Nghiên cứu tổng hợp graphene và TiO2 bằng phương pháp điện hóa plasma và định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường

Nhằm kết hợp giữa phương pháp điện hóa truyền thống và plasma điện ly thành một phương pháp thống nhất theo một cách thức điều khiển được để chế tạo nhanh cả graphene và TiO2 theo các yêu cầu riêng với hiệu suất cao.

Cụ thể là, tìm ra quy trình điều khiển các phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực theo một mục tiêu xác định trước để chế tạo ra graphene hoặc TiO2 tùy theo các mục đích riêng, nhóm nghiên cứu do ông Đặng Văn Thành, Trường Đại học Y Dược đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp graphene và TiO2 bằng phương pháp điện hóa plasma và định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường”. Sự phụ thuộc của tính chất điện, điện hóa, xúc tác quang và cấu trúc vào các thông số chế tạo sẽ được nhóm nghiên cứu xem xét một cách chi tiết và hệ thống trong đề tài này. Một mục tiêu quan trọng khác của đề tài là bước đầu định hướng ứng dụng các vật liệu chế tạo được vào xử lý môi trường và mở rộng phương pháp này cho việc chế tạo vật liệu graphene từ các điện cực graphite đã sử dụng trong các loại pin khác nhau.

Các nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu chế tạo các vật liệu graphene và TiO2 bằng phương pháp điện hóa plasma.

- Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, thành phần hóa học, hình thái bề mặt, diện tích bề mặt riêng... của các vật liệu chế tạo được.

- Nghiên cứu khả năng xử lý màu và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý màu của các vật liệu graphene và TiO2 đối với một số phẩm nhuộm như: Reactive yellow 145, thuốc nhuộm xanh hoạt tính (RB19), Basic violet 4 (BV4) theo phương pháp hấp phụ.

- Đo COD, TOC trong một số phẩm nhuộm: Reactive yellow 145, Thuốc nhuộm xanh hoạt tính (RB19), Basic violet 4 (BV4)... trước khi hấp phụ và sau khi hấp phụ bằng vật liệu graphene và TiO2 đã chế tạo được.

- Mở rộng phương pháp cho việc chế tạo graphene từ các điện cực graphite đã sử dụng trong các loại pin khác nhau.

- Xây dựng luận cứ kĩ thuật và kinh tế cho việc sản xuất khối lượng lớn graphene và TiO2.

Cùng với các phương pháp thực nghiệm, bao gồm cả việc chế tạo mẫu và phân tích kết quả, các phương pháp sẽ được sử dụng trong đề tài gồm:

Thay đổi các thông số kỹ thuật để chế tạo các mẫu graphene và TiO2. Nghiên cứu đặc trưng của vật liệu nhận được tương ứng để tìm ra cách thức điều khiển các phản ứng điện hóa và tối ưu hóa quy trình trình chế tạo mẫu.

Hình thái học, cấu trúc của vật liệu chế tạo được nghiên cứu thông qua các phép đo như: Nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ Raman, hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi lực nguyên tử (AFM), tán sắc năng lượng tia X (EDX).

Tính chất quang xúc tác sẽ được xác định thông qua phản ứng quang xúc tác và phép đo phổ hấp thụ.

Tính chất điện và điện hóa của mẫu được nghiên cứu bằng phép đo điện trở 4 mũi dò, phép đo điện hóa và phép đo phổ tổng trở.

Tính chất quang được nghiên cứu qua các phép đo: tán xạ Raman, phổ hấp thụ, FTIR, truyền qua và phản.

Sau 36 tháng triển khai, nhóm nghiên cứu đề tài đã thu được các kết quả như sau: Đã tìm ra phương pháp mới chế tạo nhanh graphene sử dụng điện cực catot bằng thanh graphite để tạo plasma và một thanh graphite làm anot cho chế tạo cho phản ứng bóc tách graphite dạng khối thành các lớp mỏng graphene dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm trong dung dịch chất điện ly basic với thời gian phản ứng ngắn ngay tại điều kiện áp suất khí quyển. Các kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) cho thấy vật liệu graphene chế tạo được có kích thước từ 2 - 6µm, với chiều dày khoảng 2,5 nm tương ứng với khoảng 7 lớp graphene. Vật liệu graphene nhận được sau đó được kết hợp với TiO2 thành lớp màng cấu trúc xốp graphene/ TiO2 ứng dụng cho phản ứng quang điện hóa. Các kết quả khoa học của đề tài là mới thể hiện qua đã công bố thành công trên 2 tạp chí ISI uy tín Ultrasonics Sonochemistry và Materials Letters. Các vật liệu nhận được có giá trị thực tiễn và có thể mở rộng cho các ứng dụng cho các nghiên cứu sau.

Kết quả đề tài đã được công bố quốc tế trên Journal of Electronic Materials và Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnolog.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14819/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

Theo Vista.gov.vn