Ảnh hưởng của hàm lượng tiền chất Cu(NO₃)₂ lên hoạt tính quang xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp sốc nhiệt

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Open Access Full Text Article Bài nghiên cứu
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,
ĐHQG-HCM, Việt Nam
Liên hệ
Huỳnh Thị Kiều Xuân, Trường Đại học Khoa
học Tự Nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam
Email: htkxuan@hcmus.edu.vn
Lịch sử
 Ngày nhận: 17-3-2021
 Ngày chấp nhận: 29-4-2021
 Ngày đăng: 09-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.1042
Bản quyền
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố
mở được phát hành theo các điều khoản của
the Creative Commons Attribution 4.0
International license.
Ảnh hưởng của hàm lượng tiền chất Cu(NO3)2 lên hoạt tính quang
xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp sốc nhiệt
Nguyễn Thế Luân, Lê Tiến Khoa, Hoàng Châu Ngọc, Nguyễn Hữu Khánh Hưng, Huỳnh Thị Kiều Xuân*
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
TÓM TẮT
Mẫu ZnO biến tính với Cu(NO3)2 được tổng hợp bằng phương pháp sốc nhiệt ở 500oC nhằm cải
thiện hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng UV và Vis. Nghiên cứu này quan tâm đến ảnh hưởng
của hàm lượng tiền chất Cu(NO3)2 biến tính (với các % tỉ lệ mol Cu:Zn = 0; 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0) lên
hoạt tính quang xúc tác của mẫu. Cấu trúc và hình thái của các mẫu xúc tác được khảo sát thông
qua các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), quang phổ hồng
ngoại (FTIR) và phổ quang điện tử tia X (XPS). Hoạt tính quang xúc tác được đánh giá thông qua
việc giảm cấp phẩm màu methylene xanh. Kết quả phân tích cho thấy cấu trúc tinh thể và hình
dạng hạt các mẫu biến tính không thay đổi đáng kể so với ZnO, trừ sự xuất hiện pha CuO khi tỉ lệ
mol Cu:Zn đạt 5,0%. Tuy nhiên, kết quả khảo sát bề mặt FTIR và XPS có sự khác biệt rõ rệt. Các mẫu
biến tính có sự biến đổi độ bền liên kết Zn-O và có sự gia tăng khuyết tật bề mặt. Tuy nhiên khi
tỉ lệ mol Cu:Zn đạt đến 5,0%, các biến đổi bề mặt ZnO giảm. Mẫu có tỉ lệ biến tính Cu 0,5% cho
hoạt tính tốt nhất (kUV = 6,901 giờ1 , kVIS = 0,224 giờ1) hơn ZnO 2,1 lần trong vùng UV và 1,3 lần
trong vùng Vis, trong khi mẫu có tỉ lệ 5,0% có hoạt tính thấp hơn cả ZnO ban đầu.
Từ khoá: ZnO biến tính Cu, quang xúc tác, sốc nhiệt, phổ quang điện tử tia X, biến tính bề mặt,
đồng nitrat, khuyết tật
GIỚI THIỆU
Vật liệu nano ZnO với các hình thái và tính chất khác
nhau đã và đang thu hút rất nhiều sự chú ý của các nhà
khoa học trong lĩnh vực quang xúc tác. Tuy nhiên, sự
tái tổ hợp nhanh chóng của electron và lỗ trống quang
sinh trong quá trình quang xúc tác đã làm giảm hiệu
suất lượng tử của ZnO và hoạt tính trong vùng khả
kiến còn thấp. Các nhà khoa học đã tiến hành pha tạp
các nguyên tố khác vào cấu trúc của ZnO với mong
muốn cải thiện các điểm yếu này. Các nghiên cứu cho
thấy khi hàm lượng pha tạp bé hơn 10% mol thì tính
chất quang học của vật liệu ZnO sẽ bị thay đổi1. Có
rất nhiều nguyên tố được đề xuất để biến tính vào cấu
trúc của ZnO như C, F, N, Ag, Cu, Mn, CeTrong
đó Cu được chú ý nhiều vì Cu có cấu hình electron và
bán kính khá tương đồng với Zn (RCu2+ = 87 pm và
RZn2+ =88 pm)2. Vật liệu nanoZnO sau khi biến tính
với Cu có sự tăng cường khả năng hấp thu trong vùng
Vis3,4, tăng cường khả năng phân tách các hạt mang
điện, tăng diện tích bề mặt riêng bằng cách tạo ra các
mức pha tạp khác nhau trong tinh thể ZnO 5,6. Có rất
nhiều phương pháp được dùng để biến tính ZnO với
Cu đã được công bố như đồng kết tủa, sol-gel, thủy
nhiệt, đốt cháy, đun hồi lưu, phân hủy hơi hóa học.
