Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước của vật liệu zno znfe2o4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGÔ THÁI LINH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/CdS/ZnFe2O4 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Ngƣời hƣớng dẫn: TS Hoàng Nhật Hiếu LỜI CẢM ƠN Đề tài “Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc ZnO/CdS/ZnFe2O4 ” nội dung tơi nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp sau hai năm theo học chƣơng trình cao học chuyên nghành Vật lý chất rắn trƣờng Đại học Quy Nhơn Trong q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận đƣợc động viên, khuyến khích tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình thầy , cô giáo , anh chị em, bạn bè đồng nghiệp gia đình Tơi xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, phịng sau đại học trƣờng Đại học Quy Nhơn hổ trợ suốt trình học tập làm thực nghiệm Đặc biệt TS Hoàng Nhật Hiếu thuộc khoa Khoa học Tự nhiên trƣờng Đại học Quy Nhơn Thầy trực tiếp hƣớng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu để tơi hồn thiện luận văn Cuối cùng, tơi xin chân cảm ơn thầy cơ, gia đình, bạn bè, ngƣời thân yêu động viên, quan tâm, hỗ trợ tơi mặt để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Học viên Ngô Thái Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu đƣợc thực Trƣờng Đại học Quy Nhơn dƣới hƣớng dẫn TS Hoàng Nhật Hiếu, tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ Học viên Ngơ Thái Linh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài: Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu oxit kẽm (ZnO) 1.1.1.Cấu trúc vật liệu ZnO 1.1.2.Tính chất vật liệu ZnO 1.1.3 Ứng dụng vật liệu ZnO 10 1.2 Giới thiệu vật liệu ZnFe2O4 12 1.2.1.Cấu trúc vật liệu ZnFe2O4 13 1.2.2.Tính chất vật liệu ZnFe2O4 14 1.2.3 Ứng dụng vật liệu ZnFe2O4 14 1.3 Giới thiệu vật liệu Cadmium Sulphide (CdS) 15 1.3.1 Cấu trúc vật liệu CdS 17 1.3.2 Tính chất vật liệu CdS 18 1.3.3 Ứng dụng vật liệu CdS 19 1.4 Một số phƣơng pháp chế tạo 20 1.4.1 Phƣơng pháp phun điện 20 1.4.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt 23 1.4.3 phƣơng pháp đốt cháy 24 1.5 Hiệu ứng quang điện hóa tách nƣớc 26 1.5.1 Nguyên lý 26 1.5.2 Cơ chế phản ứng: 28 1.5.3 Mơ hình dải tế bào quang điện hóa 30 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 32 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 32 2.1.1 Các hóa chất sử dụng trình chế tạo đo mẫu bao gồm: 32 2.1.2 Quy trình chuẩn bị đế 32 2.1.3 Quy trình chế tạo cấu trúc ZnO sợi nano 33 2.1.4 Quy trình chế tạo cấu trúc ZnO phân nhánh ba chiều 33 2.1.5 Quy trình mọc hạt nano CdS ZnO 33 2.1.6 Quy trình chế tạo điện cực ZnO-3D/ZnFe2O4 ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 34 2.2 Một số phƣơng pháp khảo sát mẫu 35 2.2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 35 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 2.2.3 Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UVVisible Diffuse Reflectance Spectroscopy, UV-Vis DRS) 39 2.2.4 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc (PEC) cấu trúc chế tạo với điều kiện chế tạo thay đổi 40 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Hình thái cấu trúc vi mô: 42 3.2 Thuộc tính cấu trúc: 44 3.3 Thuộc tính hấp thụ quang: 45 3.4.Thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc: 46 KẾT LUẬN CHUNG 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt PEC STH Tiếng Việt Tế bào quang điện hóa chuyển đổi lƣợng mặt trời thành hydro Tiếng Anh Photo Electrochemical Cell solar-to-hydrogen điốt phát quang