Luận án Nghiên cứu chế tạo, tính chất quang xúc tác và ưa nước của màng tổ hợp TiO2/SiO2 và TiO2/PEG bằng phương pháp sol-gel

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT XÚC TÁC QUANG VÀ ƯA NƯỚC CỦA MÀNG TỔ HỢP TIO2/SIO2 VÀ TIO2/PEG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

Ngành:

Vật lý chất rắn

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu TiO2, một vật liệu bán dẫn nổi bật với tính chất quang xúc tác và khả năng ưa nước khi được kích thích bằng ánh sáng, có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu tự làm sạch. Nghiên cứu này xuất phát từ thực tế các công trình về tính ưa nước và năng lượng bề mặt của vật liệu, đặc biệt dưới tác động của ánh sáng, còn hạn chế tại Việt Nam.

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu công nghệ chế tạo, các tính chất cấu trúc cũng như tính chất quang xúc tác của vật liệu TiO2 và TiO2 biến thể cấu trúc nano. Trên cơ sở đó, luận án đi sâu nghiên cứu định lượng tính chất ưa nước và năng lượng bề mặt của các hệ vật liệu này dưới tác động kích thích của bức xạ UV, từ đó làm rõ mối liên hệ giữa tính chất xúc tác quang, tự làm sạch và tính ưa nước của hệ vật liệu TiO2 cấu trúc nano. Đối tượng nghiên cứu chính là hai hệ cấu trúc nano phức hợp TiO2/SiO2 và hệ nano xốp TiO2/PEG dựa trên TiO2 thù hình anatase.

Nội dung nghiên cứu bao gồm việc chế tạo thành công các hệ vật liệu này bằng phương pháp sol-gel và quay phủ li tâm, đồng thời kiểm soát được cấu trúc nano của màng mỏng TiO2. Luận án đã ức chế được quá trình chuyển pha từ anatase sang rutile (pha có hoạt tính quang xúc tác thấp) ở nhiệt độ cao. Một đóng góp quan trọng là việc xây dựng phương pháp luận mới để tính toán định lượng năng lượng bề mặt pha rắn dựa trên lý thuyết vi mô của vật lý chất rắn, sử dụng dữ liệu thực nghiệm đo góc tiếp xúc pha lỏng-rắn. Các kết quả thực nghiệm định lượng năng lượng bề mặt của màng quang xúc tác TiO2 cấu trúc nano dưới tác động của bức xạ UV đã chứng minh rằng ánh sáng kích thích có thể làm thay đổi năng lượng bề mặt của vật liệu quang xúc tác. Luận án cũng chỉ ra mối tương quan giữa cơ chế quang xúc tác và cơ chế siêu ưa nước của hệ vật liệu TiO2 cấu trúc nano, cung cấp dữ liệu định lượng củng cố giả thuyết về nguồn gốc hiệu ứng siêu ưa nước.

Mục lục chi tiết:

• A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

• B. NỘI DUNG LUẬN ÁN

  • Chương 1. TỔNG QUAN VẬT LIỆU TITAN ĐIOXIT (TIO2) CẤU TRÚC NANO.

    • 1.1. Vật liệu nano TiO2.
      • 1.1.1. Giới thiệu chung về vật liệu nano TiO2.
      • Các dạng thù hình của TiO2.
    • 1.1.2. Tính chất quang xúc tác của vật liệu nano TiO2.
      • Cơ chế quang xúc tác của vật liệu nano TiO2.
      • Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất quang xúc tác.
    • 1.1.3. Các hệ vật liệu nano TiO2 biến tính.
      • Hệ vật liệu nano phức hợp TiO2/SiO2.
      • Hệ vật liệu nano xốp TiO2/PEG.
    • 1.2. Hiệu ứng ưa nước của vật liệu nano TiO2.
      • 1.2.1. Cơ chế ưa nước khi kích thích ánh sáng đối với vật liệu nano TiO2

  • Chương 2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

    • 2.1. Công nghệ chế tạo.
    • 2.2. Một số phương pháp nghiên cứu tính chất quang xúc tác cho vật liệu nano TiO2.
    • 2.3. Kỹ thuật đánh giá tính ưa nước.

  • Chương 3. NĂNG LƯỢNG TỰ DO BỀ MẶT CHẤT RẮN VÀ GÓC TIẾP XÚC PHA RẮN – LỎNG. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT CHO VẬT LIỆU TIO2.

    • 3.1. Năng lượng tự do bề mặt chất rắn và mối quan hệ với góc tiếp xúc giọt chất lỏng trên bề mặt chất rắn.
      • Năng lượng tự do bề mặt và sức căng bề mặt chất rắn.
      • Sức căng bề mặt của chất lỏng.
      • Mối liên hệ giữa góc tiếp xúc pha rắn - lỏng và năng lượng bề mặt.
    • 3.2. Phương pháp luận tính toán năng lượng bề mặt TiO2 quang xúc tác của luận án.

  • Chương 4. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU TIO2/SIO2 VÀ TIO2/PEG

    • 4.1. Hệ vật liệu nano phức hợp TiO2/SiO2.
      • 4.1.1. Kết quả chế tạo vật liệu TiO2/SiO2.
      • 4.1.2. Cấu trúc pha tinh thể của vật liệu TiO2/SiO2.
      • 4.1.3. Cấu trúc hình thái bề mặt màng TiO2/SiO2.
      • 4.1.4. Kết quả nghiên cứu tính chất quang xúc tác dựa trên kết quả phân hủy methylene blue (MB)
    • 4.2. Hệ vật liệu nano xốp TiO2/PEG.
      • 4.2.1. Kết quả chế tạo vật liệu
      • 4.2.2. Cấu trúc pha tinh thể của vật liệu TiO2/PEG
      • 4.2.3. Cấu trúc hình thái bề mặt màng TiO2/PEG
      • 4.2.4. Kết quả nghiên cứu tính chất quang xúc tác hệ vật liệu nano xốp TiO2/PEG.

  • Chương 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ƯA NƯỚC VÀ NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT CỦA HAI HỆ VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC TIO2/SIO2, TIO2/PEG

    • 5.1. Tính ưa nước và năng lượng bề mặt của hệ vật liệu nano phức hợp TiO2/SiO2.
      • 5.1.1. Tính chất ưa nước của hệ vật liệu nano phức hợp TiO2/SiO2.
      • 5.1.2. Năng lượng bề mặt màng TiO2/SiO2.
    • 5.2. Hệ vật liệu nano xốp TiO2/PEG.
      • 5.2.1. Kết quả nghiên cứu tính chất ưa nước hệ vật liệu nano xốp TiO2/PEG.
      • 5.2.2. Năng lượng bề mặt màng TiO2/PEG.

  • KẾT LUẬN CHUNG

  • CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN