Ảnh hưởng của hàm lượng tiền chất Cu(NO₃)₂ lên hoạt tính quang xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp sốc nhiệt
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Bài nghiên cứu
Open Access Full Text Article
Ảnh hưởng của hàm lượng tiền chất Cu(NO3)2 lên hoạt tính quang
xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp sốc nhiệt
Nguyễn Thế Luân, Lê Tiến Khoa, Hoàng Châu Ngọc, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân*
TÓM TẮT
Mẫu ZnO biến tính với Cu(NO3)2 được tổng hợp bằng phương pháp sốc nhiệt ở 500oC nhằm cải
thiện hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng UV và Vis. Nghiên cứu này quan tâm đến ảnh hưởng
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
của hàm lượng tiền chất Cu(NO3)2 biến tính (với các % tỉ lệ mol Cu:Zn = 0; 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0) lên
hoạt tính quang xúc tác của mẫu. Cấu trúc và hình thái của các mẫu xúc tác được khảo sát thông
qua các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), quang phổ hồng
ngoại (FTIR) và phổ quang điện tử tia X (XPS). Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá thông qua
việc giảm cấp phẩm màu methylene xanh. Kết quả phân tích cho thấy cấu trúc tinh thể và hình
dạng hạt các mẫu biến tính không thay đổi đáng kể so với ZnO, trừ sự xuất hiện pha CuO khi tỉ lệ
mol Cu:Zn đạt 5,0%. Tuy nhiên, kết quả khảo sát bề mặt FTIR và XPS có sự khác biệt rõ rệt. Các mẫu
biến tính có sự biến đổi độ bền liên kết Zn-O và có sự gia tăng khuyết tật bề mặt. Tuy nhiên khi
tỉ lệ mol Cu:Zn đạt đến 5,0%, các biến đổi bề mặt ZnO giảm. Mẫu có tỉ lệ biến tính Cu 0,5% cho
hoạt tính tốt nhất (kUV = 6,901 giờ−1, kVIS = 0,224 giờ−1) hơn ZnO 2,1 lần trong vùng UV và 1,3 lần
trong vùng Vis, trong khi mẫu có tỉ lệ 5,0% có hoạt tính thấp hơn cả ZnO ban đầu.
Từ khoá: ZnO biến tính Cu, quang xúc tác, sốc nhiệt, phổ quang điện tử tia X, biến tính bề mặt,
đồng nitrat, khuyết tật
là phương pháp đơn giản, nhanh chóng và có thể áp
dụng được trong quy mô phòng thí nghiệm.
Chúng tôi đã sử dụng phương pháp sốc nhiệt trên
GIỚI THIỆU
Vật liệu nano ZnO với các hình thái và tính chất khác
nhau đã và đang thu hút rất nhiều sự chú ý của các nhà
khoa học trong lĩnh vực quang xúc tác. Tuy nhiên, sự
các đối tượng biến tính khác nhau và thu được kết
tái tổ hợp nhanh chóng của electron và lỗ trống quang
thay đổi nhiệt độ đột ngột trong một khoảng thời gian
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,
ĐHQG-HCM, Việt Nam
sinh trong quá trình quang xúc tác đã làm giảm hiệu
suất lượng tử của ZnO và hoạt tính trong vùng khả
kiến còn thấp. Các nhà khoa học đã tiến hành pha tạp
các nguyên tố khác vào cấu trúc của ZnO với mong
muốn cải thiện các điểm yếu này. Các nghiên cứu cho
thấy khi hàm lượng pha tạp bé hơn 10% mol thì tính
rất nhiều nguyên tố được đề xuất để biến tính vào cấu
trúc của ZnO như C, F, N, Ag, Cu, Mn, Ce…Trong
đó Cu được chú ý nhiều vì Cu có cấu hình electron và
bán kính khá tương đồng với Zn (RCu2+ = 87 pm và
với Cu có sự tăng cường khả năng hấp thu trong vùng
điện, tăng diện tích bề mặt riêng bằng cách tạo ra các
nhiều phương pháp được dùng để biến tính ZnO với
Cu đã được công bố như đồng kết tủa, sol-gel, thủy
nhiệt, đốt cháy, đun hồi lưu, phân hủy hơi hóa học….
