TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

1 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN 

BÁO CÁO TỔNG KẾT 

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 

TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3 N 4 THEO HƯỚNG 

TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG 

VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN 

Mã số đề tài: S2015.222.06 

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự Nhiên 

BÌNH ĐỊNH, 04/2016

1 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN 

BÁO CÁO TỔNG KẾT 

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 

TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3 N 4 THEO HƯỚNG 

TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG 

VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN 

Mã số đề tài: S2015.222.06 

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự nhiên 

Sinh viên thực hiện : Trần Mỹ Nghệ Giới tính: Nam. 

Dân tộc : Kinh 

Lớp, khoa : Sư Phạm Hóa K36, Khoa Hóa Học, Năm thứ: 3/4 

Ngành học : Sư Phạm Hóa. 

Người hướng dẫn: PGS.TS. Võ Viễn. 

BÌNH ĐỊNH, 04/2016

www.twitter.com/daykemquynhon 

www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 

www.facebook.com/daykem.quynhon 

www.daykemquynhon.blogspot.com 

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 

www.daykemquynhon.ucoz.com 

Produced by Nguyen Thanh Tu 

1. Thông tin chung: 

- Tên đề tài: TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3 N 4 THEO HƯỚNG TĂNG 

HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN 

- Mã số: S2015.222.06 

- Sinh viên thực hiện: 

STT Tên sinh viên Lớp Khóa Khoa 

1 Trần Mỹ Nghệ Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học 

2 Triệu Hoàng Lan Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học 

3 Lương Thị Huệ Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học 

4 Hà Thị Thanh Hồng Sư Phạm Hóa 36 Hóa Học 

5 Nguyễn Nhật Phúc CNKT Hóa Học 37 Hóa Học 

- Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Võ Viễn 

2. Mục tiêu đề tài: 

Điều chế vật liệu g-C 3 N 4 từ nhiều nguyên liệu khác nhau và được biến tính bởi 

pha tạp B, S nhằm tăng tính chất xúc tác quang trong vùng ánh sáng khả kiến. 

3. Tính mới và sáng tạo: 

- Là công trình đầu tiên tổng hợp vật liệu g-C 3 N 4 từ nhiều tiền chất khác nhau. 

- Là công trình đầu tiên tiến hành pha tạp cùng lúc 2 nguyên tố phi kim là B và 

S vào vật liệu có cấu trúc g-C 3 N 4 . 

- Pha tạp với những nhiệt độ khác nhau và sau đó khảo sát cơ chế của phản 

ứng bằng việc sử dụng các quencher (chất bắt). 

- Các vật liệu thu được có hoạt tính xúc tác quang hóa tốt. Đây là phản ứng sử 

dụng nguồn năng lượng dồi dào là ánh sáng mặt trời. Chất xúc tác được điều chế từ 

các tiền chất và vật liệu có giá thành thấp. 

4. Kết quả nghiên cứu: 

- Tổng hợp được 12 mẫu vật liệu pha tạp B, S từ các tiền chất khác nhau: Urea 

(C), Melamine (M), Thiourea (TU). Được chia thành 3 nhóm: 

+ Nhóm vật liệu pha tạp B gồm 4 mẫu: CB-9/1-T; MB-9/1-T 

+ Nhóm vật liệu pha tạp S gồm 4 mẫu: MTU-9/1-T; CTU-9/1-T 

DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú 

www.facebook.com/daykemquynhonofficial 

www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial 

1







+ Nhóm vật liệu pha tạp đồng thời B và S gồm 4 mẫu: 

MTUB-9/-T; TUB-9/1-T 

- Mỗi nhóm vật liệu được tổng hợp ở 2 nhiệt độ khác nhau là T: 500 o C và 

550 o C với tỉ lệ 9/1. 

- Hoạt tính xúc tác đã được đánh giá và kết quả cho thấy mẫu tổng hợp ở nhiệt 

độ 500 o C, tỉ lệ thiourea/axit boric bằng 9/1 là TUB-9/1-500 có hoạt tính xúc tác 

quang tốt nhất. 

5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và 

khả năng áp dụng của đề tài: 

C 3 N 4 . 

- Kết quả đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về vật liệu g- 

- Có thể ứng dụng làm chất xúc tác quang có hiệu quả trong việc xử lý chất 

hữu cơ làm ô nhiễm nguồn nước. 

Ngày 07, tháng 04, năm 2016 

Sinh viên chịu trách nhiệm chính 

thực hiện đề tài 

(ký, họ và tên) 

Trần Mỹ Nghệ 

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực 

hiện đề tài : 

Đây là công trình được nhóm sinh viên đạt được lần đầu tiên. Nhóm sinh viên 

đã thu được các kết quả mới, đáng tin cậy. Vì thế, kết quả này là một tài liệu tham 

khảo tốt cho các sinh viên muốn nghiên vứu về vật liệu g-C 3 N 4 . 

Xác nhận của Khoa 


Ngày , tháng 04, năm 2016 

Người hướng dẫn 






1





THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN 

CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 



I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: 

Họ và tên : Trần Mỹ Nghệ 

Sinh ngày : 20 tháng 09 năm 1995 

Nơi sinh : Tây Sơn , Bình Định 

Lớp : Sư Phạm Hóa Khóa: 36 

Khoa : Hóa Học 

Địa chỉ liên hệ : 

01 Phan Đăng Lưu, TP Quy Nhơn 

Điện thoại : 0962 636 913 Email: mynghesph36@gmail.com 

II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP : 

* Năm thứ 1: 

Ngành học: Sư phạm Hóa 

Kết quả xếp loại học tập: Loại Khá 



Kết quả xếp loại học tập: Loại Khá 



Kết quả xếp loại học tập ( Học Kì I): Loại Khá 

Xác nhận của Khoa 


Khoa: Hóa Học 



Ngày 07 tháng 04 năm 2016 

Sinh viên chịu trách nhiệm chính 

thực hiện đề tài 


Ảnh 4x6 





1







LỜI CẢM ƠN 

Thay mặt cho các bạn trong nhóm nghiên cứu,em xin gửi lời cảm ơn chân thành 

tới Ban giám hiệu trường Đại Học Quy Nhơn, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa Học, các 

thầy cô trong khoa, trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để chúng em có 

thể hoàn thành đề tài nghiên cứu. 

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy PSG.TS. Võ 

Viễn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để đề tài của chúng 

em được hoàn thành. 

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở Trung tâm thí nghiệm 

thực hành đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong quá trình thực nghiệm. 

Cuối cùng,em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những người thân trong 

gia đình và các bạn bè đã động viên giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. 

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng những hạn chế về thời gian, kinh nghiệm cũng như 

kiến thức, trình độ nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được 

sự thông cảm và sự góp ý của quý thầy cô để đề tài có hướng tiến bộ vươn xa hơn. 

Em xin chân thành cảm ơn. 

Quy Nhơn, tháng 4 năm 2016 

Sinh viên 






1





MỞ ĐẦU 



1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 

Công nghệ nano phát triển cùng với sự ra đời của vật liệu mới và ứng dụng 

cao đã mang đến thành tựu trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là môi trường. 

Các vật liệu bán dẫn làm xúc tác quang đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực 

xử lý ô nhiễm môi trường và tạo nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái sinh từ việc 

tách nước tinh khiết thành H 2 và O 2 . Một số chất bán dẫn đã được sử dụng làm chất 

xúc tác quang cho hiệu quả như ZnO, TiO 2 , Zn 2 TiO 2 , CdS, WO 3 , các muối tungstate. 

Mặc dầu vậy, do có vùng cấm rộng nên chúng chỉ hấp thụ ánh sáng tử ngoại, vùng 

mà chỉ chiếm khoảng 5% tổng lượng photon ánh sáng mặt trời. Để sử dụng ánh sáng 

mặt trời hiệu quả hơn, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để các vật liệu có khả 

năng xúc tác trong vùng khả kiến và cải thiện hoạt tính xúc tác quang của chúng. 

2. Lý do chọn đề tài 

Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng của con người, các hoạt động sản xuất 

công nghiệp không ngừng phát triển. Tuy nhiên, mặt trái của việc sản xuất là ô nhiễm 

môi trường và vấn đề này hiện đang đặt ra rất bức thiết không những đối với nước ta 

mà còn đối với hầu hết các quốc gia trên thế giới. Để xử lý môi trường, có rất nhiều 

phương pháp khác nhau như vật lý, sinh học hay hóa học hoặc sự kết hợp giữa các 

phương pháp đó. Trong số các phương pháp nêu trên, hóa học có rất nhiều lợi thế, 

đặc biệt đối với chất nhiễm hữu cơ không thể dùng các phương pháp khác. Một trong 

những phương pháp đang hấp dẫn các nhà khoa học là xử lý các hợp chất trong nước 

sử dụng phản ứng phân hủy bởi xúc tác quang dưới điều kiện ánh sáng khả kiến, bởi 

chúng sử dụng được nguồn năng lượng có sẵn đó là ánh sáng mặt trời và tác nhân oxi 

hóa là oxy không khí. Vì thế điều quyết định ở đây là chất xúc tác. 

Thông thường người ta sử dụng chất bán dẫn để làm chất xúc tác quang, trong 

đó các oxit kim loại được quan tâm nhiều nhất. Tuy nhiên, các oxit kim loại thường 

chỉ hoạt động trong vùng ánh sáng tử ngoại. Vì thế nhiều nhà khoa học đã quan tâm 

đến việc biến tính các oxit này để có thể sử dụng trong vùng ánh sáng nhìn thấy. 

Thời gian gần đây, một loại vật liệu bán dẫn không kim loại, dạng polymer của 

cacbon nitrua có cấu trúc lớp như graphit (g-C 3 N 4 ). Vật liệu này ưu điểm là có năng 

lượng vùng cấm bé, khoảng 2,7 eV có thể hoạt động dưới điều kiện ánh sáng mặt trời, 

có thể tổng hợp lượng lớn, bền hóa. Tuy nhiên ở dạng nguyên chất, g-C 3 N 4 có nhược 

điểm là dể tái hợp electron và lỗ trống quang sinh, dẫn đến hiệu suất xúc tác kém. Do 

đó, muốn tăng cường hiệu quả xúc tác quang của vật liệu thì cần hạn chế sự tái kêt 

hợp trên. Có nhiều phương pháp để làm tăng hoạt tính xúc tác quang, nổi bật lên 

trong đó là phương pháp pha tạp (doping) g-C 3 N 4 với các nguyên tố phi kim khác 

như O, S, B, P, F...Đây là phương pháp hiệu quả và được ứng dụng nhiều, các vật liệu 




www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial







sau khi pha tạp có hoạt tính xúc tác vượt trội hơn khi không pha tạp. Tuy nhiên, số 

lượng các công trình công bố về việc pha tạp này còn hạn chế và chỉ dừng lại ở việc 

pha tạp một nguyên tố. 

Xuất phát từ thực tế và những cơ sở khoa học trên, chúng tôi chọn đề tài: 

“TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C 3 N 4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC 

TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN”. Trong đề tài này, chúng 

tôi khắc phục nhược điểm trên bằng cách phạ tạp vào chất nền g-C 3 N 4 cùng lúc 2 

nguyên tố không kim loại là B, S theo phương pháp trực tiếp nhằm tăng hoạt động 

trong vùng ánh sáng khả kiến và giảm hiện tượng tái kết hợp electron và lỗ trống 

quang sinh. 

3. Mục tiêu đề tài 

Điều chế vật liệu g-C 3 N 4 từ nhiều chất nền khác nhau và được biến tính bởi 

pha tạp B, S nhằm tăng tính chất xúc tác quang trong vùng ánh sáng khả kiến. 

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 

nghiệm. 

Đối tượng: Tổng hợp g-C 3 N 4 được pha tạp B, S. 

Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp và biến tính g-C 3 N 4 ở quy mô phòng thí 

5. Phương pháp nghiên cứu 

Để thực hiện đề tài chúng, chúng tôi sẽ thực hiện các phương pháp sau: 

- Tổng hợp trực tiếp vật liệu g-C 3 N 4 từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như 

ure, thioure, melamin với các điều kiện nhiệt độ khác nhau 500 0 C, 550 0 C. Sau đó pha 

tạp B (bởi Axit Boric), S (bởi ThioUrea) vào các vật liệu. 

- Đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như: 

+ Phương pháp nhiễu xạ tia X 

+ Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 

+ Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 

+ Phương pháp phổ hồng ngoại IR 

+ Phương pháp đo quang UV-vis trạng thái rắn 

+ Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X EDS 

- Đánh giá hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu tổng hợp được bằng phản ứng phân hủy xanh 

6. Nội dung nghiên cứu 

Trong đề tài này chúng tôi sẽ nghiên cứu các nội dung sau: 

- Tổng hợp vật liệu xúc tác g-C 3 N 4 pha tạp đồng thời B và S 

- Đặc trưng các vật liệu tổng hợp được 

- Khảo sát khả năng xúc quang của vật liệu biến tính trong phản ứng phân 

hủy xanh methylen dưới điều kiện ánh sáng khả kiến. 









Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 



1.1. GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC g-C 3 N 4 

Cacbon nitrua dạng graphit (g-C 3 N 4 ) đang trở nên ngày càng quan trọng do 

những dự đoán lý thuyết về tính chất khác thường của chúng và các ứng dụng đầy 

hứa hẹn khác nhau, từ xúc tác quang, chất xúc tác dị thể, đến các chất nền. Gần đây, 

một loạt các cấu trúc nano và vật liệu g-C 3 N 4 mao quản nano đã được phát triển cho 

một loạt các ứng dụng mới. 

Vật liệu g-C 3 N 4 là những ứng cử viên đầy hứa hẹn bổ sung những ứng dụng 

của cacbon trong các vật liệu. Ở điều kiện thường, g-C 3 N 4 được coi là dạng thù hình 

ổn định nhất, đã có một số lượng lớn các báo cáo tiếp cận sự tổng hợp và biến tính 

khác nhau về vật liệu này. 

g-C 3 N 4 bao gồm các khối xếp chồng lên nhau dọc theo trục c của những mặt 

graphit. Trong g-C 3 N 4 lục giác, Teter và Hemley [20] đã mô tả lần đầu tiên những 

mặt graphit này như cấu tạo lục giác của những vòng triazine (C 3 N 3 ) (Hình 1.1a). Sự 

liên kết giữa các vòng được gắn chặt bởi nitơ bổ sung mà được liên kết với ba vòng. 

Trong cấu trúc này, trong khi cacbon chỉ hiện diện kiểu lai hóa sp 2 , N thể hiện lai hóa 

sp 2 và sp 3 ở bên trong và giữa các vòng tương ứng [20]. 

Hình 1.1. Mặt phẳng Graphitic (a) hexagonal và (b) orthorhombic C 3 N 4 [20]. 

Trên cơ sở ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua của carbon nitride graphitic 

tổng hợp dưới áp suất cao, Alves và cộng sự đã đề xuất các liên kết (C 3 N 3 ) khác vào 

trong mặt phẳng (Hình 1.1b). Ở đây, các vòng (C 3 N 3 ) có thể được liên kết với nhau 

bằng hai cách khác nhau: (i) liên kết trực tiếp Nsp 2 - Nsp 3 giữa hai nguyên tử nitơ 

thuộc hai vòng lân cận và (ii) liên kết thông qua N lai hóa sp 2 mà không thuộc về các 

vòng [21]. 


Hơn nữa, nhiều cách xếp chồng đã được xem xét. Các kiểu xếp chồng 

ABCABC đã được đề xuất bởi Liu và Wentzcovitch và tương thích với nhóm không 

gian R3m. Teter và Hemley đã đề nghị kiểu xếp chồng AB, kiểu xếp phù hợp với 










nhóm không gian P6m2. Kiểu xếp chồng AA cũng đã được đề xuất. Khoảng cách mặt 

phẳng bên trong dự kiến sẽ thay đổi như 3,45 Å, 3.36 Å và 3.06 Å theo thứ tự các 

kiểu xếp AA, AB và ABC tương ứng [20]. 

Những hiểu biết gần đây về các cấu trúc của các hợp chất này được mô tả bởi 

Franklin vào đầu năm 1922. Ông thấy rằng các thành phần thực nghiệm của các dẫn 

xuất melon có nguồn gốc từ thiocyanate thủy ngân khác nhau theo phương pháp điều 

chế và lượng hydro thay đổi từ 1,1-2,0% khối lượng. Dựa trên những phát hiện này, 

người ta cho rằng có lẽ không phải chỉ một cấu trúc đơn nhất được ấn định cho melon 

vì nó có nhiều khả năng một hỗn hợp của polyme có kích thước và cấu trúc khác 

nhau [22]. 

g-C 3 N 4 có thể được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ xianamit, 

dicyandiamide hoặc melamine. Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, vật liệu khác nhau 

với mức độ ngưng tụ và tính chất khác nhau có thể thu được. Cấu trúc được hình 

thành đầu tiên là polyme C 3 N 4 (melon) với các nhóm amino vòng là một polyme có 

độ trật tự cao. Phản ứng tiếp tục dẫn đến những loại C 3 N 4 đặc khít hơn và ít khiếm 

khuyết, dựa trên các đơn vị tri-s-triazine (C 6 N 7 ) như các khối kiến trúc cơ bản. Kính 

hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao chứng tỏ đặc tính của những loại 

ngưng tụ có không gian hai chiều rộng hơn. 

Do sự tổng hợp kiểu trùng hợp từ một tiền chất lỏng, một loạt các cấu trúc 

nano của vật liệu như hạt nano hoặc bột mao quản có thể được hình thành. Những cấu 

trúc nano cũng cho phép tinh chỉnh các thuộc tính, khả năng cho đan xen, cũng như 

tiềm năng làm phong phú bề mặt vật liệu cho các phản ứng dị thể. Do tính chất bán 

dẫn đặc biệt của g-C 3 N 4 , chúng có thể cho thấy hoạt tính xúc tác tuyệt vời cho nhiều 

phản ứng khác nhau. Chẳng hạn như đối với sự kích hoạt của benzen, phản ứng 

ngưng tụ ba phân tử (trimerization) và cũng như kích hoạt của khí carbon dioxide. 

Kết quả tính toán hiện đại cũng đã giải thích cho các trường hợp bất thường này về 

chất xúc tác không kim loại dị thể này. g-C 3 N 4 cũng đóng vai trò như một chất xúc 

tác dị thể và có thể được biến tính bởi nano kim loại. 

Các phương pháp tổng hợp khác nhau g-C 3 N 4 bao gồm ngưng tụ các hợp chất 

ban đầu giàu cacbon và nitơ khác nhau. Kouvetakis và cộng sự đã phân hủy tiền chất 

là dẫn xuất melamine ở nhiệt độ 400-500 0 C để thu được một carbon nitride vô định 

hình với các thành phần cấu tạo chính xác và các đỉnh graphitic được xếp rõ ràng. 

Nhiều công trình nghiên cứu khác về phương pháp tổng hợp g- C 3 N 4 từ các chất giàu 

nitơ khác nhau cũng đã được công bố [22]. 

Komatsu đã công bố về một mô hình carbon nitride có độ trật tự cao, 

C 91 H 14 N 124 . Nhóm này cũng đã đưa ra những dạng kết tinh cao được gọi là melon 

''khối lượng phân tử cao''. Một bước tiến mới trong việc tiếp cận theo hướng hệ thống 











C 3 N 4 graphitic có độ xác định và trật tự tốt hơn được công bố bởi Schnick và cộng sự, 

người đã phân tách và giải thích được các cấu trúc tinh thể của chất trung gian 2,5,8- 

triamino-tri-s-triazine hoặc melem (C 6 N 10 H 6 ). Melem đã được tìm thấy là một chất 

trung gian nhưng tiếp tục duy trì nhiệt độ thì khá ổn định, trái ngược với các thí 

nghiệm của Komatsu đã công bố. Trong một bài báo gần đây, nhóm này đã làm sáng 

tỏ cấu trúc của polyme melon có độ xác định cao, do đó đã cung cấp thêm bằng 

chứng rằng dạng polyme này đã có thể cho thấy độ xếp chặt tinh thể cục bộ cao. 

Những chất được mô tả này được xem là mô hình gần như lý tưởng cho trường hợp 

cấu trúc melon polyme [22]. 

Triazine và tri-s-triazine đã được thảo luận như đơn vị kiến trúc để tạo nên 

dạng thù hình tiềm năng khác nhau của g-C 3 N 4 . Sự ổn định của g-C 3 N 4 do môi trường 

điện tử khác nhau của nguyên tử N và kích thước của các lỗ trống của nitride. 

Hình 1.2. Triazine (trái) và mô hình kết nối trên nền tảng tri-s-triazine (phải) của 

những dạng thù hình g-C 3 N 4 tiềm năng [22]. 

Sự tổng hợp và cấu trúc khối của các carbon nitride ngưng tụ khác nhau được 

thảo luận như sau: Phương pháp phân tích nhiệt (TGA, DSC) kết hợp với nhiễu xạ tia 

X được sử dụng để mô tả các giai đoạn trung gian theo sự ngưng tụ của phân tử chất 

ban đầu. Phản ứng là sự kết hợp và đa trùng ngưng khi mà chất ban đầu được ngưng 

tụ hình thành melamine. Giai đoạn thứ hai là sự ngưng tụ, ở đó amoniac được tách ra, 

do đó sản phẩm khác nhau khi thực hiện trong bình phản ứng mở hay đóng. Tăng 

nhiệt độ đến 350 0 C về cơ bản các sản phẩm trên nền tảng melamine được tìm thấy, 

trong khi tris-s-triazine hình thành qua sự sắp xếp lại melamine ở nhiệt độ khoảng 

390 0 C. Sự trùng ngưng các đơn vị này tạo các polyme, mạng lưới và có khả năng 

hoàn thành C 3 N 4 polyme xảy ra ở nhiệt độ khoảng 520 0 C. Vật liệu trở nên không bền 

ở nhiệt độ trên 600 0 C. Nung nóng đến 700 0 C kết quả dẫn đến biến mất phần tự do 

còn lại của vật liệu theo con đường sinh ra nitơ và những đoạn cianua (CN). Một trở 

ngại lớn trong tổng hợp đó là sự thăng hoa dễ dàng của melamine ở nhiệt độ cao. 











Điều này có thể hạn chế đến sự phát triển rộng lớn do melamine sinh ra ở thời gian 

ngắn và cùng tồn tại với các dạng khác, trong đó liên kết H hiển nhiên làm chậm sự 

melamine hóa. Vì thế, điều đó khuyến cáo việc sử dụng dicyandiamide như là chất 

nguồn và thúc đẩy sự chuyển qua giai đoạn melamine hóa nhanh chóng hơn để tăng 

hiệu quả khối lượng trong quá trình trùng hợp [22]. Trình tự này được thể hiện dưới 

dạng sơ đồ ở Hình 1.3 [23]. 

Hình 1.3. Con đường phản ứng hình thành g-C 3 N 4 từ dicyandiamide (c), (a) mạng 

lưới g-C 3 N 4 , (b) hình ảnh khối bột g-C 3 N 4 (màu vàng) [23]. 