So với các phương pháp trên, phương pháp sốc nhiệt
là phương pháp đơn giản, nhanh chóng và có thể áp
dụng được trong quy mô phòng thí nghiệm.
Chúng tôi đã sử dụng phương pháp sốc nhiệt trên
các đối tượng biến tính khác nhau và thu được kết
quả khả quan7–12. Phương pháp sốc nhiệt sử dụng sự
thay đổi nhiệt độ đột ngột trongmột khoảng thời gian
ngắn gây ra những biến đổi sâu trên bề mặt vật liệu
nhưng không làm ảnh hưởng đến tính chất của cấu
trúc khối. Điều này rất phù hợp với việc chế tạo các
vật liệu xúc tác dị thể nơi mà các phản ứng chỉ xảy ra
trên bề mặt. Bên cạnh đó, phương pháp này còn tiết
kiệm năng lượng, thời gian điều chế và chi phí sản
xuất so với các phương pháp phức tạp khác. Chúng
tôi đã tiến hành biến tính sốc nhiệt ZnO với các tiền
chất chứa đồng khác nhau là Cu(CH3COO)2, CuSO4,
Cu(NO3)2. Kết quả cho thấy tiền chất Cu(NO3)2 cho
hoạt tính quang xúc tác cao hơn cả 12. Vì vậy, trong
nghiên cứu này chúng tôi tập trung chú ý vào tác động
của hàm lượng Cu(NO3)2 trong quá trình biến tính
sốc nhiệt ZnO lên cấu trúc, hình thái và hoạt tính
quang xúc tác trong cả 2 vùng UV và Vis.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Điều chế xúc tác ZnO tinh khiết
Muối rắn Zn(CH3COO)22H2Ođược cân 17,42 gam
sau đó thêm tiếp 160,0mL nước cất khuấy đến khi tan
Trích dẫn bài báo này: Luân N T, Khoa L T, Ngọc H C, Hưng N H K, Xuân H T K. Ảnh hưởng của hàm
lượng tiền chất Cu(NO3)2 lên hoạt tính quang xúc tác của ZnO biến tính với Cu bằng phương pháp
sốc nhiệt. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(3):1256-1265.
1256
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
hết thu được dung dịch A. Dung dịch B được chuẩn bị
bằng cách cân 10,00 gam H2C2O42H2O và hòa tan
trong 160,0 mL nước cất. Cho từ từ dung dịch B vào
dungdichA có khuấy từ thuđược hỗnhợphuyềnphù,
tiếp tục khuấy hỗn hợp trong vòng 1 giờ sau đó lọc rửa
kết tủa và sấy khô ở 120ºC trong vòng 1 giờ. Chất rắn
sau khi sấy được nghiền mịn và nung ở 500ºC trong
vòng 2 giờ thu được ZnO tinh khiết. Nhiệt độ nung
để phân hủy hoàn toàn ZnC2O4 được tham khảo dựa
trên nghiên cứu của M. Shamsipur 13.
Điều chế xúc tác ZnO biến tính với Cu
Tiến hành cân chính xác 0,5063 gam bột ZnO
tinh khiết và ngâm tẩm trong 10,00 mL dung dịch
Cu(NO3)2 xM sao cho tỉ lệ % nCu2+/nZnO = 0; 0,3;
0,5; 1,0; 2,0 và 5,0. Hỗn hợp sao khi tẩm được sấy
khô ở 150ºC trong vòng 3 giờ sau đó được sốc nhiệt ở
500ºC trong vòng 5 phút. Chất rắn sau khi sốc nhiệt
được rửa sạch với nước cất và sấy khô thu được ZnO
biến tính Cu ở các tỉ lệ khác  ...  trong vùng Vis. Mẫu CuNZO-5.0-500
có hoạt tính không thay đổi so với ZnO thậm chí giảm
nhẹ trong vùng UV.
