NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU CeO2/TiO2 NANO ỐNG VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC PHÂN HỦY QUANG HÓA TRONG VÙNG KHẢ KIẾN

(4f 0 ). Vì thế, sự kết hợp CeO 2 với oxit bán dẫn TiO 2 đã cải thiện hoạt tính xúc tác
quang hóa của TiO 2 trong vùng bức xạ khả kiến c ng nhƣ nâng cao khả n ng xúc
tác quang hóa của vật liệu pha tạp CeO 2 /TiO 2 -NTs có thể là do tƣơng tác hợp lực
(synergetic effects) xuất hiện giữa hai oxit pha tạp TiO 2 và CeO 2 mà cụ thể là do sự
có mặt của vùng tiếp giáp dị thể (heterojunction) giữa TiO 2 và CeO 2 trong vật liệu
tổng hợp và do sự có mặt của ion Ce 3+ với một electron chiếm mức orbital 4f ở bề
mặt chung tiếp xúc giữa hai oxit.
Kết quả XPS cho thấy trong vật liệu tổng hợp CeO 2 /TiO 2 -NTs xuất hiện ion
Ce 3+ và chúng tôi cho rằng sự có mặt của Ce 3+ dẫn đến sự chiếm mức 4f (4f 1 ) với
thế thấp hơn so với TiO 2 , tƣơng ứng với vùng n ng lƣợng mới trong n ng lƣợng
vùng cấm – cho phép sự hấp thụ bức xạ khả kiến thông qua sự chuyển electron từ
orbital 4f sang orbital 5d [74], [129], [198]. Chính vì thế mà giá trị n ng lƣợng vùng
cấm E g của vật liệu CeO 2 /TiO 2 -NTs ứng với các tỉ lệ pha tạp khác nhau giảm đáng
kể xuống dƣới 2,7 eV. Bức xạ khả kiến có thể kích thích các electron từ vùng hóa
trị đến mức trung gian Ce 4f (có thế n ng khoảng 1,9 eV [13]) hoặc từ mức Ce 4f
đến vùng dẫn, hình thành cặp điện tử - l trống [102]. Mặt khác, thế oxi hóa khử
của cặp Ce 3+ /Ce 4+ có giá trị khoảng +1,64 eV/NHE [67] nh hơn nhiều so với E VB
và lớn hơn nhiều so với E CB của CeO 2 và cả TiO 2 , chứng t các electron quang sinh
ở vùng dẫn của cả hai oxit này đều có thể khử Ce 4+ thành Ce 3+ và các l trống trên
vùng hóa trị của CeO 2 và TiO 2 đều có thể oxi hóa Ce 3+ thành Ce 4+ . Các ion Ce 4+ và
Ce 3+ có thể lập tức chuyển điện tích cho các cấu tử có mặt trong môi trƣ ng phản
ứng, làm giảm tốc độ tái kết hợp của các phần tử mang điện tích [141].
Mặt khác, khi kết hợp hai oxit bán dẫn loại n là TiO 2 và CeO 2 với nhau, theo
nhƣ mô hình của Anderson, vùng tiếp giáp dị thể cấu trúc n-n loại II [131] đƣợc
hình thành giữa hai oxit này, và khi cân bằng nhiệt động đƣợc thiết lập, trƣ ng điện
tích bên trong (the inner electric field) c ng đƣợc tạo ra ở bề mặt chung (interface)
giữa TiO 2 và CeO 2 . Khi đƣợc chiếu sáng bằng bức xạ khả kiến, CeO 2 đóng vai tr
là chất cảm quang (photosensitizer) có thể bị kích thích và hình thành cặp electron -
l trống quang sinh nhƣ đã phân tích ở trên. Dƣới tác dụng của trƣ ng điện tích bên
trong, các electron quang sinh trên CeO 2 có thể di chuyển dễ dàng đến vùng dẫn của
98