Ở nhiệt độ 390 0 C các trung tâm cyameluric được hình thành qua sự sắp xếp 

lại các đơn vị melamine như công bố trước đây bởi Schnick và cộng sự về sự 

tổng hợp melem. Sản phẩm ngưng tụ này là chất trung gian ổn định và có thể tách 

ra một cách an toàn bằng cách dừng phản ứng ở nhiệt độ 400 0 C trong ống thủy 

tinh kín dưới áp suất riêng phần cao của NH 3 . Cân bằng chuyển sang dạng 

oligome hoặc polyme khi quá trình phản ứng xảy ra trong nồi hở ít NH 3 , có thể 

chứng minh bởi sự mất khối lượng hơn và tương ứng với tỉ lệ C:N cao hơn trong 

phép phân tích nguyên tố. Việc nung sản phẩm ngưng tụ trên 500 0 C dẫn đến loại bỏ 

thêm lượng đáng kể NH 3 và hình thành polyme C 3 N 4 ngưng tụ lớn hơn [22]. 

Gần đây, g-C 3 N 4 đã thu hút nhiều sự chú ý về ứng dụng xúc tác quang tách 

nước tinh khiết và phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm dưới ánh sáng khả kiến [24,25]. 

Vật liệu này có nhiều lợi thế như có vùng cấm khoảng 2,7 eV, khả năng sản xuất với 

quy mô lớn, không độc hại. Tuy nhiên, g-C 3 N 4 tinh khiết thể hiện tốc độ tái kết hợp 

cặp lỗ trống và điện tử quang sinh [4]. Để khắc phục nhược điểm này nhiều phương 

pháp đã được áp dụng để biến tính g-C 3 N 4 như điều chế g-C 3 N 4 dưới dạng cấu trúc 

mao quản [26] và sự kết hợp của g-C 3 N 4 với các vật liệu khác bằng cách pha tạp hoặc 









kĩ thuật ghép [27-40]. Những vật liệu thu được cho thấy sự cải thiện trong hiệu suất 

xúc tác quang. Vật liệu composit g-C 3 N 4 làm tăng hoạt tính xúc tác quang đã được 

công bố [3, 12, 13, 16, 36-40]. 



1.2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC NGUỒN VẬT LIỆU TỔNG HỢP g-C 3 N 4 

1.2.1. Melamine 

1.2.1.1. Giới thiệu 

Melamin là một bazơ hữu cơ ít tan trong nước có công thức hóa học là 

C 3 H 6 N 6 , danh pháp theo IUPAC là 1,3,5-triazine-2,4,6-triamine [41]. 

Hình 1.4. Phân tử melamine 

Về thuật ngữ, theo tiếng Đức từ Melamin xuất phát từ hai thuật ngữ hóa học 

kết hợp lại đó là Melam (là một sản phẩm dẫn xuất sau khi chưng cất amoni 

hiocyanat) và Amin. 

Melamin là trime của cyanamid. Giống như cyanamid, phân tử của chúng chứa 

66% nitơ theo khối lượng được chuyển hóa từ cyromazine trong cơ thể của động thực 

vật. Melamin kết hợp với axit cyanuric tạo thành melamin cyanurat. 

1.2.1.2. Tổng hợp 

Melamin được Liebig tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1834. Đầu tiên, canxi 

cyanamid được chuyển thành dicyandiamid sau đó đun nóng đến trên nhiệt độ nóng 

chảy để tạo thành melamin. Tuy nhiên, hiện nay các quy trình sản xuất melamin trong 

công nghiệp đều dùng urea theo phương trình phản ứng sau: 

6 (NH 2 ) 2 CO → C 3 H 6 N 6 + 6 NH 3 + 3 CO 2 

Phản ứng được diễn giải theo hai bước sau: 

Đầu tiên urê phân hủy tạo thành axit cyanic và ammoni. Đây là phản ứng thu nhiệt: 

6 (NH 2 ) 2 CO → 6 HCNO + 6 NH 3 

Sau đó axit cyanic polyme hóa tạo thành melamine và khí carbon dioxit: 

6 HCNO → C 3 H 6 N 6 + 3 CO 2 

Phản ứng sau là tỏa nhiệt nhưng xét toàn bộ quá trình là phản ứng thu nhiệt. 

1.2.1.3. Ứng dụng 

Melamin khi phản ứng với formaldehit tạo thành keo melamin. Melamin cũng 

được sử dụng trong ngành công nghiệp phân bón. Khi trộn lẫn với một số nhựa, 

chúng tạo thành hỗn hợp có khả năng chống cháy do khi cháy chúng giải phóng ra 

một lượng khí nitơ. Melamine và muối của nó được sử dụng như chất phụ gia chống 

cháy trong các loại sơn, nhựa và giấy. 











Melamine chỉ được phép dùng trong sản xuất công nghiệp (đồ chơi, đồ nội 

thất, gia dụng…) với nhiều đặc tính ưu việt như tính kết dính cao, kháng nhiệt tốt, 

không bị ăn mòn, không mùi vị. Ngoài ra, melamine còn được dùng để sản xuất phân 

bón. 

1.2.2. Urea 

1.2.2.1. Cấu trúc hóa học và đặc tính của urea 

Urea có công thức phân tử là CON 2 H 4 hoặc (NH 2 ) 2 CO. 

Hình 1.5. Phân tử urea 

Tên theo danh pháp hóa học là Diaminomethanal. Ngoài ra, urea còn được biết 

với tên gọi là carbamide, carbonyl diamide. Urea có màu trắng, dễ hòa tan trong nước 

và ở trạng thái tinh khiết nhất. Urea không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urea có độ 

tinh khiết cao đều có mùi khai [42]. 

Urea có tính hút ẩm và kết tản. Nó là chất dễ hút ẩm từ môi trường xung quanh tại 

một nhiệt độ nhất định ứng với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường lớn 

hơn áp suất hơi nước trên bề mặt urea. Urea sẽ hút ẩm khi độ ẩm môi trường xung 

quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10-40 0 C. Độ ẩm cao cũng là nguyên nhân gây kết tản ở 

urea. 

Khi hòa tan trong nước, urea thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amon cuối 

cùng phân hủy thành amoniac và dioxit cacbon. Phản ứng này là cơ sở để sử dụng 

urea làm phân bón. 

Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, urea phân hủy thành 

amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret. 

Urea phản ứng với bạc nitrat AgNO 3 với sự có mặt của natri hydroxid NaOH 

sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt. Natri hydroxid xúc tiến làm thay đổi 

urea sang dạng imit (6). 











(5) (6) 

Sau đó, phản ứng với nitrat bạc. Các tác nhân oxi hóa với sự có mặt của natri 

hydroxit sẽ chuyển hóa urea thành nitơ và dioxit cacbon. Chất sau tức là CO 2 phản 

ứng với natri hydroxit để tạo thành natri cacbonat. 

NH 2 CONH 2 + 2NaOH + 3NaOBr N 2 + 3NaBr + Na 2 CO 3 + 3H 2 O 

Urea phản ứng với các loại rượu sinh ra các chất este axit cacbamic thường 

được gọi là ureathan. 

1.2.2.2. Lịch sử phát triển 

Urea được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 và được 

Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 và 

potassium cyanate KOCN vào năm 1828. Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợp 

chất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vấn đề quan trọng của 

một học thuyết sức sống. 

Năm 1870, urea được sản xuất bằng cách đốt nóng cacbamat amoni trong một 

ống bịt kín. Điều này là nền tảng cho sản xuất urea công nghiệp sau này. 

Cho tới những năm đầu thế kỷ 20 thì urea mới được sản xuất trên quy mô công 

nghiệp nhưng ở mức sản lượng rất nhỏ. Sau đại chiến thế giới thứ II, nhiều nước và 

hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urea. Những hãng đứng đầu 

về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urea trên thế giới như: Stamicarbon (Hà 

Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản). Các hãng này đưa ra công nghệ sản 

xuất urea tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho sản xuất một tấn urea thấp. 

1.2.2.3. Ứng dụng 

• Trong công nghiệp. 

- Urea được dùng làm phân bón, kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển mạnh, 

thích hợp với ruộng nước, rau xanh, lúa, … urea cứng có chứa 0,8 đến 2,0% trọng 

lượng biuret ban đầu được bón trực tiếp cho đất dưới dạng nitơ. 

- Là chất bổ sung vào cho thức ăn động vật, cung cấp một lượng đạm cố định tương 

đối rẻ tiền giúp cho sự tăng trưởng. 











- Urea dùng để sản xuất lisin, một amino axit được dùng thông dụng trong ngành 

chăn nuôi gia cầm. 

- Các loại nhựa urea được polyme hóa từng phần để dùng cho ngành công nghiệp dệt 

có tác dụng phân bố đều các thành phần ép của các chất sợi. 

- Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa ure-fomandehyt. Urea (cùng với 

amoniac) phân hủy ở nhiệt độ và áp suất cao để sản xuất các loại nhựa melamine. 

- Là thành phần của một số dầu dượng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm. 

• Trong phòng thí nghiệm 

Urea là một chất biến tính protein mạnh. Thuộc tính này có thể khai thác để làm 

tăng độ hòa tan của một số protein. 

• Sử dụng trong y học. 

Urea được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái 

hydrat hóa của da. Ngoài ra còn có thể sử dụng trong chuẩn đoán y học. 

1.2.3. Thiourea 

1.2.3.1. Giới thiệu 

Thiourea là một hợp chất organosulfur, tinh thể rắn màu trắng với công 

thức (NH 2 ) 2 CS. Nó có cấu trúc tương tự như urea, ngoại trừ các oxy nguyên tử được 

thay thế bởi một lưu huỳnh nguyên tử, nhưng các thuộc tính của urea và thiourea 

khác biệt đáng kể [43]. 

1.2.3.2. Cấu trúc và liên kết 

Hình 1.6. Phân tử thiourea 

Thiourea là một phân tử phẳng. Độ dài liên kết C=S khoảng 1,60 Å. Khi nung 

nóng đến nhiệt độ trên 130 0 C thiourea chuyển đổi thành ammonium thiocyanate và 

chuyển đổi theo chiều ngược lại khi làm lạnh. 

Thiourea có hai dạng thù hình là thione và thiol. Trong dung dịch nước chủ 

yếu tồn tại dạng thione còn dạng thiol thì tồn tại chủ yếu trong các hợp chất thay thế 

như muối isothiouronium. 


Thione 

Thiol 

1.2.3.3. Sản xuất 










Việc sản xuất hàng năm trên toàn cầu của Thiourea là khoảng 10.000 tấn. 

Khoảng 40% được sản xuất tại Đức, thêm 40% ở Trung Quốc và 20% ở Nhật 

Bản. Thiourea có thể được sản xuất từ ammonium thiocyanate, nhưng thường nó 

được sản xuất bởi phản ứng của hydrogen sulfide với canxi xianamit với sự có mặt 

của carbon dioxide. 

1.2.3.4 Ứng dụng 

Thiourea chuyển đổi peroxides thành các diol tương ứng. 

Thiourea cũng được sử dụng trong phản ứng ozon phân để tạo thành các hợp 

chất cacbonyl. Dimethyl sulfide cũng là một thuốc thử hữu hiệu cho phản ứng này, 

nhưng nó là rất dễ bay hơi (BP 37°C) và có mùi khó chịu trong khi thiourea thì không 

mùi và không bay hơi. 