ngắn gây ra những biến đổi sâu trên bề mặt vật liệu
nhưng không làm ảnh hưởng đến tính chất của cấu
trúc khối. Điều này rất phù hợp với việc chế tạo các
vật liệu xúc tác dị thể nơi mà các phản ứng chỉ xảy ra
trên bề mặt. Bên cạnh đó, phương pháp này còn tiết
kiệm năng lượng, thời gian điều chế và chi phí sản
xuất so với các phương pháp phức tạp khác. Chúng
tôi đã tiến hành biến tính sốc nhiệt ZnO với các tiền
chất chứa đồng khác nhau là Cu(CH3COO)2, CuSO4,
Cu(NO3)2. Kết quả cho thấy tiền chất Cu(NO3)2 cho
nghiên cứu này chúng tôi tập trung chú ý vào tác động
của hàm lượng Cu(NO3)2 trong quá trình biến tính
sốc nhiệt ZnO lên cấu trúc, hình thái và hoạt tính
quang xúc tác trong cả 2 vùng UV và Vis.
Liên hệ
Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa
học Tự Nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam
Email: htkxuan@hcmus.edu.vn
Lịch sử
• Ngày nhận: 17-3-2021
• Ngày chấp nhận: 29-4-2021
• Ngày đăng: 09-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.1042
Bản quyền
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố
mở được phát hành theo các điều khoản của
the Creative Commons Attribution 4.0
International license.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Điều chế xúc tác ZnO tinh khiết
Muối rắn Zn(CH3COO)2•2H2O được cân 17,42 gam
So với các phương pháp trên, phương pháp sốc nhiệt sau đó thêm tiếp 160,0 mL nước cất khuấy đến khi tan
Trích dẫn bài báo này: Luân N T, Khoa L T, Ngọc H C, Hưng N H K, Xuân H T K. Ảnh hưởng của hàm
lượng tiền chất Cu(NO3)2 lên hoạt tính quang xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp
sốc nhiệt. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(3):1256-1265.
1256
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
hết thu được dung dịch A. Dung dịch B được chuẩn bị được hiệu chỉnh theo vị trí C1s với năng lượng liên
bằng cách cân 10,00 gam H2C2O4•2H2O và hòa tan
trong 160,0 mL nước cất. Cho từ từ dung dịch B vào
dung dich A có khuấy từ thu được hỗn hợp huyền phù,
tiếp tục khuấy hỗn hợp trong vòng 1 giờ sau đó lọc rửa
kết tủa và sấy khô ở 120ºC trong vòng 1 giờ. Chất rắn
sau khi sấy được nghiền mịn và nung ở 500ºC trong
vòng 2 giờ thu được ZnO tinh khiết. Nhiệt độ nung
để phân hủy hoàn toàn ZnC2O4 được tham khảo dựa
kết 285 eV có nguồn gốc từ cacbon nhiễm bẩn trên bề
mặt.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Cấu trúc và hình thái
Kết quả khảo sát nhiễu xạ tia X dạng bột thể hiện
cường độ cao tại vị trí 2θ = 31,82º; 34,41º; 36,22º;
47,60º ứng với các mặt mạng lần lượt là (100), (002),
(101) và (102). Điều này chứng tỏ rằng ZnO nằm ở
cấu trúc wurtzite thuộc nhóm không gian P63mc. Tất
cả các mẫu biến tính đều có cùng vị trí các mũi với
cường độ tương tự như ZnO ban đầu chứng tỏ rằng
các mẫu biến tính cũng chứa pha wurtzite. Chúng tôi
không quan sát thấy sự xuất hiện của bất kì pha tạp
nào ngoại trừ mẫu CuNZO-5.0-500 có hàm lượng Cu
biến tính Cu cao nhất là 5,0% với sự xuất hiện thêm
một mũi tại vị trí nhiễu xạ 2θ = 35,59º và 38,80º thuộc
mặt mạng lần lượt là (-111) và (111) của CuO teronite.
Sự hiện diện của pha CuO cũng được báo cáo trong
mẫu Zn0.95Cu0.05O được điều chế bằng phương pháp
sol-gel trong nghiên cứu của L. H. Lian cùng các cộng
điều chế thông qua phương pháp đốt cháy nhanh của
các mũi có độ đối xứng cao, đường nền phẳng chứng
tỏ rằng các mẫu có độ tinh thể hóa cao.
