Nghiệm thu cấp Cơ sở đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2020-MDA-11 do TS Nguyễn Mạnh Hùng làm chủ nhiệm

Chế tạo thành công vật liệu Ag₃PO₄ kết hợp vật liệu từ tính có hiệu suât quang xúc tác cao trong vùng ánh sáng khả kiến và thu hồi vật liệu băng từ trương

Tính mới và sáng tạo:

- Chế tạo thành công vật liệu từ tính CoFe₂O₄, Fe₃O₄, vật liệu tổ hợp Ag₃PO₄/Fe₃O₄, Ag₃PO₄/CoFe2O₄;

- Đánh giá được hiệu suất quang xúc tác của các hệ vật liệu chế tạo, xác định được vai trò của điện tử và lỗ trống ảnh hưởng tới hiệu xuất quang xúc tác;.

- Đánh giá được hiệu suất quang xuc tác của vật liệu composite Ag₃PO₄/CoFe₂O₄ với tỉ lệ mol APO:CFO thay đổi từ 9:1 đến 5:5. Thử nghiệm thu hồi vật liệu composite Ag₃PO₄/CoFe₂O₄ bằng từ trường.

Kết quả nghiên cứu:

- Đã xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu Ag₃PO₄ bằng phương pháp đồng kết tủa; phương pháp đồng kết tủa kết hợp xử lí nhiệt và phương pháp đồng kết tủa kết hợp phương pháp thủy nhiệt. Vật liệu Ag₃PO₄, Ag₃PO₄ pha tạp Ni, Au, Ag đã được chế tạo bằng phương phát đồng kết tủa, phương pháp đồng kết tủa kết hợp thủy nhiệt, chiếu tia UV. Chế tạo vật liệu từ tính CoFe₂O₄, Fe₃O₄, vật liệu tổ hợp Ag₃PO₄/Fe₃O₄, Ag₃PO₄/CoFeO₄.

- Vật liệu AgPOkết tinh đơn pha cấu trúc. Khi thay đổi tỉ phần nồng mol độ Ag/PO₄^3-, có sự thay đổi về kích thước hạt, ảnh hưởng đến liên kết và hằng số mạng tinh thể của vật liệu Ag₃PO₄ chế tạo được. Tỉ phần nồng mol độ Ag/PO³ là 3/1,5 là tỉ phần tối ưu để tổng hợp vật liệu AgPObằng phương pháp đồng kết tủa trong điều kiện nghiên cứu. Vật liệu Ag₃PO₄ chế tạo được có cấu trúc tinh thể dạng lập phương, thuộc nhóm không gian P4-3n. Kích thước hạt ước lượng được trong khoảng 200-300 nm. Vật liệu chế tạo được có bờ hấp thụ ở khoảng 500 nm và độ rộng vùng cấm cỡ 2,43 eV. Tỉ lệ Ag/ PO^3- của muối tiền chất có ảnh hưởng gián tiếp đến khả năng quang xúc tác của vật liệu. Mẫu Ag₃PO₄ được chế tạo với tỉ lệ 3:1,5 cho kết quả quang xúc tác tốt nhất, phân hủy hoàn toàn RhB 10 ppm sau 15 phút chiếu sang bằng đèn Xenon và 60 phút chiếu sang bằng ánh sáng Mặt trời tự nhiên (cường độ 32768 lx, nhiệt độ 56^OC). Muối tiền chất khác nhau chứa gốc PO₄ ảnh hưởng đến khả năng quang xúc tác của vật liệu, mẫu Ag₃PO₄ được chế tạo với tiền chất muối chứa gốc PO₄ là KHPOcho kết quả quang xúc tác tốt nhất, phân hủy hoàn toàn RhB 10 ppm sau 7 phút chiếu sang bằng đèn Xenon.