Thiourea thường được sử dụng như một nguồn sulfide. Ví dụ: để chuyển đổi 

các halogenua alkyl thành thiol. Những phản ứng này tiến hành thông qua các muối 

trung gian isothiouronium. Phản ứng dựa trên trên nucleophilicity kích thích của các 

tâm lưu huỳnh và dễ thủy phân của muối isothiouronium trung gian: 

CS(NH 2 ) 2 + RX → RSC(NH 2 ) 2 + X − 

RSC(NH 2 ) 2 + X − + 2 NaOH → RSNa + OC(NH 2 ) 2 + NaX 

RSNa + HCl → RSH + NaCl 

Ví dụ: etan-1,2-dithiol được điều chế từ 1,2-dibromoethane: 

C 2 H 4 Br 2 + 2 SC(NH 2 ) 2 → [C 2 H 4 (SC(NH 2 ) 2 ) 2 ]Br 2 

[C 2 H 4 (SC(NH 2 ) 2 ) 2 ]Br 2 + 2 KOH → C 2 H 4 (SH) 2 + 2 OC(NH 2 ) 2 + 2KBr 

Giống như thioamides, thiourea có thể phục vụ như là một nguồn sulfide khi 

phản ứng với các ion kim loại mềm. Ví dụ như thủy ngân sulfua khi muối thủy ngân 

trong dung dịch nước được xử lý bằng thiourea: 

Hg 2+ + SC(NH 2 ) 2 + H 2 O → HgS + OC(NH 2 ) 2 + 2 H + 

Thiorea được dùng để đánh bóng bạc, theo nhãn hiệu trên sản phẩm tiêu dùng, 

các sản phẩm làm sạch bạc TarnX chứa thiourea, một chất tẩy rửa và sulfamic axit. 











Một lixiviant đối với vàng và bạc lọc có thể được tạo ra bằng cách chọn lọc oxy hóa 

thiourea, bỏ qua các bước sử dụng cyanide và luyện kim. 

Thiourea thay thế là chất xúc tác hữu ích cho tổng hợp hữu cơ. Hiện tượng này 

được gọi là xúc tác hữu cơ thiourea. 

1.3. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG VÀ TIỀM NĂNG ỨNG 

DỤNG CỦA CHÚNG 

1.3.1. Năng lượng mặt trời và ứng dụng trong xúc tác quang 

Các công trình nghiên cứu chỉ ra rằng năng lượng mặt trời là một nguồn năng 

lượng sạch, phong phú và có sẵn khắp mọi nơi. Vì thế đã có nhiều công trình với nỗ 

lực nhằm tạo ra loại vật liệu mới sử dụng ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả hơn 

trong các quá trình phản ứng hóa học để tạo ra năng lượng hoặc xử lý môi trường. 

Như là một cách để thúc đẩy nghiên cứu nhiên liệu sạch, các nhà khoa học đã 

và đang nghiên cứu những chất xúc tác oxit kim loại có khả năng xúc tác dưới điều 

kiện ánh sáng. Những chất này được gọi là chất quang xúc tác, gây ra một phản ứng 

hóa học khi được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, nó không bị phá hủy 

trong suốt quá trình phản ứng. Chất quang xúc tác rất quan trọng trong quá trình sản 

xuất nhiên liệu mới như năng lượng mặt trời có sử dụng hydro. 

Để tạo ra nhiên liệu từ mặt trời thì ánh sáng mặt trời phải được chuyển và thu 

vào một thùng chứa nước và chất quang xúc tác. Ánh sáng mặt trời sẽ “châm ngòi”, 

kích thích chất quang xúc tác cho quá trình tách nước. Phản ứng này làm cho nước 

tách ra thành hydro và oxy. Khi hydro kết hợp với carbon monoxide, nó tạo một loại 

khí tổng, đó là khối hợp nhất cơ bản trong nhiên liệu hóa thạch và có thể được sử 

dụng để cung cấp lực cho ô tô. 

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã được các nhà khoa học tập 

trung, nỗ lực nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất và hoàn thiện quy trình. Nhưng 

việc phát triển một chất quang xúc tác sử dụng ánh sáng mặt trời một cách có hiệu 

quả để tạo ra một phản ứng hóa học và sản xuất hydro thực sự gây nhiều khó khăn 

cho các nhà nghiên cứu. Vì vậy, nhiều nhà khoa học đang cố gắng để giải quyết vấn 

đề này bằng cách tạo ra và phân tích những chất quang xúc tác mới trong phòng thí 

nghiệm. 

Ngoài việc cải thiện các thuộc tính của chất quang xúc tác để tăng cường sử 

dụng ánh sáng mặt trời, các nhà khoa học cũng tập trung vào việc tăng diện tích bề 

mặt của vật liệu. Diện tích bề mặt tăng cũng đồng nghĩa với việc phản ứng xảy ra lớn 

hơn và chất lượng tốt hơn. Một loại vật liệu với diện tích bề mặt cao và với các thuộc 

tính xúc tác quang học cao có thể sẽ là tương lai mới cho năng lượng mặt trời và các 

loại nhiên liệu thay thế khác. 











Kỹ thuật quang xúc tác giúp phân tách nước thành hydro và oxy một cách hiệu 

quả cũng có thể là một lợi ích để cung cấp nhiên liệu cho công nghệ tế bào nhiên liệu. 

Tế bào nhiên liệu hoạt động về cơ bản bằng cách đảo ngược các phản ứng hóa học 

được sử dụng để tách nước. Hydro được chuyển đổi thành năng lượng điện, và nước 

được coi là một sản phẩm phụ [7]. 

1.3.2. Khái niệm xúc tác quang và cơ chế phản ứng 

Trong hóa học, khái niệm xúc tác quang dùng để nói đến những phản ứng xảy 

ra dưới tác dụng đồng thời của chất xúc tác và ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng 

chính là nhân tố kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ứng xảy ra. Khi có sự kích 

thích của ánh sáng, trong chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống và có sự trao 

đổi electron giữa các chất bị hấp thụ, thông qua cầu nối là chất bán dẫn. Xúc tác 

quang là một trong những quá trình oxi hóa nhờ tác nhân ánh sáng, trong khoảng hơn 

hai mươi năm trở lại đây ngày càng được ứng dụng rộng rãi và đặc biệt quan trọng 

trong xử lí môi trường. 

Theo lí thuyết vùng, cấu trúc điện tử của kim loại gồm có một vùng gồm 

những obital phân tử liên kết được xếp đủ electron, được gọi là vùng hóa trị (Valance 

band – VB) và một vùng gồm những obital phân tử liên kết còn trống electron, được 

gọi là vùng dẫn (Conductance Band – CB). Hai vùng này được chia cách nhau bởi 

một hố năng lượng được gọi là vùng cấm, đặc trưng bởi năng lượng vùng cấm E g 

(Bandgap Energy), chính là độ chênh lệch giữa hai vùng nói trên. Sự khác nhau giữa 

vật liệu dẫn điện, cách điện và bán dẫn chính là sự khác nhau về vị trí và năng lượng 

vùng cấm. Vật liệu bán dẫn là vật liệu có tính chất trung gian giữa vật liệu dẫn điện 

và cách điện, khi có một kích thích đủ lớn (lớn hơn năng lượng vùng cấm E g ) các 

electron trong vùng hóa trị của vật liệu bán dẫn có thể vượt qua vùng cấm nhảy lên 

vùng dẫn, trở thành chất dẫn điện có điều kiện. Nói chung, những chất có E g lớn hơn 

3,5 eV là chất cách điện ngược lại những chất có E g thấp hơn 3,5 eV là chất bán dẫn. 

Những chất bán dẫn có E g thấp hơn 3,5 eV đều có thể làm chất xúc tác quang 

(photocatalysts) vì khi được kích thích bởi các photon ánh sáng có năng lượng lớn 

hơn năng lượng vùng cấm E g , các electron hóa trị của chất bán dẫn sẽ nhảy lên vùng 

dẫn. Kết quả là trên vùng dẫn sẽ có các electron mang điện tích âm, được gọi là 

electron quang sinh (photogenerated electron e - CB) và trên vùng hóa trị sẽ có các lỗ 

trống mang điện tích dương, được gọi là lỗ trống quang sinh (photogenerated hole 

h + VB). Chính các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh là nguyên nhân dẫn đến 

các quá trình hóa học xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa đối với h + VB và quá trình khử 

đối với e - CB. Các lỗ trống và electron quang sinh có khả năng phản ứng cao hơn so 

với các tác nhân oxi hóa – khử đã biết trong hóa học. 











Dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp, các electron hóa trị của 

các chất bán dẫn bị tách khỏi liên kết từ vùng hóa trị (VB) chuyển đến vùng dẫn (CB) 

tạo ra lỗ trống khuyết điện tử (mang điện tích dương) ở vùng hóa trị. 

C (chất bán dẫn) + hν → e - CB + h + VB (1.1) 

Các lỗ trống và electron được chuyển đến bề mặt và tương tác với một số chất 

bị hấp phụ như nước và oxy tạo ra những gốc tự do trên bề mặt chất bán dẫn. Cơ chế 

phản ứng xảy ra như sau: 

h + H O → HO + H 

(1.2) 

+ • + 

VB 2 

e + O ⎯ ⎯→ O 

(1.3) 

− h v • − 

C B 2 2 

2 O + 2H O → H O + 2HO + O (1.4) 

• − − 

2 2 2 2 2 

H O + e → HO + HO 

(1.5) 

− • − 

2 2 CB 

h + HO → HO 

(1.6) 

+ − • 

VB 

Các gốc tự do và sản phẩm trung gian tạo ra như 

• 

HO , • 2 

O − , H 2 O 2 , O 2 đóng 

vai trò quan trọng trong cơ chế quang phân hủy các hợp chất hữu cơ, nấm khi tiếp 

xúc. 

Lỗ trống mang điện tích dương tự do chuyển động trong vùng hóa trị do các 

electron khác có thể nhảy vào lỗ trống để bão hòa điện tích, đồng thời tạo ra một lỗ 

trống mới ngay tại vị trí mà nó vừa đi ra khỏi. Các electron quang sinh trên vùng dẫn 

cũng có xu hướng tái kết hợp với các lỗ trống quang sinh trên vùng hóa trị, kèm theo 

việc giải phóng năng lượng dạng nhiệt hoặc ánh sáng. Quá trình này làm giảm đáng 

kể hiệu quả xúc tác quang của vật liệu. 

Gốc 

• 

HO là một tác nhân oxi hóa rất mạnh, không chọn lọc và có khả năng oxi 

hóa nhanh chóng hầu hết các chất hữu cơ. Quá trình phân hủy một số hợp chất hữu cơ 

gây ô nhiễm trên hệ xúc tác quang như sau: 

Các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời tạo ra các gốc và sản 

phẩm trung gian như 

• 

HO , 

, H 2 O 2 , O 2 (cơ chế đã trình bày ở phần trên). Các gốc 

và sản phẩm này oxi hóa các thành phần hữu cơ theo cơ chế sau: 

(1.7) 

axit vô cơ (1.8) 

- Đối với hợp chất hữu cơ chứa nitơ dạng azo, phản ứng oxi hóa quang 

phân hủy xảy ra theo cơ chế sau: 


' • • ' 

R N N R HO R N N R OH 

− = − + → − = + − ( 1.9 ) 

' • • ' 

R N N R H R N N R H 

− = − + → − = + − (1.10) 

• • 

R − N = N → R + N 2 

(1.11) 










• 

HO 

R 

• ⎯⎯⎯→ phân hủy (1.12) 

Như vậy, sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm trên hệ xúc 

tác quang là khí CO 2 , H 2 O và các chất vô cơ. Các quá trình này có thể được minh họa 

bởi sơ đồ sau. 

E= hν 

Hình 1.7. Cơ chế phản ứng xúc tác quang. 

Trong xúc tác quang hóa, nhiều tác giả đã tìm thấy cơ chế phản ứng tuân theo 

mô hình Langmuir-Hinshelwood. Theo mô hình này, hai chất phản ứng A và B hấp 

phụ đồng thời nhưng trên hai loại tâm khác nhau, tạo hai trạng thái trung gian bề mặt 

không phân ly, tiếp theo phản ứng giữa hai chất trung gian tạo sản phẩm, sau đó giải 

hấp phụ sản phẩm C. 

Ta có sơ đồ: 

Hình 3.22. Sơ đồ cơ chế Langmuir- Hinshelwood. 

C * C + * 











C khuếch tán vào môi trường, giải phóng tâm hoạt động * 

Như vậy, đây là quá trình nhiều bước và bước nào cũng có thể là giai đoạn 

quyết định vận tốc, tuy nhiên thường giai đoạn phản ứng hóa học giữa hai chất trung 

gian là giai đoạn chậm nhất. Như vậy tốc độ phản ứng trường hợp hai chất cùng hấp 

phụ hóa học trên hai loại tâm khác nhau, được xác định theo phương trình sau: 

Các điều kiện của biểu thức này là: 

(3.1) 

1) Trường hợp cả hai chất phản ứng đều hấp phụ yếu, khi đó cả K A và K B







k= Ae -Ea/RT (3.4) 

Trong đó: 

E a là năng lượng hoạt hóa, R = 8,314 J/mol.K, T là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvins) 

A là hệ số lệ thuộc vận tố va chạm và hệ số định hướng không gian. 

Biểu thức 3.4 cho thấy trong cùng một điều kiện nhiệt độ, giá trị hằng số vận tốc k tỉ 

lệ nghịch với năng lượng hoạt hóa E a . Như vậy, k tăng đồng nghĩa E a giảm, có nghĩa 

hoạt tính xúc tác tăng. 

Tóm lại, các tài liệu trên chỉ ra rằng ô nhiễm môi trường bởi các hợp chất hữu 

cơ độc hại trong nước đang là vấn đề được đặt ra và xử lý chúng bằng xúc tác quang 

là một con đường được cân nhắc. Tuy nhiên, điểm quan trọng nhất của phương pháp 

này là tìm được chất xúc tác hoạt động hiệu quả trong vùng ánh sáng khả kiến. Trong 

số các chất xúc tác quang hiện nay, g-C 3 N 4 đang nổi lên như một xúc tác quang tiềm 

năng. Tuy nhiên, việc điều chế g-C 3 N 4 để có hoạt tính cao đang thu hút quan tâm của 

nhiều nhà khoa học. Trong đó, g-C 3 N 4 có thể được điều chế từ nhiều nguồn nguyên 

liệu khác nhau và biến tính chúng sao cho hiệu qủa tuyệt đối là bài toán cho các nhà 

nghiên cứu. 











Chương 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 

2.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG. 

2.1.1. Hóa chất: 

Bảng 2.1. Danh mục hóa chất dùng đề tài. 

Melamine C 3 H 6 N 6 

Urea (NH 2 ) 2 CO 

ThioUrea (NH 2 ) 2 CS 

Hóa chất 

Metylene blue C 16 H 18 N 3 SCl 

1,4-Benzoquinone C 6 H 4 O 2 

Tert-Butanol C 4 H 10 O 

Axit Boric H 3 BO 3 

Axit Oxalic (COOH) 2 

2.1.2. Dụng cụ 

- Cốc sứ, cối mã não 

- Đèn sợi tóc 220V- 100W 

- Giấy tráng nhôm, lò nung, lò vi sóng, máy khuấy từ… 

- Pipet (1ml, 5ml, 10ml) 

- Ống đong (50ml, 100ml) 

- Bình định mức 1000ml 

- Đũa thủy tinh, cốc thủy tinh (250ml, 500ml) 

- Kính lọc tia UV (d=77mm). 

- Máy khuấy từ 

2.1.3. Tổng hợp vật liệu xúc tác quang 

2.1.3.1. Các bước tiến hành tổng hợp g-C 3 N 4 : 

Nguồn gốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Trung Quốc 

Bước 1: Cho lần lượt 10g bột Melamine hoặc Urea hay Thiourea vào cối mã 

não rồi nghiền mịn. 

Bước 2: Cho lần lượt 3 mẫu vào cốc sứ, bọc kỹ bằng giấy bạc và nung ở 2 điều 

kiện nhiệt độ khác nhau là 500 0 C và 550 0 C trong 1giờ. 

Bước 3: Để nguội đến nhiệt độ thường, nghiền nhỏ và rửa mẫu bằng dung dịch 

axit nitric 0,1M sau đó rửa lại bằng nước cất cho đến trung tính. 

Bước 4: Sấy mẫu ở nhiệt độ 80 0 C trong 12 giờ. 











Bước 5: Gom mẫu, nghiền mịn bằng cối mã não rồi cho vào lọ đựng mẫu và 

ký hiệu mẫu lần lượt là M-500, M-550 (đối với nguồn nguyên liệu melamin); C-500, 

C-550 (đối với nguồn nguyên liệu urea); và TU-500, TU-550 (đối với nguồn nguyên 

liệu thiourea). 

2.1.3.2. Tổng hợp g-C 3 N 4 (đi từ nguồn nguyên liệu Melamine) pha tạp lưu 

huỳnh, pha tạp Bo, pha tạp lưu huỳnh và Bo ở các nhiệt độ khác nhau: 

* Công đoạn 1: Tổng hợp g-C 3 N 4 pha tạp lưu huỳnh ở các nhiệt độ khác 

nhau: 

Bước 1:- Cho 10g hỗn hợp bột Melamine và Thiure với tỉ lệ 9/1 vào cối mã não 

rồi nghiền mịn. 

Bước 2:- Cho mẫu vào cốc sứ, bọc giấy tráng nhôm và nung riêng biệt 2 mẫu 

khác nhau ở 2 nhiệt độ 500 0 C và 550 0 C trong 1 giờ. 

Bước 3:- Để nguội đến nhiệt độ thường, nghiền nhỏ và rửa mẫu bằng dung dịch 

axit Nitric 0,1M sau đó rửa lại bằng nước cất cho đến trung tính. 

Bước 4:- Sấy mẫu ở 80 0 C trong 12 giờ. 

Bước 5:- Nghiền mịn thu được sản phẩm. Các sản phẩm được kí hiệu là MTU- 

9/1-T với T: 500 0 C và 550 0 C 

* Công đoạn 2: Tổng hợp g-C 3 N 4 pha tạp Bo ở các nhiệt độ khác nhau: 

Bước 1:- Cho 10g hỗn hợp bột Melamine và axit boric với tỉ lệ 9/1 vào cối mã 

não rồi nghiền mịn. 






Bước 5:- Nghiền mịn thu được sản phẩm. Các sản phẩm được kí hiệu là MB- 

9/1-T với T: 500 0 C và 550 0 C 

* Công đoạn 3: Tổng hợp g-C 3 N 4 pha tạp lưu huỳnh và Bo ở các nhiệt độ 

khác nhau: 

Bước 1:- Cho 10g hỗn hợp bột Melamine, Thioure và Axit Boric với tỉ lệ 7/2/1 

vào cối mã não rồi nghiền mịn. 
















Bước 5:- Nghiền mịn thu được sản phẩm. Các sản phẩm được kí hiệu là MTUB- 

9/1-T. với T: 500 0 C và 550 0 C 

2.1.3.3. Tổng hợp g-C 3 N 4 (đi từ nguồn nguyên liệu Thioure) pha tạp Bo ở các 

nhiệt độ khác nhau: 

Bước 1:- Cho 10g hỗn hợp bột Thiure và axit Boric với tỉ lệ 9/1 vào cối mã não 

rồi nghiền mịn. 






Bước 5:- Nghiền mịn thu được sản phẩm. Các sản phẩm được kí hiệu là TUB- 

T-9/1 với T: 500 0 C và 550 0 C 

2.1.3.4. Tổng hợp g-C 3 N 4 (đi từ nguồn nguyên liệu Urea) pha tạp lưu huỳnh ở 

các nhiệt độ khác nhau: 

Bước 1:- Cho 10g hỗn hợp bột Ure và Thiure với tỉ lệ 9/1 vào cối mã não rồi 

nghiền mịn. 






Bước 5:- Nghiền mịn thu được sản phẩm. Các sản phẩm được kí hiệu là CTU- 

9/1-T với T: 500 0 C và 550 0 C 

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 

2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) 











Nguyên tắc: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ 

các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. 

Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì 

mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị 

kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Mặt khác, các 

nguyên tử, ion này được phân bố trên các mặt phẳng song song. 

Mối liên hệ giữa độ dài khoảng cách hai mặt phẳng song song (d), góc giữa 

chùm tia X và mặt phẳng phản xạ (θ) và bước sóng ( λ ) được biểu thị bằng hệ 

phương trình Vulf- Bragg: 2dsinθ = nλ 

Trong đó: 

n: bậc nhiễu xạ 

λ: Bước sóng của tia Rơnghen 

d: khoảng cách giữa các mặt tinh thể 

θ: góc nhiễu xạ 

Phương trình Vulf- Bragg là phương trình cơ bản nghiên cứu cấu trúc tinh thể. 

Từ hệ thức Vulf- Bragg có thể nhận thấy góc phản xạ tỉ lệ nghịch với d hay 

khoảng cách giữa hai nút mạng. Đối với vật liệu vi mao quản khoảng cách hai lớp cỡ 

vài chục nguyên tử nên góc quét 2θ thường > 5 độ, tuy nhiên đối với vật liệu MQTB 

kích thước > 20Å nên góc quét 2θ thường từ 0,5 0 trở lên. 

Thực nghiệm: Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu được đo trên nhiễu xạ kế 

Brucker D8 Advance với ống phát tia X của Cu có bước sóng λ (CuKα) = 1,5406 Å, 

công suất 40 kV, dòng 40 mA. Góc quét từ 5 0 đến 60 o . Góc mỗi bước quét là 0,008 o 

và thời gian mỗi bước quét 0,6 giây. Các phép đo được thực hiện tại phòng Thí 

nghiệm phân tích, khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà 

Nội. 

2.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscopy, thường 

viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao 

của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp 

quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi 

nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu 

vật. 

Nguyên lí hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM như sau: 











Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện 

tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng 

điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường), sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, 

thế tăng tốc của SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, 

việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ 

rất khó khăn. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ 

vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề 

mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích 

thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang 

sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ 

phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và 

điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh 

trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ 

này. 

Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua, 

nhưng kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy 

mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các 

thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. 

Một điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ 

biến hơn rất nhiều so với TEM. 

Thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để ghi ảnh hiển vi điện tử quét và phân 

tích EDS cùng trên một thiết bị bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phân tán mẫu và 

sấy khô. Sau đó phủ một lớp vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu đã phân tán. Mẫu được 

ghi ảnh trên máy Nova NanoSEM 450 tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự 

nhiên, thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội. 

2.2.3. Phổ hồng ngoại (IR) 

Nguyên tắc: Với phân tử không thẳng hàng có N nguyên tử sẽ có 3N- 6 dao 

động chuẩn, còn với phân tử thẳng hàng thì có 3N – 5. Mỗi dao động chuẩn ứng với 

một tần số dao động cơ bản. Năng lượng để làm chuyển các mức dao động này khá 

bé, tương đương với năng lượng bức xạ hồng ngoại. Tuy nhiên không phải bất cứ 

phân tử nào cũng có khả năng hấp phụ bức xạ hồng ngoại để có hiệu ứng phổ dao 

động. Người ta đã chứng minh rằng chỉ có các phân tử khi dao động có gây ra sự thay 











đổi momen lưỡng cực điện mới có khả năng hấp phụ bức xạ hồng ngoại. Về mặt 

nguyên tắc, bằng thực nghiệm, người ta có thể xác định các bước sóng của bức xạ 

hồng ngoại tương ứng với các liên kết giữa các nguyên tử. Có nghĩa tại bước sóng đó, 

liên kết hấp thụ năng lượng bức xạ để chuyển sang một mức dao động mới, mức dao 

động kích thích và bước sóng đó đặc trưng cho liên kết tương ứng. 

Người ta có thể dùng phổ hồng ngoại để phân tích định tính hoặc định lượng. 

Để phân tích định tính, phổ của mẫu được so sánh với mẫu chuẩn. Hoặc để xác định 

cấu trúc, dựa vào các phổ và so sánh với bảng chuẩn để tìm các nhóm chức hoặc các 

nhóm nguyên tử. Để phân tích định lượng, người ta dựa vào định luật hấp thụ ánh 

sáng Bouguer – Lambert – Beer. Đầu tiên xây dựng đường chuẩn theo một pic mạnh 

đặc trưng. Sau đó, so sánh cường độ hấp thụ của pic tương ứng của mẫu phân tích với 

đường chuẩn. 

Thực nghiệm: Phổ hồng ngoại được ghi trên phổ kế IRPrestige-21 (Shimadzu) 

trong khoảng 400 đến 4000 cm -1 tại Phòng thí nghiệm Hóa lý - Khoa Hóa học - 

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Trước khi đo, mẫu được nghiền và ép viên với 

KBr. 

2.1.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 

Nguyên tắc: Sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật 

rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn, có thể tới 

hàng triệu lần. Ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, trên film quang học, hay ghi 

nhận bằng các máy chụp kĩ thuật số. Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử. Có 

hai cách để tạo ra chùm điện tử: 

● Sử dụng nguồn phát xạ nhiệt điện tử: Điện tử được phát ra từ một catốt được 

đốt nóng (năng lượng nhiệt do đốt nóng sẽ cung cấp cho điện tử động năng để thoát 

ra khỏi liên kết với kim loại). Do bị đốt nóng nên súng phát xạ nhiệt thường có tuổi 

thọ không cao và độ đơn sắc của chùm điện tử thường kém. Nhưng ưu điểm của nó là 

rất rẻ tiền và không đòi hỏi chân không siêu cao. 

● Sử dụng phát xạ trường: Điện tử phát ra từ catốt nhờ một điện thế lớn đặt vào 

vì thế nguồn phát điện tử có tuổi thọ rất cao, cường độ chùm điện tử lớn và độ đơn 

sắc rất cao, nhưng có nhược điểm là rất đắt tiền và đòi hỏi môi trường chân không 

siêu cao. 











Hiển vi điện tử truyền qua cho biết được nhiều chi tiết nano của mẫu nghiên cứu 

như hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt. 

Thực nghiệm : Các mẫu được phân tán trong dung môi ethanol. Sau đó cho lên 

trên các lưới bằng Cu. Hình ảnh TEM được ghi trên JEOL JEM – 2100F. 

2.2.5. Phổ quang điện tử tia X (X-ray photoelectron spectroscopy-XPS) 

XPS là kĩ thuật phân tích tính chất trên bề mặt vật liệu thông qua phổ. Nó 

thường được dùng để xác định thành phần cơ bản, trạng thái hóa học, trang thái điện 

tử của các nguyên tố trên bề mặt của vật liệu. XPS được dựa trên lý thuyết về hiệu 

ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện: 

Mỗi photon có tần số ν sẽ tương ứng với một lượng tử có năng lượng ε= hυ, h 

là hằng số Plank. 

BE: năng lượng 

liên kết của mỗi 

điện tử 

KE: động năng của 

các phân tử phát xạ 

hν: năng lượng 

photon chiếu vào. 

XPS còn được biết là Electron Spectroscopy for chemical Analaysis (ESCA) 

là một kĩ thuật được sử dụng rộng rãi để xác định những thông tin hóa học một cách 

chính xác của những bề mặt mẫu khác nhau. Bằng cách ghi lại năng lượng liên kết 

của các điện tử phóng ra từ một bề mặt mẫu, sau khi bề mặt mẫu bị chiếu bởi một tia 

X. XPS đòi hỏi điều kiện chân không siêu cao (UHV). 

Phổ XPS được ghi trên phổ kế ESCALab 250 (Thermo Scientific Corporation) 

với một nguồn tia X đơn sắc của Al Kα (1486,6 eV). Năng lượng liên kết được chuẩn 











bởi sử dụng C1s (284,8 eV). Độ phân giải năng lượng là 0,48 eV và mỗi bước quét là 

0,1 eV. Đối với phổ XPS dải hóa trị, mỗi bước quét là 0,05 eV. 

2.2.6. Phổ UV-Vis DRS 

Nguyên lý của phương pháp này dựa trên cơ sở phổ hấp thụ electron từ vùng 

tử ngoại và khả kiến. 

Năng lượng của phân tử là: E = E electron + E dao động + E quay 

Khi đó, sự biến thiên năng lượng của phân tử: 

E = E electron + E dao động +E quay 

Trong đó, biến thiên của năng lượng electron luôn luôn lớn hơn biến thiên 

năng lượng dao động (khoảng 10 đến 100 lần). Biến thiên của năng lượng dao động 

lớn hơn biến thiên năng lượng quay rất nhiều (khoảng 100 đến 1000 lần). 

Tần số của những lượng tử năng lượng phát ra hay hấp thu có những biến 

thiên năng lượng đó luôn luôn tính theo điều kiện tần số của Bohr: 

E = h 

Muốn kích thích electron, năng lượng cung cấp cần phải đủ lớn. Năng lượng 

đó vào khoảng hàng chục đến hàng trăm kcal/mol. Năng lượng này ứng với bức xạ 

thuộc vùng khả kiến hoặc tử ngoại. Nếu phân tử hấp thu các bức xạ có năng lượng 

lớn hơn năng lượng tử ngoại hoặc khả kiến thì năng lượng electron của chúng sẽ bị 

thay đổi. Tuy nhiên, đồng thời với sự thay đổi trạng thái electron luôn có sự thay đổi 

trạng thái quay và trạng thái dao động nên ta sẽ thu được đám vạch với tần số. 

ν = ν electron + ν dao động + ν quay 

Phổ thu được trong trường hợp này được gọi là phổ hấp thu electron hay cũng 

được gọi là phổ tử ngoại khả kiến. 

Ngoài ra, thông qua kết quả phân tích phổ hấp thu ánh sáng UV-Vis của các 

mẫu chất rắn có thể xác định bước sóng mà ở đó có sự dịch chuyển từ vùng hấp thụ 

mạnh sang vùng không hấp thụ ánh sáng UV-Vis. Nguyên tắc của phương pháp này 

là xác định giao điểm của hai tiếp tuyến với hai phần đồ thị biểu diễn độ hấp thu ánh 

sáng của vật liệu trong vùng hấp thu mạnh sang vùng không hấp thu ánh sáng. Từ kết 

quả xác định bước sóng chuyển của vùng hấp thụ ta có thể xác định năng lượng vùng 

cấm E g của vật liệu theo công thức: 

E g = 1239,9/ λ 

Trong đó: λ là bước sóng chuyển vùng hấp thu của vật liệu. 











Thực nghiệm đo phổ UV-Vis được tiến hành trên máy Jasco-V670 tại Khoa Vật 

lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. 

2.2.7. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) 

Phổ tán xạ năng lượng tia X, hay Phổ tán sắc năng lượng là kỹ thuật phân tích 

thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do 

tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các 

kính hiển vi điện tử). Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt 

là EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray 

spectroscopy. 

Kỹ thuật EDS chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử, ở đó, ảnh 

vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng 

cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật 

rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên 

trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc 

trưng tỉ lệ với nguyên tử số (z) của nguyên tử theo định luật Mosley: 

Có nghĩa là, tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt 

trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các 

nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các 

nguyên tố này. 

Hình 2.1. Mô hình phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS). 

Có nhiều thiết bị phân tích EDS nhưng chủ yếu EDS được phát triển trong các 

kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện tử có 

năng lượng cao và được thu hẹp nhờ các hệ có thấu kính điện từ. Phổ tia X phát ra sẽ 

có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phân tích nhờ 

phổ kế tán sắc năng lượng, do đo, ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũng như 











thành phần. Kỹ thuật EDS được phát triển từ những năm 1969 và thiết bị thương 

phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, 

Li hoặc Ge. 

Thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để phân tích EDS cùng trên một thiết 

bị đo SEM, bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phân tán mẫu và sấy khô. Sau đó phủ 

một lớp vàng cực mỏng lên bề mặt mẫu đã phân tán. Mẫu được ghi ảnh trên máy Jeol 

5410 tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, thuộc Đại học Quốc gia 

Hà Nội. 

2.3. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG 

Hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu được đánh giá dựa trên khả năng phân 

hủy xanh methylene dưới tác dụng của đèn sợi tóc (220V-100W). 

Quy trình thực hiện như sau: Cho 0,12g xúc tác vào cốc 250 mL sau đó cho 

tiếp 120mL dung dịch xanh methylen (30 mg/L), dùng giấy bạc bọc kín cốc sau đó 

khuấy đều cốc trên máy khuấy từ trong 2 giờ (giai đoạn khuấy trong bóng tối) để cho 

quá trình hấp phụ-giải hấp phụ cân bằng. Sau đó, hỗn hợp phản ứng được khuấy dưới 

điều kiện chiếu sáng bởi đèn dây đốt vonfram (220V-100W) qua kính lọc tia UV. 

Hỗn hợp phản ứng được lấy ra (8mL) theo thời gian phản ứng (1 giờ lấy ra 1 lần). 

Sau đó ly tâm, tách phần dung dịch để phân tích nồng độ xanh metylen còn lại. Nồng 

độ xanh methylen trong các mẫu được xác định bằng phương pháp đo quang trên máy 

UV-Vis (Jenway 6800 của Anh). Ngoài ra, để khảo sát tính chất hấp phụ của các vật 

liệu, một quy trình tương tự như đánh giá hoạt tính xúc tác chỉ khác là khuấy hỗn hợp 

trong bóng tối. 

Chiếu sáng đèn 

220V-100W 

Khuấy 2 giờ trong bóng 

tối 


Hình 2.2. Sơ đồ mô tả quá trình đánh giá hoạt tính xúc tác quangvà hấp phụ của vật 

liệu. 










Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 

3.1. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 

Sau khi tiến hành quá trình tổng hợp từ các tiền chất khác nhau, ở nhiệt độ và 

tỉ lệ khác nhau thì chúng tôi đã thu được 12 mẫu vật liệu được thống kê trong bảng 

sau: 

TT 

Tên chất nền 

(A) 

Bảng 3.1: Tổng hợp các mẫu vật liệu đã điều chế được 

Chất pha tạp 

(B) 

Tỉ lệ 

A/B 

Nhiệt độ 

( o C) 

1 Melamine S - ThioUrea 9/1 500 

550 

2 Melamine B- Axit Boric 9/1 500 

550 

3 Melamine S và B 7/2/1 500 

550 

4 Urea B- Axit Boric 9/1 500 

550 

5 Urea S-ThioUrea 9/1 500 

550 

6 ThioUrea B-Axit Boric 9/1 500 

550 

Kí hiệu mẫu 

MTU-9/1-500 

MTU-9/1-550 

MB-9/1-500 

MB-9/1-550 

MTUB-7/2/1-500 

MTUB-7/2/1-550 

CB-9/1-500 

CB-9/1-550 

CTU-9/1-500 

CTU-9/1-550 

TUB-9/1-500 

TUB-9/1-550 

Trong số 12 mẫu trên thì có thể chia chia ra làm 3 nhóm vật liệu: 

- Nhóm vật liệu được pha tạp B gồm 4 mẫu: MB-9/1-T; CB-9/1-T 

- Nhóm vật liệu được pha tạp S gồm 4 mẫu: MTU-9/1-T; CTU-9/1-T 

Mã 

mẫu 

- Nhóm vật liệu được pha tạp đồng thời B và S gồm: MTUB-9/1-T; TUB-9/1- 

T 

(Với T ở nhiệt độ 500 o C và 550 o C). 