Light emitting diodes WLED điốt phát ánh sáng trắng White light emitting diodes UV-Vis- Phổ phản xạ khuếch tán tử Ultraviolet - Visible – diffuse DRS ngoại - khả kiến reflectance spectroscopy ZnO Kẽm Oxít Zinc Oxide CdS Cađimi(II) sunfua Cadmium Sulphide VE Bốc chân không Vacuum Evaporation VB Vùng hố trị Valence Band LED ITO Kính phủ lớp dẫn điện suốt ITO Indium Tin Oxide CB Vùng dẫn Conduction Band PVP Polymer Polyvinyl pyrolidone DMF Dimethyl formamide Dimethyl-formamide XRD Nhiễu xạ tia X X-ray diffraction SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope TEM Eg Kính hiển vi điện tử truyền Transmission Electron qua Microscopy Năng lƣợng dải trống Band gap energy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thơng số vật lí vật liệu ZnO dạng khối Bảng 1.2 Thơng số bán kính số ion kim loại 13 Bảng 1.3: Tính chất cadmium sulfide 16 Bảng 1.4 Các thông số vật liệu CdS 18 Bảng 1.5 Các loại nhiên liệu thƣờng đƣợc sử dụng cho phƣơng pháp đốt cháy 25 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc kiểu wurtzite lục giác xếp chặt Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể ZnO dạng lập phƣơng rocksalt Hình 1.3: Cấu trúc lập phƣơng giả kẽm Blend Hình 1.4 : Phổ huỳnh quang ZnO khối loại n 10 Hình 1.5: Cấu trúc tinh thể vật liệu 13 Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể CdS kiểu lục giác (a) kiểu lập phƣơng (b) 17 Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lí phƣơng pháp phun điện 20 Hình 1.8 Sơ đồ biểu diễn "tam giác cháy" 25 Hình 1.9: Cấu trúc hệ quang điện hóa tách nƣớc 28 Hình 1.10: Cơ chế phản ứng quang điện hóa [25] 29 Hình 1.11: Sơ đồ dải lƣợng hệ điện hóa điện cực bán dẫn - kim loại; (a) chƣa tiếp xúc, (b) tiếp xúc nhƣng chƣa chiếu ánh sáng, (c) ảnh hƣởng chiếu sáng (d) ảnh hƣởng chiếu sáng 30 Hình 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 35 Hình 2.2: Sự phản xạ bề mặt tinh thể 36 Hình 2.3: máy HITACHI S-4800 chụp ảnh SEM 37 Hình 2.4: Cấu tạo hệ đo điện hóa ba điện cực 41 Hình 3.1: (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-3D, (b) Ảnh SEM phóng đại nó, (c) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-3D/ ZnFe2O4, (d) Ảnh SEM phóng đại 42 Hình 3.2: (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-3D/ CdS, (b) Ảnh SEM phóng đại nó, (c) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 , (d) Ảnh SEM phóng đại 43 Hình 3.3: Phổ XRD mẫu ZnO-3D, ZnO-3D /ZnFe2O4 ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 44 Hình 3.4: (a) Phổ UV-Vis-DRS (b) Tính tốn khe lƣợng theo hàm Kubelka Munk từ phổ UV-Vis-DRS 46 Hình 3.5: Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-3D ZnO-3D/ZnFe2O4 (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng 47 Hình 3.6: Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-3D/CdS ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 ; (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng 49 Hình 3.7: Mơ hình mơ tả xếp dãi lƣợng chế vận chuyển hạt tải điện tích 50 Hình 3.8: Độ ổn định làm việc cấu trúc theo thời gian 51 43 Hình 3.1 (c) ảnh SEM bề mặt tƣơng ứng (d) ảnh phóng đại mẫu ZnO-3D/ZnFe2O4 chế tạo phƣơng pháp đốt cháy, sau quay phủ điện cực ZnO-3D ủ nhiệt 350oC khơng khí Kết quan sát ảnh SEM cho thấy rằng, kích thƣớc nano ZnO tăng lên vài vùng có tƣợng tích tụ, nano liên kết lại với so sánh với cấu trúc ZnO-3D ban đầu Điều cho thấy, vật liệu ZnFe2O4 đƣợc hình thành Tuy nhiên, cấu trúc phân nhánh ba chiều gần nhƣ bị biến dạng Hình 3.2: (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-3D/ CdS, (b) Ảnh SEM phóng đại