- Vật liệu Ag₃PO₄, Ag₃PO₄ pha tạp Ni, Au, Ag chế tạo theo các phương pháp này đều kết tinh đơn pha cấu trúc. Vật liệu AgPO/Au với nồng độ 0,5 %mol cho hiệu suất quang xúc tác cao trong dải nồng đô khảo sát 0-2,5 %mol. Điện tử tự do đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang xúc tác của vật liệu AgPO. AgPOpha tạp Ni, Ag nồng độ thấp cho hiệu suất quang xúc tác không thay đổi so với Ag₃PO₄ do khả năng phân hủy chất hữu cơ của vật liệu nền rất cao. Vật liệu AgPOtổ hợp Au, Ag đã được khảo sát.

- Đã nghiên cứu cấu trúc, tính chất của vật liệu composite Ag₃PO₄/CoFe₂O₄ với tỉ lệ mol APO:CFO thay đổi từ 9:1 đến 5:5. Quan sát thấy sự phân tán đều và bám dính của hạt CFO lên bề mặt APO. Độ hấp thụ của vật liệu composite trong vùng khả kiến (530-700nm) tăng dần khi giảm tỉ lệ mol APO:CFO từ 9:1 đến 5:5. Sự kết hợp với vật liệu CFO làm giảm độ rộng vùng cấm của vật liệu APO. Tỉ lệ tổ hợp ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác phân huỷ RhB khi kích thích bằng ánh sáng đèn Xenon. Mẫu C9:1 cho hiệu suất quang xúc tác tốt và độ bền vật liệu cao: Phân huỷ 95,5% RhB trong dung dịch với 75 phút chiếu sáng và thu hồi 75,3% khối lượng mẫu sau 3 chu kì quang xúc tác.

- Đã nghiên cứu cấu trúc, tính chất của vật liệu composite Ag3PO4/Fe3O4 với tỉ lệ mol APO:FFO thay đổi từ 9:1 đến 5:5. Các hạt FFO có dạng hình giả cầu, cấu trúc khá đồng đều với kích thước hạt khoảng từ 13-17 nm phân tán và bám dính lên bề mặt APO có kích giả cầu 250-350 nm. Độ rộng vùng cấm của vật liệu trong khoảng 1,6-2,1 eV tùy theo tỉ lệ mol APO:FFO. Tỉ lệ tổ hợp cũng ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác trong đó mẫu F9:1 cho hiệu suất đạt 91% sau 240 phút chiếu sáng bằng đèn Xenon. Mẫu F9:1 cho khả năng thu hồi vật liệu tốt với 88,9% khối lượng mẫu được thu hồi sau 2 chu kì quang xúc tác.

 Sản phẩm của đề tài:

- Sản phẩm khoa học:

- 02 bài báo đăng trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI/Scopus;

- 01 bài báo đăng trên tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước;

- 04 báo cáo khoa học tại hội nghị, hội thảo chuyên ngành.

- Sản phẩm đào tạo:

+ Đào tạo thạc sĩ: 02 thạc sĩ đã tốt nghiệp và được cấp bằng;

- Sản phẩm ứng dụng:

- Quy trình  chế tao Ag3PO4 kết hợp vật  liệu  từ có  hoạt  tính  quang  xúc tác  cao  và  có  thể thu  hồi  được băng từ trường.

- 200 g mẫu vật liệu composite Ag3PO4/vật liệu từ

Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:

Phương thức chuyển giao:

- Ngoài các kết quả khoa học đã được công bố trên các tạp chí khoa học, kỷ yếu hội nghị và sản phẩm đào tạo, các sản phẩm khác của đề tài sẽ được chuyển giao cho các đơn vị nghiên cứu ứng dụng và đào tạo sau đại học.

- Kết quả nghiên cứu được chuyển giao bằng báo cáo tổng kết được hội đồng đánh giá thông qua.

Địa chủ ứng dụng:

- Ngành Khoa học vật liệu có nghiên cứu ứng dụng.

- Trung tâm Khoa học & Công nghệ Nano và Khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

- Bộ môn Vật lí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

- Các viện nghiên cứu, trường đại học có đào tạo sau đại học chuyên ngành Vật lí chất rắn, Khoa học vật liệu