BIỆN LUẬN
Kết quả phân tích XRD và TEM của các mẫu không
thấy có sự khác biệt nào đáng kể khi thay đổi hàm
lượng Cu(NO3)2 biến tính, chứng tỏ rằng quá trình
biến tính sốc nhiệt không làm thay đổi cấu trúc tinh
thể cũngnhưhình dạng của các hạt xúc tác. Tuy nhiên
các dữ liệu FTIR và XPS cho thấy sự biến đổi rõ rệt
tính chất bề mặt của các mẫu xúc tác khi hàm lượng
Cu biến đổi. Như vậy, sự thay đổi hoạt tính xúc tác
của cácmẫu biến tính chịu ảnh hưởng nhiều từ những
1260
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 3: Phổ FT-IR của ZnO và các mẫu biến tính
thay đổi trên bề mặt của vật liệu.
Phương pháp phân tích bề mặt FT-IR cho thấy hai
mẫu CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-500 (là 2 mẫu
có hoạt tính cao nhất) có sự thay đổi về hình dạng,
cường độ và vị trí của các mũi hấp thu so với ZnO
ban đầu. Tuy nhiên khi hàm lượng Cu tăng đến 5,0%
(mẫu CuNZO-5.0-500 có hoạt tính thấp nhất), vị trí
hấp thu của các mũi hầu như không thay đổi về cả
hình dạng lẫn cường độ so với ZnO ban đầu. Ngoài
ra, đây cũng là mẫu xuất hiện pha tạp CuO trên giản
đồ XRD. Từ các quan sát này có thể cho rằng việc biến
tính sốc nhiệt với hàm lượng Cu thấp đã ảnh hưởng
lên độ bền liên kết Zn-O trên bề mặt dẫn đến sự thay
đổi về hoạt tính quang xúc tác của các mẫu. Khi hàm
lượng Cu biến tính lên đến 5.0%, sự xuất hiện của pha
tạp CuO bên ngoài có xu hướng kéo các nguyên tử Cu
ra khỏi bề mặt ZnO làm cho tác nhân Cu không còn
ảnh hưởng quá nhiều đến độ bền liên kết bề mặt Zn-
O, kết quả là phổ FT-IR của mẫu này tương tự ZnO
và hoạt tính của chúng cũng vậy.
Kết quả XPS cho thấy có sự khác biệt rõ ràng về thành
phần bề mặt của các mẫu biến tính. Tỉ lệ O2/Zn2+
của mẫu ban đầu ZnO hoàn toàn trùng với tỉ lệ hợp
thức là 1,00, trong khi lại khác biệt trên hai mẫu
biến tính khảo sát CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-
500 cho thấy có sự xuất hiện các khuyết tật lỗ trống
trên bề mặt. Tỉ lệ O2/Zn2+ là 1,17 ở mẫu CuNZO-
0.5-500 đã chứng tỏ rằng trên bề mặt mẫu này có tồn
tại vị trí lỗ khuyết Zn; trong khi giá trị 0,97 của mẫu
CuNZO-1.0-500 thể hiện có khuyết tật lỗ trống O.
Một số công bố cho rằng 2 kiểu lỗ khuyết Zn và O đều
góp phần làm giảm sự tái tổ hợp của electron và lỗ
1261
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 4: Phổ XPS của O 1s và Zn 2p của các mẫu ZnO, CuNZO-0.5-500 và CuNZO-1.0-500
Hình 5: Đồ thị Ln(C0/Ct ) theo t của ZnO và các mẫu biến tính (a) trong vùng UV; (b) trong vùng VIS.
trống quang sinh, từ đó tăng cường hoạt tính quang
xúc tác23.
Ngoài ra, Hình 7 cho thấy các mẫu biến tính đều có
màu sắc khác với màu trắng của ZnO tinh chất, và
độ đậm màu tang khi hàm lượng Cu biến tính tăng.
Điều này cho thấy có khả năng luôn có một lượng rất
nhỏ CuO trên bề mặt vật liệu, lớp phủ này liên kết
với ZnO bên trong tạo thành kiểu liên kết p-n junc-
tion mà theo một số công bố việc hình thành liên kết
kiểu này cũng làm tăng cường hiệu suất phân tách các
hạt mang điện24. Tuy nhiên ảnh hưởng này lên hoạt
tính quang xúc tác (nếu có) theo chúng tôi sẽ không
tác động mạnh như khuyết tật trên bề mặt vì mẫu
CuNZO-5.0-500, có hàm lượng CuO cao nhất nhưng
bề mặt ZnO ít biến đổi nhất, có hoạt tính quang xúc
tác thấp nhất trong các mẫu khảo sát.
