Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng xúc tác MoS2/rGO biến tính với Mn và ứng dụng cho quá trình quang phân hủy rhodamine B trong vùng ánh sáng khả kiến

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Trang

MỞ ĐẦU 1

Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5

1.1. Quá trình quang xúc tác 5

1.1.1. Khái niệm quang xúc tác 5

1.1.2. Cơ chế quang xúc tác 5

1.2. Vật liệu molypden disunfua (MoS2) 8

1.2.1. Cấu trúc của MoS28

1.2.2. Ứng dụng của MoS29

1.2.3. Các phương pháp tổng hợp MoS29

1.3. Vật liệu graphen 10

1.3.1. Cấu trúc của graphen 10

1.3.2. Tính chất của graphen 11

1.3.3. Các phương pháp tổng hợp graphen 12

1.3.3.1. Phương pháp tách lớp cơ học 12

1.3.3.2. Phương pháp lắng đọng pha hơi (CVD) 13

1.3.3.3. Phương pháp phân hủy nhiệt SiC và các chất nền khác 14

1.3.3.4. Phương pháp điện hóa 14

1.3.3.5. Phương pháp tách lớp trong pha lỏng 16

1.3.3.6. Phương pháp oxi hóa khử từ graphit 17

1.4. Vật liệu graphen oxit (GO) 18

1.4.1. Cấu trúc của GO 18

1.4.2. Tính chất của GO 19

1.4.3. Các phương pháp tổng hợp GO 19

1.5. Vật liệu graphen oxit dạng khử rGO 22

1.5.1. Cấu trúc vật liệu rGO 22

1.5.2. Các phương pháp tổng hợp rGO 23

1.5.2.1. Phương pháp khử nhiệt 23

1.5.2.2. Phương pháp khử hóa học 24

1.6. Các phương pháp chế tạo vật liệu compozit MoS2/rGO 26

1.6.1. Phương pháp vi sóng 27

1.6.2. Phương pháp nhiệt phân 27

1.6.3. Phương pháp thủy nhiệt 28

1.7. Biến tính MoS2/rGO bằng kim loại chuyển tiếp 31

1.7.1. Bản chất quá trình biến tính 31

1.7.2. Các kim loại sử dụng cho quá trình biến tính 31

1.7.3. Cấu trúc vật liệu MoS2 biến tính bởi kim loại chuyển tiếp 32

1.7.4. Cơ chế xúc tác quang trên vật liệu biến tính 33

1.8. Ứng dụng làm xúc tác quang trong xử lý chất màu của MoS235

1.9. Tiểu kết 36

Chương 2. THỰC NGHIỆM 38

2.1. Hóa chất 38

2.2. Tổng hợp vật liệu 38

2.2.1. Tổng hợp vật liệu GO 38

2.2.2. Tổng hợp vật liệu rGO 39

2.2.3. Tổng hợp vật liệu MoS239

2.2.4. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS240

2.2.5. Tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO 41

2.2.6. Tổng hợp vật liệu biến tính Mn-MoS2/rGO 41

2.3. Các phương pháp đặc trưng vật liệu 42

2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 42

2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 43

2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 44

2.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM) 45

2.3.5. Phương pháp phổ năng lượng tia X (EDX hay EDS) 46

2.3.6. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) 47

2.3.7. Phương pháp phổ điện tử quang tia X (XPS) 48

2.3.8. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis 48

2.3.9. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại - khả kiến (UV-Vis

- DRS) 50

2.3.10. Phương pháp phổ Raman 50

2.3.11. Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) 51

2.3.12. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) 52

2.3.13. Phương pháp ICP-OES 53

2.4. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 53

2.4.1. Xác định điểm đẳng điện của vật liệu 53

2.4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ RhB của vật liệu 54

2.4.3. Đánh giá khả năng hoạt tính quang xúc tác của vật liệu 54

2.4.4. Động học phản ứng quang xúc tác của vật liệu 55

2.4.5. Xác định sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy RhB 56

2.4.6. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu 56

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57

3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu GO, rGO 57

3.1.1. Sự hình thành vật liệu GO 57

3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành rGO 58

3.1.3. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu GO và rGO đã tổng hợp 60

3.1.4. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu rGO 65

3.2. Kết quả tổng hợp vật liệu MoS266

3.2.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu MoS266

3.2.2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS270

3.3. Kết quả tổng hợp vật liệu compozit MoS2/rGO 71

3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc và hoạt tính xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO 71

3.3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến đặc trưng cấu trúc của vật liệu MoS2/rGO 71

3.3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu MoS2/rGO 80

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO 82

3.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến cấu trúc của vật liệu compozit MoS2/rGO 82

3.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy nhiệt đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu compozit MoS2/rGO 87

3.4. Kết quả tổng hợp vật liệu Mn-MoS2/rGO 89

3.4.1. Đặc trưng cấu trúc vật liệu Mn-MoS2/rGO 89

3.4.2. Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu Mn-MoS2/rGO 100

3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác trên các vật liệu MoS2/rGO và 3%Mn-MoS2/rGO 103

3.5.1. Ảnh hưởng của cường độ nguồn sáng 103

3.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ RhB ban đầu 105

3.5.3. Ảnh hưởng pH của dung dịch 106

3.5.4. Ảnh hưởng của các chất dập tắt gốc tự do 110

3.6. So sánh đặc trưng cấu trúc và hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu 113

3.6.1. Đặc trưng cấu trúc của các tổ hợp vật liệu 114

3.6.2. Hoạt tính quang xúc tác của các tổ hợp vật liệu 118

3.7. Khả năng quang xúc tác của Mn-MoS2/rGO dưới các nguồn sáng khác nhau 120

3.8. Độ bền hoạt tính xúc tác vật liệu Mn-MoS2/rGO 121

KẾT LUẬN 123

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu và từ viết tắt

Chú thích tiếng Anh	Chú thích tiếng Việt
ASMT	Sunlight	Ánh sáng mặt trời
BET	Brunauer-Emmett-Teller	Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2 ở 77K
EDX	Energy-dispersive X-ray	Tán xạ năng lượng tia X
Eg	Band gap energy	Năng lượng vùng cấm
EIS	Electrochemical impedance spectroscopy	Quang phổ trở kháng điện hóa
EPR	Electron paramagnetic resonance	Cộng hưởng thuận từ điện tử
FFT	Fast Fourier Transforms	Biến đổi Fourier nhanh
ICP-OES	Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy	Quang phổ phát xạ quang plasma
GO	Graphene oxide	Graphen oxit
HPLC-MS	High-performance liquid chromatography–Mass Spectrometry	Sắc ký lỏng áp suất cao –phổ khối
IR	Infrared	Hồng ngoại
PZC	The point of zero charge	Điểm điện tích không
rGO	Reduced graphene oxide	Graphen oxit dạng khử
RhB	Rhodamine B	Rhodamin B
SEM	Scanning Electron Microscopy	Hiển vi điện tử quét
SAED	Selected Area Electron Diffraction	Nhiễu xạ điện tử vùng lựa chọn
TEM	Transmission Electron Microscopy	Hiển vi điện tử truyền qua
UV-Vis	Ultraviolet – Visible	Tử ngoại - khả kiến
UV-Vis- DRS	Ultraviolet – Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy	Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến
XPS	X-ray photoelectron Spectroscopy	Phổ quang điện tử tia X
XRD	X – ray Diffraction	Nhiễu xạ tia X