1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 








Màu sắc của các mẫu được thống kê trong hình 3.1: 



(1) (2) (3) 

Hình 3.1: Tổng hợp màu sắc nhóm vật liệu pha tạp B (1), pha tạp S (2), pha tạp cả B 

cả S (3). 

Nhìn chung 3 nhóm mẫu được điều chế ở 2 nhiệt độ 500 o C và 550 o C có màu 

tương tự nhau. Hầu hết có màu vàng nhạt giống màu của g-C 3 N 4 nguyên chất, trừ 2 

mẫu CB-9/1-500 và CB-9/1-550 có màu trắng. Sự khác nhau về màu sắc này cũng 

phần nào nói lên khả năng hấp thụ ánh sáng của 2 mẫu CB-9/1-500 và CB-9/1-550 

kém hơn các mẫu còn lại. 

Để xác định cấu trúc và độ tinh khiết, các mẫu được đo nhiễu xạ tia X và kết 

quả được trình bày trong hình 3.2; 3.3. 











Hình 3.2: Đồ thị nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu ở 500 0 C. 


Hình 3.3: Đồ thị nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu ở 550 0 C. 










Qua 2 đồ thị trên ta thấy, mặc dù được tổng hợp ở 2 nhiệt độ khác nhau nhưng 

các mẫu vật liệu vẫn cho kết quả tương tự nhau. Kết quả đặc trưng nhiễu xạ tia X góc 

lớn 2θ trong khoảng từ 5 0 đến 70 0 của các mẫu ở 500 0 C và 550 0 C cho thấy: Trong 

phổ biễu diễn có pic ở 2θ = 13,4 0 và một pic có 2θ = 27,3 0 . Theo nhiều tài liệu đã 

công bố, hai pic này tương ứng với cấu trúc cacbon nitrua dạng lớp kiểu giống 

graphit (g-C 3 N 4 ) [44]. Như đã đề cập trong phần Tổng quan, g-C 3 N 4 có cấu trúc dạng 

lớp như graphit với pic thứ nhất có 2θ = 13,49 0 tương ứng với mặt 100 và pic thứ hai 

tương ứng với mặt 002. Theo phương trình Vulf-Bragg: 2dsinθ = λ với bậc nhiễu xạ 

bằng 1, ta tính được giá trị d 002 ứng với 2θ = 27,3 0 λ 

là d 002 = = 3,3 Å. Giá trị này 

2sin θ 

chính là bề dày của một tấm. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các số liệu đã công 

bố. 

Đặc biêt hơn trong các mẫu trên, nhóm mẫu vật liệu được pha tạp S trên chất 

nền là Melami và Urea cho kết quả vượt trội hơn. Các mẫu này có chân hẹp và cường 

độ mạnh, điều này chứng tỏ chúng có độ tinh khiết và cấu trúc tinh thể tốt. 











Hình 3.4: Đồ thị nhiễu xạ tia X của các nhóm vật liệu pha tạp S. 

CTU-9/1-T (a), MTU-9/1-T (b). (T: 500 0 C và 550 0 C). 

Mặc khác, nhóm mẫu vật liệu được pha tạp B và pha tạp cùng lúc B và S thì 

cho độ tinh khiết và cường độ không cao, điều đó được giải thích rằng khi pha tạp B 

vào các chất nền thì dạng tinh thể lúc này đã chuyển một phần sang dạng vô định 

hình dẫn đến cấu trúc tinh thể có phần bị thay đổi ít nhiều tuy nhiên cấu trúc g-C 3 N 4 

vẫn được bảo vệ và đảm bảo. 











Hình 3.5: Đồ thị nhiễu xạ tia X của nhóm vật liệu pha tạp B (A) và pha tạp cả 

B và S (B). 

Hình 3.6: Đồ thị XRD của các mẫu pha tạp B, pha tạp cả B và S theo 

từng nhóm. 











Như vậy, thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X thì cho thấy chúng tôi đã tổng 

hợp thành công 12 mẫu vật liệu có kiểu cấu trúc g-C 3 N 4 với các tiền chất cũng như ở 

các nhiệt độ khác nhau. 

Để đặc trưng tính chất quang, 3 nhóm mẫu được tiến hành đặc trưng UV-Vis 

trạng thái rắn, kết quả cho được trình bày trong hình 3.7 và 3.8. 

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn phổ UV-Vis trạng thái rắn của các mẫu ở nhiệt độ 

500 0 C và 550 0 C. 











Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn phổ UV-Vis trạng thái rắn của các nhóm vật liệu pha tạp 

B, pha tạp S, pha tạp cả B và S. 

Qua hình 3.7 và 3.8, chúng ta có thể nhận thấy, các pic cực đại của 3 nhóm 

mẫu pha tạp B, S, cả B và S đều nằm trong vùng gần ánh sáng khả kiến cụ thể lần 

lượt bằng 400nm, 389nm và 391nm. Điều đáng lưu ý từ các đồ thị là các mẫu có thể 

hấp thụ ánh sáng khả kiến trong vùng có bước sóng nằm trong khoảng 400-550 nm. 

Ngoài ra, thông qua kết quả phân tích phổ hấp thu ánh sáng UV-Vis của các 

mẫu chất rắn có thể xác định bước sóng mà ở đó có sự dịch chuyển từ vùng hấp thụ 

mạnh sang vùng không hấp thụ ánh sáng UV-Vis. Nguyên tắc của phương pháp này 

là xác định giao điểm của hai tiếp tuyến với hai phần đồ thị biểu diễn độ hấp thu ánh 

sáng của vật liệu trong vùng hấp thu mạnh sang vùng không hấp thu ánh sáng. Từ kết 

quả xác định bước sóng chuyển của vùng hấp thụ ta có thể xác định năng lượng vùng 

cấm E g của vật liệu theo công thức: 

E g =1239.9/ λ Trong đó: λ là bước sóng chuyển vùng hấp thụ của vật liệu. 


Từ đó ta có kết quả năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu trong bảng sau: 










Bảng 3.2. Năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu 

STT Mẫu vật liệu Mã mẫu Bước sóng(nm) E g (eV) 

1 MTU-9/1-500 1 498.73 2.4 

2 MTU-9/1-550 2 546.77 2.2 

3 MB-9/1-500 3 500.93 2.4 

4 MB-9/1-550 4 537.97 2.3 

5 MTUB-7/2/1-500 5 505.33 2.4 

6 MTUB-7/2/1-550 6 515.97 2.4 

7 CB-9/1-500 7 389.1 3.1 

8 CB-9/1-550 8 394.6 3.1 

9 CTU-9/1-500 9 443.733 2.8 

10 CTU-9/1-550 10 474.533 2.6 

11 TUB-9/1-500 11 552.267 2.1 

12 TUB-9/1-550 12 535.767 2.3 

Hình 3.9: Năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu so với của g-C 3 N 4 tinh khiết. 

Qua kết quả phân tích trên thì ta thấy hầu hết các mẫu vật liệu được điều chế 

trong đề tài này đều có năng lượng vùng cấm thấp hơn năng lượng vùng cấm của g- 

C 3 N 4 khiết. Điều này sẽ tọa điều kiện thuận lợi cho sự kích thích electron từ vùng hóa 











trị lên vùng dẫn để thực hiện cơ chế xúc tác. Đáng lưu ý ở đây là mẫu vật liệu TUB- 

9/1-500 có E g = 2.1 eV, vì thế sự kích thích electron trên vật liệu này là dễ dàng nhất 

và có khả năng cho hiệu quả xúc tác cao. 

Để đặc trưng thêm về cấu trúc của vật liệu, chúng tôi chọn nhóm mẫu pha tạp 

B làm đại diện để tiến hành các phép đo khác. Hình ảnh TEM của chúng được trình 

bày trong hình 3.9. Hình ảnh cho thấy hình dạng tấm xếp chồng lên nhau. Đây là một 

đặc trưng kiểu cấu trúc lớp graphit của g-C 3 N 4 . 

(A) 

(C) 

Hình 3.9: Hình ảnh TEM của các mẫu pha tạp B trên Urea -CB (C), trên Melamin - 

MB (B), và trên Thiourea TUB (C). 

Hình thái bề mặt của các vật liệu cũng được đặc trưng bởi kỹ thuật SEM. Trong 

hình 3.10 là hình ảnh SEM của các mẫu đại diện, các mẫu pha tạp B trên chất nền 


(B) 








Urea, Melamin và Thiourea .Các hình ảnh cũng chỉ ra đặc trưng kiểu lớp của vật liệu. 



(A) 

(C) 

Hình 3.10: Hình ảnh SEM của các mẫu pha tạp B trên Urea -CB (C), trên Melamin - 

MB (B), và trên Thiourea -TUB (C). 

Để thêm thông tin về thành phần cũng như cấu tạo của các vật liệu, các mẫu 

được đặc trưng phổ hồng ngoại IR. Hình 3.11 thể hiện kết quả đặc trưng phổ hồng 

ngoại của các nhóm vật liệu pha tạp B, pha tạp S và pha tạp cả B với S. Tuy có sự sai 

lệch về các pic ở 3 nhóm vật liệu nhưng nhìn chung đều xuất hiện các pic 804,7cm -1 , 

vùng 1250-1650 cm -1 , và vùng 3000-3600 cm -1 . Theo nhiều tài liệu [49], các pic này 

tương ứng là mode dao động của các đơn vị triazine, C-N của vòng dị thể và liên kết 

N-H. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với nhiều tài liệu công bố về cấu trúc của C 3 N 4 

trong vật liệu [49]. Điều đó chứng tỏ các mẫu pha tạp vẫn giữ cấu trúc của g-C 3 N 4 

tinh khiết. 


(B) 










(A) 

(C) 

Hình 3.11: Phổ hồng ngoại IR của các nhóm vật liệu pha tạp B (A), pha tạp S (B), 

pha tạp cả B và S (C). 

Để minh chứng sự có mặt của B trong mẫu vật liệu, một mẫu đặc trưng MB- 

9/1-500 được chọn để đo bởi kỹ thuật XPS. Thành phần nguyên tố được trình bày 

trong Bảng 3.3 và hình 3.12 cho thấy sự có mặt của B trong sản phẩm. 

Bảng 3.3 Thành phần nguyên tố của mẫu MB-9/1-500 theo phương pháp XPS 

(B) 

Name 

Start 

BE 

Peak 

BE End BE 

Height 

Counts At. % 

B1s 198,1 193,38 189,8 1542,32 35,09 

C1s 290,3 284,6 280,7 589,01 8,14 

N1s 406,35 401,61 397,3 134,69 1,25 

O1s 538,9 533,47 529 13260,7 55,52 











Hình 3.12. Phổ XPS tổng quát của MB-9/1-500. 

Phổ XPS còn cho thấy trạng thái liên kết của các nguyên tố trong MB-9/1-500 

(hình 3.13). Phổ XPS của C1s và N1s đều đặc trưng cho vật liệu g-C 3 N 4 . Riêng sự có 

mặt của oxy có thể có từ hai nguồn, đó là oxy không khí hấp phụ trên bề mặt và từ 

nguồn nguyên liệu axit boric. Điều đặc biệt cần lưu ý ở đây là sự có mặt của B với 

một cực đại ở 193,6 eV đặc trưng co liên kết C-NB [*]. Điều này chứng minh rằng B 

đã được pha tạp trong mạng g-C3N4. 

* S. C. Yan, Z. S. Li, and Z. G. Zou, Photodegradation of Rhodamine B and Methyl 

Orange over Boron-Doped g-C3N4 under Visible Light Irradiation, Langmuir 2010, 

26(6), 3894–3901 

(Em đánh lại số tài liệu tham khảo và đưa xuống phần TLTK) 











Hình 3.13. Phổ XPS của C1s, N1s, O1s và B1s có trong mẫu MB-9/1-500. 