.
Điều chế xúc tác ZnO biến tính với Cu
Tiến hành cân chính xác 0,5063 gam bột ZnO
tinh khiết và ngâm tẩm trong 10,00 mL dung dịch
Cu(NO3)2 xM sao cho tỉ lệ % nCu2+/nZnO = 0; 0,3;
0,5; 1,0; 2,0 và 5,0. Hỗn hợp sao khi tẩm được sấy
khô ở 150ºC trong vòng 3 giờ sau đó được sốc nhiệt ở
500ºC trong vòng 5 phút. Chất rắn sau khi sốc nhiệt
được rửa sạch với nước cất và sấy khô thu được ZnO
biến tính Cu ở các tỉ lệ khác nhau. Các mẫu được kí
hiệu CuNZO-x-500 với x là % tỉ lệ mol giữa nguyên
tử Cu và Zn.
Quá trình khảo sát hoạt tính
Hoạt tính quang xúc tác của các mẫu được khảo
sát bằng cách tiến hành lấy 0,125 gam mẫu cho vào
becher 500 mL có chứa sẵn dung dịch Methylene xanh
2,10−5 M (MB). Hệ được đánh siêu âm trong vòng 3
phút trước khi tiến hành cân bằng hấp phụ trong bóng
tối 1 giờ. Sau đó tiến hành rút 5,00 mL hỗn hợp để xác
định nồng độ C0 ban đầu. Cứ sau mỗi 5 phút, 5,00 mL
hỗn hợp được rút ra và kiểm tra nồng độ bằng phổ hấp
thu UV-Vis ở bước sóng 664 nm.
Kết quả kính hiển vi điện tử truyền qua TEM được
hình thái đa diện và kết tụ với nhau, kích thước hạt
nằm trong khoảng từ 20–100 nm. Không có sự khác
biệt lớn nào khi so sánh giữa mẫu ZnO và các mẫu
biến tính.
Quy trình khảo sát hoạt tính dưới bức xạ khả kiến
được tiến hành tương tự với nồng độ MB là 1,10−5
M
và thời gian giãn cách giữa các lần rút mẫu là 30 phút.
Phân tích liên kết bề mặt và thành phần các
nguyên tố trên bề mặt
Các phương pháp phân tích
các mẫu xúc tác cho thấy sự biến đổi rõ rệt trong vùng
dao động liên kết của kim loại và oxygen M-O khi
hàm lượng Cu biến đổi. Đây là vùng dao động của
liên kết Zn-O lẫn Cu-O (nếu có), tuy nhiên do hàm
lượng Cu rất thấp nên các mũi Cu-O (nếu có) sẽ bị
lẫn trong đường nền và các mũi Zn-O có cường độ
cao, nên chúng tôi mặc định rằng các dao động trong
vùng này là của liên kết Zn-O. Các mẫu CuNZO-0.5-
500 và CuNZO-1.0-500 có hình dạng tương tự nhau
với sự dịch chuyển mũi Zn-O(I) về vùng có số sóng
cao hơn và mũi Zn-O(III) về vùng có số sóng thấp
hơn, trong khi mũi Zn-O(II) gần như biến mất. Mẫu
Cấu trúc tinh thể và thành phần pha của vật liệu được
xác định thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) trên
máy X BRUKER ADVANCE – D8, thiết bị sử dụng
đèn Cu Kα = 1,5418 Aº, thế gia tốc và cường độ dòng
lần lượt là 40 kV và 40 mA.
Hình thái và kích thước hạt được xác định bằng kính
hiển vi điện tử truyên qua TEM trên máy JEM-1400
với thế gia tốc là 100 kV.
