Tính chất quang xúc tác của vật liệu nano TiO₂ pha tạp ion Ce³⁺ chế tạo bằng phương pháp sol-gel

Abstract

Trong nghiên cứu này, vật liệu nano TiO₂ pha tạp Ce³⁺ đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp sol-gel. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy vật liệu kết tinh ở pha anatase với cấu trúc tứ giác, trong đó ion Ce³⁺ thay thế một phần ion Ti⁴⁺ trong các vị trí bát diện. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy vật liệu có dạng hạt với kích thước tương đối đồng đều từ 30-50 nm. Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến tăng dần theo nồng độ pha tạp Ce³⁺. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ và quang xúc tác đối với thuốc nhuộm Direct Blue 71 (DB71) cho thấy mẫu TiO₂:5% Ce³⁺ đạt hiệu suất xử lý cao nhất (87,6%), vượt trội so với TiO₂ tinh khiết (40,1%). Hiệu quả quang xúc tác được cải thiện nhờ vai trò của ion Ce³⁺ trong việc hạn chế sự tái tổ hợp electron-lỗ trống và thúc đẩy hình thành các gốc oxy hóa mạnh thành ion Ce⁴⁺. Tuy nhiên, khi nồng độ Ce³⁺ vượt quá 5%, hiệu suất có xu hướng giảm do xuất hiện tâm tái tổ hợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu TiO₂ pha tạp Ce³⁺ có tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm.