HIỆN TƯỢNG QUANG XÚC TÁC VÀ ỨNG DỤNG

1. GVHD: Th.s NGUYỄN THANH LÂM
SVTH: NGÔ THỊ NGÂN HÀ ( 1113113)
TRẦN NGỌC PHƯƠNG UYÊN(1113489)
HIỆN TƯỢNG
QUANG XÚC TÁC (TiO2)
VÀ ỨNG DỤNG

2. MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN
THIẾT
 Tài liệu công nghệ nano:
http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%2
0lop/seminar.html
 https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1Mt
RXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

3. NỘI DUNG
I.
• QUANG XÚC TÁC LÀ GÌ??
• GIỚI THIỆU VẬT LIỆU TIO2
II.
• CẤU TRÚC VẬT LIỆU TIO2
III.
• TÍNH CHẤT VẬT LIỆU TIO2
IV.
• ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TIO2

4. Giải Pháp:Thực Trạng

5. KHÁI NIỆM
Quang xúc tác là hiện tượng sử dụng ánh sáng để
kích hoạt các phản ứng hoá học.

6. ĐÁP ỨNG: TITANIUM DIOXIDE (TIO2)
 Ổn định hoá học
 Không gây độc
 Giá thành thấp

7. - Anatase
- Rutile
- Brookite

8. Cấu trúc rutile,
anatase, brookite đều được
xây dựng từ các đa diện
phối trí 8 mặt Ti06.

9. - Không bền, khả năng chịu nhiệt kém
- Hoạt tính quang xúc tác cao nhất
- Chuyển sang pha rutile ở nhiệt độ 915o
C
- Bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục c
tinh thể kéo dài
- Độ rộng khe năng lượng: 3,23eV
- Khối lượng riêng: 3,9g/cm3

10. - Là dạng phổ biến,bền nhất của Ti02.
- Có độ xếp chặt so với 2 pha còn lại
- Có cấu trúc lập phương nên bền vững và có khả
năng chịu nhiệt cao.
- Bát diện, tiếp xúc nhau ở đỉnh.
- Độ rộng khe năng lượng: 3,02eV
- Khối lượng riêng: 4,2g/cm3

11. - Khả năng xúc tác quang của Brookite yếu, hầu
như không có.
- Tốc độ chuyển pha Brookite sang Rutile nhanh
hơn pha Anatase sang Rutile. Quá trình xảy ra
hoàn toàn khi ở nhiệt độ 900C
- Độ rộng khe năng lượng: 3,4eV
- Khối lượng riêng: 4,1g/cm3

12. TIO2
TÍNH CHẤT CỦA
TIO2

13.  Là chất màu trắng. Khi đun nóng có màu vàng.
Khi làm lạnh thì trở lại màu trắng.
 Có độ cứng cao. Khó nóng chảy (1870
o
C)
 M=79,88 g/mol
 Trọng lượng riêng: 4,13 - 4,25 g/cm3

14. Tính chất Anatase Rutile
Điểm nóng chảy (oC) 1825 1825
Điểm sôi (oC) 2500 ~ 3000 2500 ~ 3000
Hấp thụ quang
Độ cứng Mohr 5.5 6.5 - 7
Chỉ số chiét suất 2.55 2.75
Hằng số điện môi 31 114
nm415nm385
• Có tính chất lưỡng tính
• Không tác dụng với nước, dd axit loãng
(trừ HF) và kiềm
• Tác dụng với axit khi đun nóng lâu, với
kiềm nóng chảy
Một vài tính chất vật lý của TiO2

15. I. TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TIO2
Nguyên tắc của quá trình xúc tác quang
Trong quá trình quang xúc tác khuếch tán trên bề mặt chất xúc tác sẽ
sản sinh ra e- và h+ => tính xúc tác quang hóa của bán dẫn
Electron khử các phân tử nhận e-
Lỗ trống oxi hóa các phân tử cho e-
Điều kiện để một chất có khả năng xúc tác quang:
Có hoạt tính quang hoá.
Có năng lượng vùng cấm thích hợp để hấp thụ
ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy.

16. QUÁ TRÌNH XÚC TÁC QUANG HÓA
Khuếch tán
chất phản ứng
tới bề mặt xúc
tác
Hấp thụ lên bề
mặt
Hấp thụ photon
và khuếch tán
đến bề mặt
Khuếch tán
các sản phẩm
vào pha khí
hoặc lỏng
Nhả hấp thụ
các sản phẩm
GĐSC: các phần tử tác bị kích thích tham gia vào
phản ứng với các chất hấp phụ lên bề mặt
GĐTC: giai đoạn phản ứng của các sản phẩm thuộc
giai đoạn sơ cấp
1 2 3
4
6 5

17. CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG
Các phân tử của chất tham gia phản ứng hấp
phụ lên bề mặt chất xúc tác gồm hai loại:
 Các phân tử có khả năng nhận e- (Acceptor)
 Các phân tử có khả năng cho e- (Donor)
Quá trình chuyển điện tử có hiệu quả hơn
nếu các phân tử chất hữu cơ và vô cơ bị hấp phụ
trước trên bề mặt chất xúc tác bán dẫn (SC).
hυ + (SC) e- + h+
A + e- A-
D + h+ D+

18. CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG

19. CƠ CHẾ XÚC TÁC QUANG

20. SỰ HÌNH THÀNH GỐC OH* VÀ O2
-
Chính các gốc OH* và O2
- với vai trò
quan trọng ngang nhau có khả năng phân hủy
các hợp chất hữu cơ thành H2O và CO2.