ành phần bề mặt của các mẫu xúc tác được xác định
thông qua phổ hồng ngoại (FT-IR) và quang phổ điện
tử tia X (XPS). iết bị được sử dụng lần lượt là Tensor
27 Bruker với và Kratos Axis Ultra DLD với nguồn Al-
Kα (1486,6 eV) hoạt động ở 150 W dưới áp suất 107
mbar. Đối với các tín hiệu thu được trên phổ XPS đều CuNZO-5.0-500có hình dạngvà tỉ lệ mũi tương tự với
1257
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 1: Giản đồ XRD của ZnO và các mẫu biến tính
ZnO tinh khiết, có sự dịch chuyển nhẹ của mũi Zn- đường nền. Từ các kết quả XPS trên có thể thấy vai
O(I) về vùng có số sóng cao hơn và 2 mũi Zn-O(II), trò của Cu(NO3)2 là ổn định các khuyết tật được tạo
Zn-O(III) hầu như không dịch chuyển so với ZnO.
ra trong quá trình sốc nhiệt, vì vậy cấu trúc của ZnO
Sự khác biệt bề mặt của các mẫu được làm rõ hơn không thể hoàn nguyên lại trạng thái ban đầu. Kết
qua kết quả phổ quang điện tử tia X (XPS) của các quả này được báo cáo qua mẫu TS-ZnO trong nghiên
cứu của tác giả T. K. X. Huynh, ZnO được sốc nhiệt
1021,4-1044,5 eV (ZnI) thuộc về Zn2+ trong mạng
một lượng nhỏ thành phần Zn mới nằm ở vị trí năng
lượng liên kết thấp hơn tại 1019,2-1041,9 eV (ZnII) và
1017,6-1040,4 eV (ZnIII). Khi phân tách thành phần
tín hiệu O 1s thu được mũi có năng lượng liên kết
530,2 eV thuộc về O2− trong mạng tinh thể và mũi
nhưng không có mặt Cu(NO3)2 không làm xuất hiện
.
Để tìm hiểu rõ hơn về tác động của quá trình sốc
nhiệt ZnO với Cu(NO3)2 ở các hàm lượng khác nhau,
chúng tôi tiến hành tính toán tỉ lệ ion O2−/Zn2+ và
OH/Zn dựa vào diện tích các mũi tương ứng, kết quả
lệ O2−/Zn2+ = 1,00 phù hợp với tỉ lệ hợp thức. Các
mẫu biến tính có hàm lượng nhóm OH trên bề mặt
giảm so với ZnO. Bên cạnh đó, các mẫu biến tính đều
có tỉ lệ O2−/Zn2+ khác biệt so với tỉ lệ hợp thức, mẫu
CuNZO-0.5-500 có khác biệt lớn nhất, sai lệch 17%
so với tỉ lệ hợp thức.
.
Các mẫu biến tính cũng có thêm thành phần O mới có
năng lượng liên kết thấp tại 528,6 eV (OIII). Ngoài ra,
mẫu CuNZO-0.5-500 còn có thêm mũi tại 527,1 eV
(OIV ). Kết quả thu được cho thấy rằng các mẫu biến
tính với Cu đều xuất hiện thành phần Zn và O mới,
điều này chứng tỏ quá trình biến tính sốc nhiệt đã gây
ra sự xáo trộn các nguyên tử trên bề mặt, các nguyên
tử sau khi bị xử lý nhiệt đã rời khỏi vị trí cân bằng
cũ và tiến đến những vị trí khác hoặc bị thay thế bởi
nguyên tử khác trong mạng tinh thể từ đó làm thay
đổi môi trường hóa học xung quanh dẫn đến giá trị
năng lượng liên kết bị biến đổi.
Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác
Khi nồng độ ban đầu của các phẩm màu hữu cơ không
cao thì tốc độ giảm cấp phẩm màu có thể được mô
dựng đồ thị Ln(C0/Ct) theo thời gian t ta có thể thu
được hằng số tốc độ biểu kiến của phản ứng từ hệ số
Mẫu CuNZO-1.0-500 có một mũi với cường nhỏ tại
năng lượng liên kết 932,5 eV được cho là thuộc về góc của đường thẳng. Hệ số hồi quy cao R2 > 0,99 thì
không quan sát thấy mũi liên quan đến Cu. Điều này Kết quả khảo sát hoạt tính quang xúc tác của các mẫu
rất có thể do hàm lượng Cu biến tính quá nhỏ (0,5% được trình bày trong Hình 5 và Hình 6 cho thấy rằng
mol) nên mũi liên quan đến Cu 2p đã bị hòa lấp trong hằng số tốc độ biểu kiến của các mẫu biến tính hầu hết
1258
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 2: Ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua TEM của các mẫu xúc tác (A)ZnO,(B)CuNZO-0.5-500, (C)CuNZO-1.0-500
và (D) CuNZO-5.0-500
Bảng 2: Tỉ lệ các nguyên tử được tính toán dựa theo diện tích mũi từ phổ XPS của các mẫu
Mẫu
ZnO
1,00
CuNZO-0.5-500
1,17
CuNZO-1.0-500
0,94
Tỉ lệ nguyên tử tính
theo diện tích mũi
OI+OIII+OIV /Zn
OII/Zn
0,41
0,37
0,32
đều cao hơn ZnO ban đầu trong cả vùng UV lẫn vùng
Vis. Giá trị hằng số k tăng khi hàm lượng Cu tăng và
đạt cực đại khi hàm lượng Cu biến tính là 0,5% sau
đó hoạt tính giảm khi tiếp tục gia tăng hàm lượng Cu
biến tính. Mẫu CuNZO-0.5-500 có kết quả hoạt tính
BIỆN LUẬN
Kết quả phân tích XRD và TEM của các mẫu không
thấy có sự khác biệt nào đáng kể khi thay đổi hàm
lượng Cu(NO3)2 biến tính, chứng tỏ rằng quá trình
biến tính sốc nhiệt không làm thay đổi cấu trúc tinh
thể cũng như hình dạng của các hạt xúc tác. Tuy nhiên
các dữ liệu FTIR và XPS cho thấy sự biến đổi rõ rệt
tính chất bề mặt của các mẫu xúc tác khi hàm lượng
Cu biến đổi. Như vậy, sự thay đổi hoạt tính xúc tác
của các mẫu biến tính chịu ảnh hưởng nhiều từ những
quang xúc tác cao nhất (kUV = 6,901 giờ−1, kVIS
=
0,224 giờ−1), cụ thể có k gấp ZnO 2,1 lần trong vùng
UV và 1,3 lần trong vùng Vis. Mẫu CuNZO-5.0-500
có hoạt tính không thay đổi so với ZnO thậm chí giảm
nhẹ trong vùng UV.
1260
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 3: Phổ FT-IR của ZnO và các mẫu biến tính
thay đổi trên bề mặt của vật liệu.
ra khỏi bề mặt ZnO làm cho tác nhân Cu không còn
ảnh hưởng quá nhiều đến độ bền liên kết bề mặt Zn-
O, kết quả là phổ FT-IR của mẫu này tương tự ZnO
và hoạt tính của chúng cũng vậy.
Phương pháp phân tích bề mặt FT-IR cho thấy hai
mẫu CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-500 (là 2 mẫu
có hoạt tính cao nhất) có sự thay đổi về hình dạng,
cường độ và vị trí của các mũi hấp thu so với ZnO Kết quả XPS cho thấy có sự khác biệt rõ ràng về thành
ban đầu. Tuy nhiên khi hàm lượng Cu tăng đến 5,0% phần bề mặt của các mẫu biến tính. Tỉ lệ O2−/Zn2+
(mẫu CuNZO-5.0-500 có hoạt tính thấp nhất), vị trí của mẫu ban đầu ZnO hoàn toàn trùng với tỉ lệ hợp
hấp thu của các mũi hầu như không thay đổi về cả thức là 1,00, trong khi lại khác biệt trên hai mẫu
hình dạng lẫn cường độ so với ZnO ban đầu. Ngoài biến tính khảo sát CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-
ra, đây cũng là mẫu xuất hiện pha tạp CuO trên giản 500 cho thấy có sự xuất hiện các khuyết tật lỗ trống
đồ XRD. Từ các quan sát này có thể cho rằng việc biến trên bề mặt. Tỉ lệ O2−/Zn2+ là 1,17 ở mẫu CuNZO-
tính sốc nhiệt với hàm lượng Cu thấp đã ảnh hưởng 0.5-500 đã chứng tỏ rằng trên bề mặt mẫu này có tồn
lên độ bền liên kết Zn-O trên bề mặt dẫn đến sự thay tại vị trí lỗ khuyết Zn; trong khi giá trị 0,97 của mẫu
đổi về hoạt tính quang xúc tác của các mẫu. Khi hàm CuNZO-1.0-500 thể hiện có khuyết tật lỗ trống O.
