và urê. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ ra rằng, vậtliệu g-C3N4 còn có hiệu suất lượng tử thấp do tốc độ tái hợp điện tử lỗ trống lớn; bờ hấp thụở khoảng 460 nm nên chỉ hấp thụ ...