KẾT LUẬN
Quá trình sốc nhiệt ZnO với hàm lượng Cu(NO3)2
khác nhau từ 0,3 đến 5,0%mol không làm thay đổi cấu
1262
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
Hình 6: Giá trị hằng số tốc độ biểu kiến k giờ1 của ZnO và các mẫu biến tính
Hình 7: Màu sắc của các mẫu xúc tác
trúc tinh thể và hình thái của vật liệu mà chỉ tác động
đến tính chất bề mặt của các mẫu và làm xuất hiện
các lỗ khuyết Zn hay O trên bề mặt. Mẫu CuNZO-
0.5-500 có hoạt tính quang xúc tác tốt nhất trong cả
vùng UV và VIS với hằng số tốc độ phản ứng lần lượt
là kUV = 6,901 giờ1, kVIS = 0,224 giờ1. Khi hàm
lượng Cu(NO3)2 đạt 5,0% mol, có sự hình thành pha
CuO cùng với bềmặt ZnO ít biến đổi, hoạt tính quang
xúc tác giảm. Các kết quả này góp phần khẳng định
một lần nữa là các khuyết tất trên bềmặt (lỗ trống Zn,
O hoặc các nguyên tử Zn nằmở vị trí không cân bằng)
đã góp phần tăng cường khả năng phân tách electron
và lỗ trống quang sinh từ đó cải thiện hoạt tính quang
xúc tác của các mẫu.
LỜI CẢMƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Vietnam National
Foundation for Science andTechnologyDevelopment
(NAFOSTED) với mã số: 104.03-2016.43.
DANHMỤC TỪ VIẾT TẮT
UV: Ultraviolet
Vis: Visible
XRD: X-ray Diffraction
TEM: Transmission electron mecriscopy
FTIR: Fourier transform infrared
MB: Methylene Blue
XPS: X-ray photoelectron spectroscopy
XUNGĐỘT LỢI ÍCH
Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về
lợi ích.
ĐÓNGGÓP CỦA TÁC GIẢ
Nguyễn Thế Luân: Thực hiện thực nghiệm, thu thập
xử lý kết quả, chuẩn bị bản thảo.
Lê Tiến Khoa: Xử lý kết quả phổ XPS, đóng góp
chuyên môn, chỉnh sửa bản thảo.
Hoàng Châu Ngọc: Hỗ trợ thực nghiệm.
Nguyễn Hữu Khánh Hưng: Đóng góp chuyên môn,
giải thích các kết quả thực nghiệm.
HuỳnhThịKiều Xuân: Định hướng nghiên cứu, đóng
góp chuyên môn và chỉnh sửa bản thảo cuối cùng.
1263
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(3):1256-1265
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. Coronado JM, Fresno F, Hernández-Alonso MD, Portela R. De-
signofAdvancedPhotocatalyticMaterials for Engergy andEn-
vironmental Applications. Green Energy Technol. 2013;Avail-
able from: 10.1007/978-1-4471-5061-9.
2. Shannon RD, Revised Effective Ionic Radii and System-
atic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chale-
ogenides, Acta Cryst. 1976;A32:751–761. Available from:
https://doi.org/10.1107/S0567739476001551.
3. Zhang Z, Yi JB, Ding J, Wong LM, Seng HL, Wang SJ, Tao JG,
Li GP, Xing GZ, Sum TC, Huan CHA, Wu T, Cu-Doped ZnO
Nanoneedles and Nanonails: Morphological Evolution and
Physical Properties, J. Phys. Chem. C. 2008;112:9579–9585.
Available from: https://doi.org/10.1021/jp710837h.
4. Tao YM,Ma SY, ChenHX,Meng JX, Hou LL, Jia YF, Shang XR, Ef-
fect of the oxygen partial pressure on the microstructure and
optical properties of ZnO:Cu films, Vacuum. 2011;85(7):744–
748. Available from: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2010.11.
009.