lượng Cu biến tính lên đến 5.0%, sự xuất hiện của pha Một số công bố cho rằng 2 kiểu lỗ khuyết Zn và O đều
tạp CuO bên ngoài có xu hướng kéo các nguyên tử Cu góp phần làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ
1261
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 4: Phổ XPS của O 1s và Zn 2p của các mẫu ZnO, CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-500
Hình 5: Đồ thị Ln(C0/Ct ) theo t của ZnO và các mẫu biến tính (a) trong vùng UV; (b) trong vùng VIS.
trống quang sinh, từ đó tăng cường hoạt tính quang hạt mang điện24. Tuy nhiên ảnh hưởng này lên hoạt
.
tính quang xúc tác (nếu có) theo chúng tôi sẽ không
màu sắc khác với màu trắng của ZnO tinh chất, và CuNZO-5.0-500, có hàm lượng CuO cao nhất nhưng
độ đậm màu tang khi hàm lượng Cu biến tính tăng. bề mặt ZnO ít biến đổi nhất, có hoạt tính quang xúc
Điều này cho thấy có khả năng luôn có một lượng rất tác thấp nhất trong các mẫu khảo sát.
nhỏ CuO trên bề mặt vật liệu, lớp phủ này liên kết
KẾT LUẬN
với ZnO bên trong tạo thành kiểu liên kết p-n junc-
tion mà theo một số công bố việc hình thành liên kết Quá trình sốc nhiệt ZnO với hàm lượng Cu(NO3)2
kiểu này cũng làm tăng cường hiệu suất phân tách các khác nhau từ 0,3 đến 5,0% mol không làm thay đổi cấu
1262
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 6: Giá trị hằng số tốc độ biểu kiến k giờ−1 của ZnO và các mẫu biến tính
Hình 7: Màu sắc của các mẫu xúc tác
trúc tinh thể và hình thái của vật liệu mà chỉ tác động Vis: Visible
đến tính chất bề mặt của các mẫu và làm xuất hiện
các lỗ khuyết Zn hay O trên bề mặt. Mẫu CuNZO-
0.5-500 có hoạt tính quang xúc tác tốt nhất trong cả
vùng UV và VIS với hằng số tốc độ phản ứng lần lượt
là kUV = 6,901 giờ−1, kVIS = 0,224 giờ−1. Khi hàm
lượng Cu(NO3)2 đạt 5,0% mol, có sự hình thành pha
CuO cùng với bề mặt ZnO ít biến đổi, hoạt tính quang
xúc tác giảm. Các kết quả này góp phần khẳng định
một lần nữa là các khuyết tất trên bề mặt (lỗ trống Zn,
O hoặc các nguyên tử Zn nằm ở vị trí không cân bằng)
đã góp phần tăng cường khả năng phân tách electron
và lỗ trống quang sinh từ đó cải thiện hoạt tính quang
xúc tác của các mẫu.
XRD: X-ray Diffraction
TEM: Transmission electron mecriscopy
FTIR: Fourier transform infrared
MB: Methylene Blue
XPS: X-ray photoelectron spectroscopy
XUNG ĐỘT LỢI ÍCH
Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về
lợi ích.
ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ
Nguyễn ế Luân: ực hiện thực nghiệm, thu thập
xử lý kết quả, chuẩn bị bản thảo.
Lê Tiến Khoa: Xử lý kết quả phổ XPS, đóng góp
chuyên môn, chỉnh sửa bản thảo.
Hoàng Châu Ngọc: Hỗ trợ thực nghiệm.
Nguyễn Hữu Khánh Hưng: Đóng góp chuyên môn,
giải thích các kết quả thực nghiệm.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Vietnam National
Foundation for Science and Technology Development
(NAFOSTED) với mã số: 104.03-2016.43.
