So sánh TiO2 dạng anatase và rutile cho ứng dụng quang xúc tác phân hủy chất ô nhiễm. a. So sánh cấu trúc tinh thể, khe năng lượng, và hiệu suất quang xúc tác. b. Nêu cách sửa bề mặt (doping, phủ kim l...

a. **So sánh cấu trúc tinh thể, khe năng lượng và hiệu suất quang xúc tác:** - **Cấu trúc tinh thể**: - **TiO2 dạng anatase**: Cấu trúc tetragonal, có 4 công thức đơn vị trong một ô mạng. Anatase thường có tính chất quang xúc tác tốt hơn trong điều kiện ánh sáng mặt trời. - **TiO2 dạng rutile**: Cũng có cấu trúc tetragonal nhưng với 2 công thức đơn vị trong một ô mạng. Rutile có độ ổn định nhiệt cao hơn và thường được xem là dạng ổn định nhất của TiO2. - **Khe năng lượng**: - **TiO2 anatase**: Khe năng lượng khoảng 3.2 eV, cho phép hấp thụ ánh sáng UV tốt nhưng không hấp thụ được ánh sáng trong dải khả kiến. - **TiO2 rutile**: Khe năng lượng khoảng 3.0 eV, cũng chủ yếu hấp thụ ánh sáng UV nhưng có một số nghiên cứu chỉ ra rằng rutile có thể hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng cao hơn do khả năng di chuyển electron tốt hơn. - **Hiệu suất quang xúc tác**: - Anatase thường cho hiệu suất quang xúc tác cao hơn trong các ứng dụng phân hủy chất ô nhiễm do khả năng tạo ra electron - lỗ trống tự do nhiều hơn. Rutile mặc dù ổn định hơn nhưng hiệu suất quang xúc tác thấp hơn so với anatase. b. **Cách sửa bề mặt (doping, phủ kim loại) để mở rộng dải hấp thụ sang vùng khả kiến:** - **Doping**: Sử dụng các nguyên tố như Nitơ (N), Carbon (C) hoặc Sulfur (S) để thay thế cho oxy trong cấu trúc TiO2 có thể tạo ra các mức năng lượng mới trong khe năng lượng, từ đó cho phép TiO2 hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. - **Phủ kim loại**: Các kim loại như Platinum (Pt), Palladium (Pd) hoặc vàng (Au) có thể được phủ lên bề mặt TiO2 để tạo ra các cặp electron - lỗ trống hiệu quả hơn, giúp cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến. c. **Đề xuất thí nghiệm để đánh giá hiệu quả phân hủy một chất hữu cơ mô hình:** - **Mẫu chất hữu cơ mô hình**: Có thể sử dụng methylene blue (MB) hoặc phenol làm chất ô nhiễm mô hình. - **Thiết lập thí nghiệm**: 1. Chuẩn bị dung dịch chất hữu cơ với nồng độ xác định trong một bình phản ứng. 2. Thêm một lượng nhất định TiO2 anatase và rutile vào dung dịch. 3. Chiếu ánh sáng UV hoặc ánh sáng khả kiến lên hỗn hợp trong một khoảng thời gian nhất định. 4. Lấy mẫu dung dịch tại các thời điểm khác nhau và phân tích bằng phương pháp quang phổ UV-Vis để đo nồng độ chất hữu cơ còn lại trong dung dịch. 5. Đánh giá hiệu quả phân hủy dựa trên tỷ lệ phần trăm giảm nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian. Qua thí nghiệm này, chúng ta có thể so sánh hiệu quả quang xúc tác giữa TiO2 dạng anatase và rutile.