5. Lu Y, Lin Y, Xie T, Shi S, Fan H,WangD, Enhancement of visible-
light-driven photoresponse of Mn/ZnO system: photogener-
ated charge transfer properties and photocatalytic activity,
Nanoscale. 2012;4(20):6393–4000. PMID: 22951578. Available
from: https://doi.org/10.1039/c2nr31671d.
6. Suwarnkar MB, Dhabbe RS, Kadam AN, Garadkar KM. En-
hanced photocatalytic activity of Ag doped TiO2 nanopar-
ticles synthesized by a microwave assisted method, Ceram.
Int. 2014;40(4):5489–5496. Available from: https://doi.org/10.
1016/j.ceramint.2013.10.137.
7. Le TK, FlahautD,MartinezH, Pigot T, NguyenHKH, Huynh TKX.
Surface fluorination of single-phase TiO2 by thermal shock
method for enhanced UV and visible light induced photocat-
alytic activity, Appl. Catal. B Environ. 2014;144:1-11;Available
from: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.06.027.
8. Le TK, Nguyen TMT, NguyenHTP, Nguyen TKL, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Enhanced photocatalytic activity of ZnO
nanoparticles by surface modification with KF using thermal
shockmethod, Arab. J. Chem. 2020;13(1):1032-1039;Available
from: https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.09.006.
9. Nguyen HTP, TMT Nguyen, Hoang CN, Le TK, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Characterization and photocatalytic activity
of newphotocatalysts based onAg, F-modified ZnOnanopar-
ticles prepared by thermal shock method, Arab. J. Chem.
2020;13(1):1837-1847;Available from: https://doi.org/10.1016/
j.arabjc.2018.01.018.
10. Le TK, Flahaut D, Foix D, Blanc S, Nguyen HKH, Huynh
TKX, Martinez H, Study of surface fluorination of photocat-
alytic TiO2 by thermal shock method, J. Solid State Chem.
2012;187:300-308;Available from: https://doi.org/10.1016/j.
jssc.2012.01.034.
11. Le TK, Nguyen TL, Hoang CN, Nguyen DKA, Lund T, Nguyen
HKH, Huynh TKX, Formation of surface defects by ther-
mal shock method for the improved photocatalytic activ-
ity of ZnO nanoparticles, J. Asian Ceram. Soc. 2020;8(1):193-
202;Available from: https://doi.org/10.1080/21870764.2020.
1720900.
12. Nguyen TL, Le TK, Lund T, Nguyen HKH, Huynh TKX, Im-
pact of copper-containing precursors on the photocatalytic
activity of Cu-modified ZnO nanoparticles, Int. J. Nanotech-
nol. 2020;17:514-528;Available from: https://doi.org/10.1504/
IJNT.2020.111321.
13. Shamsipur M, Roushani M, Pourmortazavi SM, Electrochem-
ical synthesis and characterization of zinc oxalate nanoparti-
cles, Mater. Res. Bull. 2013;48:1275-1280;Available from: https:
//doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.12.032.
14. Hui-lian L, Jing-hai Y, Yong-jun Z, Ya-xin W, Mao-bin W, Struc-
tures and Properties of Zn1xCuxO Nanoparticles by Sol-gel
Method, Chem. Res. Chin. Univ. 2009;25(4):430-432;.
15. Chandekar KV, Shkir M, Al-Shehri BM, AlFaify S, Halor RG,
Khan A, Al-Namshah S, Hamdy MS, Visible light sensitive Cu
dopedZnO: Facile synthesis, characterization andhighphoto-
catalytic response, Mater Charact. 2020;165:110387;Available
from: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2020.110387.
16. Wagner CD, Riggs WM, Davis LE, Moulder JF, Muilenberg
GE, Handbook of X-ray photoelectron Specstrocopy, Surf. In-
terface Anal. 1982;3(4):190;Available from: https://doi.org/10.
1002/sia.740030412.
17. Uddin MT, Nicolas Y, Olivier C, Toupance T, Servant L,
Muller MM, Kleebe HJ, Ziegler J, Jaegermann W, Nanostruc-
tured SnO2ZnOHeterojunctionPhotocatalysts ShowingEn-
hanced Photocatalytic Activity for theDegradation ofOrganic
Dyes, Inorg. Chem. 2012;51(14):7764-7773;PMID: 22734686.