Huỳnh ị Kiều Xuân: Định hướng nghiên cứu, đóng
góp chuyên môn và chỉnh sửa bản thảo cuối cùng.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
UV: Ultraviolet
1263
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
TÀI LIỆU THAM KHẢO
12. Nguyen TL, Le TK, Lund T, Nguyen HKH, Huynh TKX, Im-
pact of copper-containing precursors on the photocatalytic
activity of Cu-modified ZnO nanoparticles, Int. J. Nanotech-
13. Shamsipur M, Roushani M, Pourmortazavi SM, Electrochem-
ical synthesis and characterization of zinc oxalate nanoparti-
cles, Mater. Res. Bull. 2013;48:1275-1280;Available from: https:
14. Hui-lian L, Jing-hai Y, Yong-jun Z, Ya-xin W, Mao-bin W, Struc-
tures and Properties of Zn1−xCuxO Nanoparticles by Sol-gel
Method, Chem. Res. Chin. Univ. 2009;25(4):430-432;.
15. Chandekar KV, Shkir M, Al-Shehri BM, AlFaify S, Halor RG,
1. Coronado JM, Fresno F, Hernández-Alonso MD, Portela R. De-
signofAdvancedPhotocatalyticMaterialsforEngergyandEn-
vironmental Applications. Green Energy Technol. 2013;Avail-
2. Shannon RD, Revised Effective Ionic Radii and System-
atic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chale-
ogenides, Acta Cryst. 1976;A32:751–761. Available from:
3. Zhang Z, Yi JB, Ding J, Wong LM, Seng HL, Wang SJ, Tao JG,
Li GP, Xing GZ, Sum TC, Huan CHA, Wu T, Cu-Doped ZnO
Nanoneedles and Nanonails: Morphological Evolution and
Physical Properties, J. Phys. Chem. C. 2008;112:9579–9585.
4. Tao YM, Ma SY, Chen HX, Meng JX, Hou LL, Jia YF, Shang XR, Ef-
fect of the oxygen partial pressure on the microstructure and
optical properties of ZnO:Cu films, Vacuum. 2011;85(7):744–
748. Available from: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2010.11.
009.
5. Lu Y, Lin Y, Xie T, Shi S, Fan H, Wang D, Enhancement of visible-
light-driven photoresponse of Mn/ZnO system: photogener-
ated charge transfer properties and photocatalytic activity,
6. Suwarnkar MB, Dhabbe RS, Kadam AN, Garadkar KM. En-
hanced photocatalytic activity of Ag doped TiO2 nanopar-
ticles synthesized by a microwave assisted method, Ceram.
7. Le TK, Flahaut D, Martinez H, Pigot T, Nguyen HKH, Huynh TKX.
Surface fluorination of single-phase TiO2 by thermal shock
method for enhanced UV and visible light induced photocat-
alytic activity, Appl. Catal. B Environ. 2014;144:1-11;Available
8. Le TK, Nguyen TMT, Nguyen HTP, Nguyen TKL, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Enhanced photocatalytic activity of ZnO
nanoparticles by surface modification with KF using thermal
shock method, Arab. J. Chem. 2020;13(1):1032-1039;Available
Khan A, Al-Namshah S, Hamdy MS, Visible light sensitive Cu
dopedZnO:Facilesynthesis, characterizationandhighphoto-
catalytic response, Mater Charact. 2020;165:110387;Available
16. Wagner CD, Riggs WM, Davis LE, Moulder JF, Muilenberg
GE, Handbook of X-ray photoelectron Specstrocopy, Surf. In-
terface Anal. 1982;3(4):190;Available from: https://doi.org/10.
17. Uddin MT, Nicolas Y, Olivier C, Toupance T, Servant L,
Muller MM, Kleebe HJ, Ziegler J, Jaegermann W, Nanostruc-
tured SnO2−ZnO Heterojunction Photocatalysts Showing En-
hanced Photocatalytic Activity for the Degradation of Organic
18. Zheng JH, Song JL, Li XJ, Jiang Q, Lian JS, Experimen-
tal and first-principle investigation of Cu-doped ZnO fer-
romagnetic powders, Cryst. Res. Technol. 2011;46(11):1143-
19. Dupin JC, Gonbeau D, Vinatier P, Levasseur A, Systematic XPS
studies of metal oxides, hydroxides and peroxides, Phys Chem
20. Lazcano P, Batzill M, Diebold U, Haberle P, Oxygen adsorp-
tion on Cu/ZnO (0001)-Zn, Phys. Rev. B Condens. Matter,
9. Nguyen HTP, TMT Nguyen, Hoang CN, Le TK, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Characterization and photocatalytic activity
of new photocatalysts based on Ag, F-modified ZnO nanopar-
ticles prepared by thermal shock method, Arab. J. Chem.