21. TÍNH SIÊU THẤM NƯỚC

22. TÍNH KỴ NƯỚC VÀ SIÊU THẤM ƯỚT

23. TÍNH KỴ NƯỚC VÀ SIÊU THẤM ƯỚT

24. Cơ chế chuyển từ tính kỵ nước sang tính ưa nước của TiO2 khi được
chiếu sáng

25. CƠ CHẾ CHUYỂN TỪ KỴ NƯỚC SANG SIÊU ƯA
NƯỚC:
Bề mặt kỵ nước của TiO2
Sự phân huỷ các chất hữu cơ làm
lộ nhóm –OH
Quá trình hấp phụ vật lý các phân tử
nước
Nước khuếch tán vào trong
bề mặt vật liệu

26. YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH NĂNG QUANG
XÚC TÁC:
 Phương pháp chế tạo
 Độ kết tinh của tinh thể
 Nhiệt độ nung
 Diện tích hiệu dụng bề mặt
 Khối lượng xúc tác
 Cường độ chiếu sáng

27. VẬT LIỆU TIO2 PHA TẠP
TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn. Năng lượng vùng
cấm của rutile là 3,0 eV và của anatase là 3,2 Ev nên chỉ
có tia UV < 388nm là có khả năng kích thích để tạo e- và
h+.
Giải pháp: là đưa kim loại hoặc phi kim vào để mở
rộng khả năng xúc tác quang hóa.

28. TIO2 PHA KIM LOẠI
TiO2 được biến tính bởi các kim loại chuyển tiếp như
W, V, Fe, Cr,… đã cho kêt quả tốt tăng cường tính chất
quang xúc tác trong vùng ánh sáng khả kiến.
Mn+ + hν M(n+1)+ + e-
Mn+ + hν M(n-1)+ + h+
Trong đó M và Mn+1 lần lượt là kim loại và
ion kim loại pha tạp.

29. TIO2 PHA PHI KIM
Còn việc biến tính bởi các phi kim như N, S, C, P,..
và các halogen cũng làm tăng hoạt tính của TiO2 trong
vùng ánh sánh khả kiến.
Không giống như các ion kim loại (cation), các anion
ít có khả năng hình thành các trung tâm tái hợp và do đó
nâng cao hiệu quả hoạt tính quang hoá hơn.

30. ỨNG DỤNG :
Phân huỷ
NO2
Khử mùi
Xử lí nước
Diệt khuẩn
Tự làm sạch
Tiêu diệt các tế bào
Ung Thư
Tách H2 từ
Nước

31. 1. TÁCH H2 TỪ NƯỚC

32. Tốc độ tái hợp của e--h+ quá
nhanh
Phản ứng tái hợp (O2 và H2)
Xảy ra trong vùng UV
Hiệu suất phân ly nước còn
thấp:
Giải pháp
Giảm kích thước hạt (d<10-15 nm)
Chuyển về vùng khả kiến

33. PHÂN HUỶ KHÍ NOX
 Tính chất Oxy hoá:
NO + 2 OH*  NO2 + H2O
NO2 + OH*  NO3
- + H+
 Tính chất Khử:
NOx NO3
-
O2
-

34. PHÂN HUỶ NOX

35. PHÂN HUỶ NOX
Bãi đậu xe bằng gạch ứng dụng quang xúc tác ở
Leien

36. PHÂN HUỶ NOX
Vỉa hè được
lát bằng gạch
ứng dụng ở
Nhật

37. KHỬ MÙI
Biểu đồ cho thấy khả
năng khử mùi của
TiO2

38. XỬ LÍ NƯỚC
 Tối thiểu hoá Trihalomethane trong quá trình xử lí
nước bằng Clorine

39. XỬ LÍ NƯỚC
Xử lí nước thuỷ cục Mô hình PC

40. DIỆT KHUẨN
Cơ chế diệt khuẩn

41. TỰ LÀM SẠCH
Với khả năng tự làm sạch, chất quang xúc tác
được ứng dụng để ngăn quá trình bám bẩn của đồ
dùng hàng ngày

42. TỰ LÀM SẠCH
Khả năng chống mờ của màng TiO2

43. TỰ LÀM SẠCH

44. DIỆT KHUẨN
Cơ chế diệt khuẩn
trong các thiết bị

45. REFERENCE:
 Màng quang xúc tác TiO2 chế tạo bằng phương pháp
phún xạ phản ứng magnetrondc (Vũ Thị Hạnh Thu,
Nguyễn Hữu Chí, Lê Văn Hiếu, Huỳnh Thành Đạt,
Phạm Kim Ngọc)
 Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to
Construction Materials (Yoshihiko Ohama-Van
Gemert)
 “Quang học Ứng Dụng” (TS. Lê Vũ Tuấn Hùng)

46. Cám ơn các bạn
đã quan tâm theo dõi
Cám ơn các bạn
đã quan tâm theo dõi
THANK YOU