Available from: https://doi.org/10.1021/ic300794j.
18. Zheng JH, Song JL, Li XJ, Jiang Q, Lian JS, Experimen-
tal and first-principle investigation of Cu-doped ZnO fer-
romagnetic powders, Cryst. Res. Technol. 2011;46(11):1143-
1148;Available from: https://doi.org/10.1002/crat.201100397.
19. Dupin JC, Gonbeau D, Vinatier P, Levasseur A, Systematic XPS
studies ofmetal oxides, hydroxides andperoxides, Phys Chem
Chem Phys. 2000;2(6):1319-1324;Available from: https://doi.
org/10.1039/a908800h.
20. Lazcano P, Batzill M, Diebold U, Haberle P, Oxygen adsorp-
tion on Cu/ZnO (0001)-Zn, Phys. Rev. B Condens. Matter,
2008;77(3):035435;Available from: https://doi.org/10.1103/
PhysRevB.77.035435.
21. Kumar KV, Porkodi K, Rocha F, Langmuir - Hinshelwood ki-
netics - A theoretical study, Catal.Commun. 2008;9(1):82-
84;Available from: https://doi.org/10.1016/j.catcom.2007.05.
019.
22. Hermann JM, Heterogeneous photocatalysis: Fundamentals
and applications to the removal of various types of aqueous
pollutants, Catal. Today, 1999;53(1):115-129;Available from:
https://doi.org/10.1016/S0920-5861(99)00107-8.
23. Pan L, Wang S, Mi W, Song J, Zou JJ, Wang Li, Zhang X, Un-
doped ZnO abundant with metal vacancies, Nano Energy.
2014;9:71-79;Available from: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.
2014.06.029.
24. Sapkota BB, Mishra SR, Preparation and Photocatalytic Activ-
ity Study of p-CuO/n-ZnO composites, Mater. Res. Soc. Symp.
Proc. 2012;1443:19-26;Available from: https://doi.org/10.1557/
opl.2012.1438.
1264
Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 5(3):1256-1265
Open Access Full Text Article Research Article
University of Science, VNU-HCM,
Vietnam
Correspondence
Huynh Thi Kieu Xuan, University of
Science, VNU-HCM, Vietnam
Email: htkxuan@hcmus.edu.vn
History
 Received: 17-3-2021 
 Accepted: 29-4-2021 
 Published: 09-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i2.1042 
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Influence of Cu(NO3)2 content used in thermal shockmethod on
the photocatalytic activity of Cu-Modified ZnO nanoparticles
Nguyen The Luan, Le Tien Khoa, Hoang Chau Ngoc, Nguyen Huu Khanh Hưng, Huynh Thi Kieu Xuan*
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
ABSTRACT
The Cu doped ZnO photocatalysts were prepared on ZnO substrate modified with copper nitrate
by thermal shock method with different ratio % molar Cu : Zn = 0.3, 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 in order
to study the impacts of copper content on the photocatalytic activity of ZnO under both UV and
Vis light irradiation. The crystal structure, morphology bulk and surface were investigated by X-ray
diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), fourier transform infrared spectroscopy
(FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Their photocatalytic activities were studied via
time-dependent degradation of methylene blue in aqueous solution. The results exhibit that crys-
tal structure and morphology of Cu doped ZnO photocatalysts is not modified significally than
ZnO original but surface charateristicschanged greatly. The photocatalyst was doped with copper
content under 2% showed formation of Cu species. These samples perform photocatalytic activity
higher than ZnO. The CuNZO-0.05-500 had the highest rate constants for methylene blue degra-
dation (kUV = 6,901 h1 , kVIS = 0,224 h1), which are about 2.2 times and 1.3 times higher than
unmodified ZnO under UV light and Vis light, respectively. However, the CuNZO-5.0-500 which
had the formation of CuO phase and unchangeable ZnO's surface has photocatalytic activity simi-
lar to pure ZnO.
Key words: Cu doped ZnO, photocatalysis, thermal shock, X-ray photoelectron spectroscopy,
surface modification, copper nitrate, defects
Cite this article : Luan N T, Khoa L T, Ngoc H C, Hưng N H K, Xuan H T K. Influence of Cu(NO3)2 content 
used in thermal shock method on the photocatalytic activity of Cu-Modified ZnO nanoparticles. 
Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(3):1256-1265.
1265