2020;13(1):1837-1847;Available from: https://doi.org/10.1016/
10. Le TK, Flahaut D, Foix D, Blanc S, Nguyen HKH, Huynh
TKX, Martinez H, Study of surface fluorination of photocat-
alytic TiO2 by thermal shock method, J. Solid State Chem.
11. Le TK, Nguyen TL, Hoang CN, Nguyen DKA, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Formation of surface defects by ther-
mal shock method for the improved photocatalytic activ-
ity of ZnO nanoparticles, J. Asian Ceram. Soc. 2020;8(1):193-
21. Kumar KV, Porkodi K, Rocha F, Langmuir - Hinshelwood ki-
netics - A theoretical study, Catal.Commun. 2008;9(1):82-
019.
22. Hermann JM, Heterogeneous photocatalysis: Fundamentals
and applications to the removal of various types of aqueous
pollutants, Catal. Today, 1999;53(1):115-129;Available from:
23. Pan L, Wang S, Mi W, Song J, Zou JJ, Wang Li, Zhang X, Un-
doped ZnO abundant with metal vacancies, Nano Energy.
2014;9:71-79;Available from: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.
24. Sapkota BB, Mishra SR, Preparation and Photocatalytic Activ-
ity Study of p-CuO/n-ZnO composites, Mater. Res. Soc. Symp.
Proc. 2012;1443:19-26;Available from: https://doi.org/10.1557/
1264
Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 5(3):1256-1265
Research Article
Open Access Full Text Article
Influence of Cu(NO3)2 content used in thermal shock method on
the photocatalytic activity of Cu-Modified ZnO nanoparticles
Nguyen The Luan, Le Tien Khoa, Hoang Chau Ngoc, Nguyen Huu Khanh Hưng, Huynh Thi Kieu Xuan*
ABSTRACT
The Cu doped ZnO photocatalysts were prepared on ZnO substrate modified with copper nitrate
by thermal shock method with different ratio % molar Cu : Zn = 0.3, 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 in order
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
to study the impacts of copper content on the photocatalytic activity of ZnO under both UV and
Vis light irradiation. The crystal structure, morphology bulk and surface were investigated by X-ray
diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), fourier transform infrared spectroscopy
(FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Their photocatalytic activities were studied via
time-dependent degradation of methylene blue in aqueous solution. The results exhibit that crys-
tal structure and morphology of Cu doped ZnO photocatalysts is not modified significally than
ZnO original but surface charateristicschanged greatly. The photocatalyst was doped with copper
content under 2% showed formation of Cu species. These samples perform photocatalytic activity
higher than ZnO. The CuNZO-0.05-500 had the highest rate constants for methylene blue degra-
dation (kUV = 6,901 h−1, kVIS = 0,224 h−1), which are about 2.2 times and 1.3 times higher than
unmodified ZnO under UV light and Vis light, respectively. However, the CuNZO-5.0-500 which
had the formation of CuO phase and unchangeable ZnO's surface has photocatalytic activity simi-
lar to pure ZnO.
Key words: Cu doped ZnO, photocatalysis, thermal shock, X-ray photoelectron spectroscopy,
surface modification, copper nitrate, defects
University of Science, VNU-HCM,
Vietnam
Correspondence
Huynh Thi Kieu Xuan, University of
Science, VNU-HCM, Vietnam
Email: htkxuan@hcmus.edu.vn
History
• Received: 17-3-2021
• Accepted: 29-4-2021
• Published: 09-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.1042
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Cite this article : Luan N T, Khoa L T, Ngoc H C, Hưng N H K, Xuan H T K. Influence of Cu(NO3)2 content
used in thermal shock method on the photocatalytic activity of Cu-Modified ZnO nanoparticles.
Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(3):1256-1265.
1265
10 trang
16/04/2022
1140
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của hàm lượng tiền chất Cu(NO₃)₂ lên hoạt tính quang xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp sốc nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_ham_luong_tien_chat_cuno_len_hoat_tinh_quang_x.pdf