nó, (c) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 , (d) Ảnh SEM phóng đại Hình 3.2 (a) ảnh SEM cấu trúc ZnO-3D/CdS đạt đƣợc thời gian mọc CdS 30 phút tƣơng ứng (b) ảnh phóng đại Ảnh SEM cho thấy sau mọc CdS cấu trúc phân nhánh không thay đổi, không bị biến 44 dạng Mặc khác, nano trở nên nhám đƣờng kính nano trở nên to so với trƣờng hợp chƣa mọc CdS, chứng tỏ CdS mọc tinh thể lên bề mặt nano ZnO Hình 3.2 (c) ảnh SEM cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 (d) ảnh phóng đại tƣơng ứng Cấu trúc đƣợc chế tạo với điều kiện tƣơng tự nhƣ cấu trúc ZnO-3D/ ZnFe2O4, khác điện cực đế đƣợc sử dụng trƣờng hợp ZnO-3D/CdS, nghĩa ZnFe2O4 đƣợc mọc lớp CdS Trong trƣờng hợp này, cấu trúc phân nhánh hầu nhƣ không bị biến dạng ZnFe2O4 mọc CdS có hình dạng hạt nano, nhƣ quan sát thấy ảnh phóng đại hình 3.2 (d) 3.2 Thuộc tính cấu tr c: Để chứng minh mọc tinh thể ZnO, CdS ZnFe2O4, mẫu ZnO-3D, ZnO-3D/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 đƣợc đặc trƣng phổ nhiễu xạ tia X máy Bruker D2 Trƣờng Đại Học Quy Nhơn nhƣ cho thấy hình 3.3 Hình 3.3: Phổ XRD mẫu ZnO-3D, ZnO-3D /ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 45 Trên giản đồ XRD ba mẫu ta nhận đƣợc đỉnh nhiễu xạ vị trí 2θ = 31.8°, 34.4°, 36.2°, 47.5° tƣơng ứng với mặt mạng (100), (002), (101), (102) cấu trúc wurtzite Kết hoàn toàn trùng khớp với thẻ chuẩn (PDF card: 00-036-1451) ZnO Hơn nữa, mẫu ZnO-3D đỉnh nhiễu xạ tƣơng ứng với mặt (002) có cƣờng độ mạnh so với đỉnh khác, chứng minh ZnO đƣợc mọc định hƣớng trụcc cao, điều cho thấy ảnh SEM Cƣờng độ đỉnh đặc trƣng ZnO giảm dần cho mẫu ZnO-3D/ZnFe2O4 ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 lớp vật liệu CdS ZnFe2O4 phủ bên ZnO dày Bên cạnh đó, giản đồ nhiễu xạ tia X ta nhận đƣợc đỉnh mạnh vị trí 26.5° 44.0° mẫu ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 tƣơng ứng với mặt mạng (111), (220) cấu trúc lập phƣơng CdS (PDF card: 00-041-1049) hai mẫu ZnO-3D/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 xuất đỉnh phổ vị trí 29.9°, 42.8°, 53.1° tƣơng ứng với mặt mạng (220), (400), (422) đặc trƣng cho cấu trúc lập phƣơng ZnFe2O4 (PDF card: 01-070-6490) Kết chứng minh ZnO, CdS ZnFe2O4 tinh thể Kết hợp với ảnh SEM cho thấy cấu trúc ZnO-3D, ZnO3D/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 đƣợc tổng hợp thành công 3.3 Thuộc tính hấp thụ quang: Để cho thấy thuộc tính hấp thụ quang vùng nhìn thấy phổ mặt trời nhờ vào vật liệu CdS ZnFe2O4, tiến hành đo Phổ UV-VisDRS (phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến) mẫu ZnO-3D, ZnO3D/ZnFe2O4 , ZnO-3D/CdS, ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 máy Jasco-V770 Trƣờng Đại Học Quy Nhơn nhƣ cho thấy hình 3.4 46 Hình 3.4: (a) Phổ UV-Vis-DRS (b) Tính tốn khe lƣợng theo hàm Kubelka Munk từ phổ UV-Vis-DRS Kết phổ hình 3.4 (a) cho thấy, ZnO-3D hấp thụ vùng UV với biên hấp thụ 390 nm (đƣờng màu đen) So sánh với ZnO-3D, hấp thụ mẫu ZnO-3D/ZnFe2O4 , ZnO-3D/CdS, ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 trơi đỏ Cụ thể, ZnO-3D/CdS có biên hấp thụ 550 nm (đƣờng màu xanh), ZnO-3D/ZnFe2O4 có biên hấp thụ 690 nm (đƣờng màu đỏ) ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 có biên hấp thụ 590 nm (đƣờng màu hồng) Khe lƣợng mẫu đƣợc xác định hàm Kubelka Munk cho thấy hình 3.4 (b) Dựa xác định khe lƣợng mẫu ZnO-3D 3.2 eV, ZnO-3D/CdS 2.3 eV, ZnO-3D/ZnFe2O4 1.9 47 eV ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 2.2 eV, nhƣ khe lƣợng vật liệu lai hóa ba thành phần ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 có khe lƣợng nằm trung gian Nguyên