3.2 KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TỔNG 

HỢP 

3.2.1. Phương pháp xác định nồng độ xanh methylen 

Để có cơ sở xác định đường chuẩn xanh metylen, phổ UV – Vis của dung 

dịch xanh methylen được đo và trình bày ở hình 3.14. 











Hình 3.14. Phổ UV-Vis của dung dịch xanh methylene. 

Dựa vào phổ này, một sự phụ thuộc độ hấp thụ ở bước sóng 663 nm theo nồng 

độ của xanh metylen được trình bày trong hình 3.15. 

Hình 3.15. Sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ UV-Vis của dung dịch xanh 

methylen ở bước sóng 663 nm theo nồng độ. 

3.2.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang 

Để khảo sát hoạt tính xúc quang của các vật liệu sau khi biến tính, chúng tôi đã 

tiến hành thí nghiệm phân hủy dung dịch xanh methylen dưới điều kiện ánh sáng đèn 


dây đốt vonfram công suất 100W có kết hợp kính lọc tia UV. Sau khi khuấy hỗn hợp 










phản ứng trong bóng tối 2 giờ, hỗn hợp phản ứng được khuấy dưới ánh sáng đèn dây 

đốt được chắn bởi kính lọc tia UV trong một cốc hở. Theo thời gian, cường độ màu 

của dung dịch nhạt dần. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C 0 theo thời gian được thể 

hiện ở các hình 3.16 và 3.17, trong đó C 0 là nồng độ của dung dịch xanh methylen sau 

khi chạy 2 giờ trong bóng tối và C là nồng độ của dung dịch xanh methylene ở thời 

gian phản ứng t. 

Đầu tiên chúng tôi khảo sát hoạt tính xúc tác quang đối với các mẫu có cùng 

nhiệt độ 500 0 C. 

Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C 0 của xanh methylene theo thời gian 

phản ứng t trên các vật liệu ở 500 0 C. 

Hình 3.16 cho thấy trong 2 giờ hấp phụ thì nồng độ giảm không đáng kể so với 

quá trình chiếu sáng, điều đó có nghĩa là quá trình hấp phụ đối với các vật liệu trên là 

không đáng kể mà yếu tố chính để nồng độ xanh methylene giảm là do quá trình xúc 

tác quang. Đồ thị cho thấy hiệu suất xúc tác quang rất cao, hầu hết đều cho hiệu suất 

trên 50% và cao nhất là mẫu vật liệu TUB-9/1-500 cho hiệu suất gần như tuyệt đối H 











= 99,05%. Bên cạnh đó các vật liệu khác cũng cho hiệu suất cao như MTUB-7/2/1- 

500 (88,25%), CTU-9/1-500 (74,11%). 

Sau đó chúng tôi khảo sát quá trình xúc tác quang ở nhóm vật liệu 550 0 C và 

thu được kết quả cũng rất khả quang trong hình 3.17. 

Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C 0 của xanh methylene theo thời gian 

phản ứng t trên các vật liệu ở 550 0 C. 

Kết quả xúc tác quang của các vật liệu ở nhiệt độ 550 0 C cũng tốt như các mẫu 

500 0 C. Điều này có thể lý giải rằng mặc dù ở 2 nhiệt độ khác nhau nhưng về màu sắc, 

cấu trúc tinh thể và khả năng hấp phụ bước sóng của những vật liệu cùng chất pha tạp 

và cùng chất nền là tương tự nhau đối với từng cặp vật liệu nên cho hiệu quả xúc tác 

không khác nhau nhiều. Ở nhiệt độ 550 0 C thì mẫu có hiệu suất cao nhất là TUB-9/1- 

550 với H = 96,04% sau 7 giờ chiếu sáng. 

Giữa các vật liêu khác nhau thì sự chênh lệch về hiệu suất là khác nhau, nhưng 

ở cả 2 nhiệt độ trên thì vật liệu TUB-9/1- T đều cho kết quả vượt trội hơn các vật liệu 

khác, điều đó cho thấy sự pha tạp cùng lúc B và S trên chất nền là Thiourea đã mang 











đến hiệu quả như mong đợi. Kết quả về hiệu suất xúc tác quang được trình bày trong 

bảng 3.4. 

Bảng 3.4. Tổng hợp hiệu suất xúc tác quang của vật liệu 

ST 

T 

Mẫu vật liệu 

Phần trăm 

chuyển hóa 

(%) 

STT Mẫu vật liệu Phần trăm 

chuyển hóa 

(%) 

1 MTU-9/1-500 67.40 7 CB-9/1-500 31.30 

2 MTU-9/1-550 33.52 8 CB-9/1-550 17.88 

3 MB-9/1-500 54.71 9 CTU-9/1-500 74.11 

4 MB-9/1-550 51.11 10 CTU-9/1-550 74.53 

5 MTUB-7/2/1-500 88.25 11 TUB-9/1-500 99.05 

6 MTUB-7/2/1-550 57.15 12 TUB-9/1-550 96.04 

Dể nghiên cứu động học quá trình phản ứng, chúng tôi áp dụng mô hình 

Langmuir-Hinshelwood và kết quả thu được như sau (hình 3.18, 3.19). 












Hình 3.18. Đồ thị mô phỏng mô hình Langmuir-Hinshelwood của các mẫu vật 

liệu ở 500 0 C. 










Hình 3.19. Đồ thị mô phỏng mô hình Langmuir-Hinshelwood của các mẫu 

vật liệu ở 550 0 C. 

Qua các đồ thị được thiết lập thì chúng ta có thể thấy rằng các giá trị trong đồ 

thị gần như tuyến tính và nằm trên đường thẳng với những mức độ chính xác khác 

nhau. Do đó, có thể khẳng định rằng các vật liệu trên tham gia quá trình xúc tác 

quang theo mô hình Langmuir-Hinshewood. Từ việc vẽ đồ thị đó chúng ta dễ dàng 

xác định được hằng số tốc độ phản ứng k và được tổng hợp trong bảng 3.5. 











Bảng 3.5. Bảng tổng kết số liệu hằng số tốc độ theo mô hình Langmuir-Hinshewood 

STT Mẫu vật liệu Hằng số tốc độ k Hệ số hồi quy 

1 MTU-9/1-500 0.15754 0.97224 

2 MTU-9/1-550 0.05317 0.93119 

3 MB-9/1-500 0.12170 0.95836 

4 MB-9/1-550 0.10202 0.93047 

5 MTUB-7/2/1-500 0.32985 0.98020 

6 MTUB-7/2/1-550 0.11878 0.97256 

7 CB-9/1-500 0.05322 0.95722 

8 CB-9/1-550 0.02792 0.97256 

9 CTU-9/1-500 0.19052 0.99776 

10 CTU-9/1-550 0.21393 0.97809 

11 TUB-9/1-500 0.67785 0.99078 

12 TUB-9/1-550 0.52758 0.94938 

Qua kết quả trên, ta thấy hằng số tốc độ phản ứng và hệ số quy hồi có sự khác 

biệt nhau giữa các vật liệu và mang tính đặc trưng. Dẫn đầu trong số đó là nhóm vật 

liệu pha tạp cùng lúc B và S cho hằng số tốc độ cao nhất: TUB-9/1-500 có k=0.67785 

có R 2 = 99,078 và mẫu TUB-9/1-550 có k = 0.52758 có hệ số hồi quy 0.94938. Từ 

đây chúng ta có thể kết luận rằng TUB-9/1-500 là mẫu vật liệu cho hoạt tính xúc tác 

quang tốt nhất trong số 12 mẫu điều chế được. 

Như đã trình bày trong phần Tổng quan tài liệu, cơ chế phản ứng xúc tác 

quang có giai đoạn trung gian là sự thành các gốc tự do. Để khẳng định nhận định 

này, nhiều tác giả đã sử dụng các chất dập tắt (quencher) các chất trung gian làm cho 

chúng không hoạt động được. Để thăm dò vai trò các chất trung gian, chúng tôi chọn 

mẫu tốt nhất là TUB-9/1-500 để tiếp tục tiến hành khảo sát. Như đã trình bày ở trên, 

trong phản ứng xúc tác quang, chính các electron quang sinh và lỗ trống quang sinh là 

nguyên nhân dẫn đến các quá trình hóa học xảy ra bao gồm quá trình oxi hóa đối với 

h + VB và quá trình khử đối với e - CB. Dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích 

hợp, các electron và lỗ trống chuyển đến bề mặt và tương tác với một số chất bị hấp 


R 2 








thụ như nước và oxy tạo ra những chất tự do trên bề mặt chất bán dẫn như HO • • 

, O − 

2 

, 



H 2 O 2 , O 2 đóng vai trò quan trọng trong cơ chế quang phân hủy các hợp chất hữu cơ. 

Để đánh giá ảnh hưởng của các tác nhân này đến quá trình quang phân hủy các hợp 

chất hữu cơ trên TUB-9/1-500, chúng tôi tiến hành quá trình chạy xúc tác quang với 

sự hiện diện của các chất dập tắt khác nhau. Các chất này là những hóa chất có tác 

dụng cản trở hoạt động của một tác nhân nhất định trong phản ứng phân hủy bằng 

cách bắt giữ chúng trong suốt quá trình thí nghiệm quang xúc tác. Trong đề tài, chúng 

tôi đã sử dụng các quencher khác nhau đó là 1,4-Benzoquinone được sử dụng để bẫy 

• 

các gốc anion ( O 

− 2 

) và các gốc hydroxyl (OH - ) được bẫy bởi tert-butanol. Các 

quencher này được cho cùng với 0,12g mẫu TUB-9/1-500, 120ml xanh metylen ngay 

tại thời điểm ban đầu với nồng độ 0,12 mM và 12ml về thể tích . Các bước tiếp theo 

thực hiện tương tự như quá trình chạy xúc tác quang. Kết quả thu được thể hiện bởi 

các đồ thị trong Hình 3.120. Trong 3 chất dập tắt sử dụng, chất 1,4-Benzoquinone 

• − 

làm cho tốc độ phản ứng giảm. Điều này có thể dự đoán rằng vai trò của gốc ion O2 

đóng môt vai trò quan trọng trong quá trình xúc tác. 


Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc C/C 0 của xanh methylene theo thời 

gian phản ứng t khi có các quencher trên vật liệu TUB-9/1-500. 










KẾT LUẬN 

Từ các kết quả thu được ở trên, một số kết luận được rút ra như sau. 

1. Chúng tôi đã tổng hợp được 12 mẫu từ 3 nguồn nguyên liệu ban đầu 

khác nhau đó là melamine, urea, thiourea và axit boric và thiourea như là nguồn pha 

tạp ở 2 điều kiện nhiệt độ 500 0 C, 550 0 C. Bằng các phương pháp đặc trưng như nhiễu 

xạ tia X, IR và đặc trưng UV-Vis trạng thái rắn đã cho thấy sự hình thành của cấu 

trúc g-C 3 N 4 với những số liệu phù hợp với các công bố trước đó về g-C 3 N 4 . 

2. Tất cả các mẫu thu được đều thể hiện tính chất xúc tác quang trong 

vùng ánh sáng khả kiến và quá trình xúc tác tuân theo mô hình Langmuir- 

Hinshelwood. Trong 12 mẫu thu được, mẫu TUB-9/1-500 có hoạt tính tốt nhất. 

3. Bằng cách sử dụng các quencher, cơ chế xúc tác quang đã được đề 

• 

nghị. Theo đó các tác nhân trung gian trong cơ chế này là các gốc anion ( O 

− 2 

) sau đó 

là gốc hydroxyl (OH - ).

TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH g-C3N4 THEO HƯỚNG TĂNG HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG TRONG VÙNG ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?