nhân hiệu ứng giam giữ lƣợng tử xảy hai vật liệu, ZnFe2O4 đƣợc mọc lớp nên hấp thụ quang mạnh CdS Kết này, cho thấy việc mọc thêm hạt nano CdS ZnFe2O4 hiệu việc hấp thụ quang vùng nhìn thấy 3.4.Thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc: Hình 3.5: Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-3D ZnO-3D/ZnFe2O4 (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng Thuộc tính tách nƣớc quang điện hóa hai điện cực ZnO-3D 48 ZnO-3D/ ZnFe2O4 đƣợc đo dƣới xạ ánh sáng đèn Xenon 150 W với cƣờng độ 75 mW.cm-2, sử dụng dung dịch điện phân Na2SO4 nồng độ 0,5 M Kết PEC đƣợc cho thấy hình 3.5 Hình 3.5 (a) mật độ dòng quang theo tối dƣới xạ ánh sáng đƣợc đo mức từ -0,6 V đến 1,2 V Tƣơng ứng hình 3.5 (b) hiệu suất chuyển đổi quang đƣợc tính tốn từ cơng thức Kết đo cho thấy, chƣa chiếu ánh sáng mật độ dòng gần nhƣ khơng, có ánh sáng chiếu vào dịng quang tăng mạnh vƣơng tới bảo hòa mức đo, điều chứng tỏ hai cấu trúc có hiệu ứng quang điện hóa Đối với cấu trúc ZnO-3D dịng quang nhƣ hiệu suất chuyển đổi quang cao nhiều so với cấu trúc ZnO-3D/ZnFe2O4 Cụ thể, hiệu suất PEC 0,62 % 0,2 V theo điện cực Ag/AgCl cho cấu trúc ZnO-3D, cao gấp 7,75 lần hiệu suất 0,08 % 0,5 V theo điện cực Ag/AgCl cho cấu trúc ZnO-3D/ZnFe2O4 Điều cho thấy rằng, việc mọc ZnFe2O4 ZnO-3D không hiệu Điều cho thấy ảnh SEM, sau mọc ZnFe2O4 ZnO-3D cấu trúc gần nhƣ bị biến dạng có tƣợng bị ăn mịn, làm giảm hiệu suất PEC Để khắc phục hạn chế mục đích hình thành cấu trúc bậc thang ba thành phần với xếp dãi loại II, vật liệu CdS đƣợc chọn để mọc ZnO ZnFe2O4 Kết ảnh SEM cho thấy, có lớp CdS cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 đƣợc hình thành hồn hảo Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-3D/CdS ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 đƣợc đo so sánh nhƣ cho thấy hình 3.6 Hình 3.6 (a) mật độ dòng quang theo tối dƣới xạ ánh sáng đƣợc đo mức từ -1,6 V đến 0,6 V, sử dụng dung dịch điện phân bao gồm 0,25 M Na2S 0,35 M Na2SO3 Hình 3.6 (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng Kết đo cho thấy, hiệu suất đạt đƣợc 49 cấu trúc ZnO-3D/CdS 2,3 % -0,4 V (vs Ag/AgCl) Sau mọc thêm lớp vật liệu ZnFe2O4 để hình thành cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 hiệu suất tăng lên lớn Cụ thể, hiệu suất đạt đƣợc 5,6 % -0,2 V (vs Ag/AgCl) cao gấp 2,43 lần so với cấu trúc ZnO-3D/CdS Hình 3.6: Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-3D/CdS ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 ; (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng Hiệu suất cao cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 đƣợc giải thích với ba lý sau: (1) Sự xếp dãi theo kiểu bậc thang ZnO, CdS 50 ZnFe2O4 thuận lợi cho việc tách vận chuyển hạt tải sinh quang, hình thành lớp tiếp giáp khác loại (heterojunction) CdS ZnFe2O4 giúp tách cặp điện tử lỗ trống hiệu [28-30] (2) hấp thụ mạnh vùng ánh sáng nhìn thấy CdS ZnFe2O4 (3) Cấu trúc phân nhánh ba chiều có khả thu thập vận chuyển điện tử hiệu [27] Sự xếp dãi chế vận chuyển hạt tải đƣợc đề nghị nhƣ cho thấy hình 3.7 Hình 3.7: Mơ hình mơ tả xếp dãi lượng chế vận chuyển hạt tải điện tích Theo mơ hình xếp dãi bậc thang hạt tải sinh quang dễ dàng tách vận chuyển nhanh đến đế Cụ thể, dƣới chiếu sáng ZnO, CdS, ZnFe2O4 sinh cặp điện tử - lỗ trống Ở dãi hóa trị, lỗ trống sinh đƣợc vận chuyển đến ZnFe2O4, tham gia vào phản ứng xy hóa H2O sinh H+ Ở dãi dẫn điện tử sinh đƣợc di cƣ từ ZnFe2O4 đến CdS vận chuyển nhanh đến đế thơng qua ZnO theo mạch ngồi đến điện cực đối, điện tử phản ứng với H+ để sinh khí H2 Để kiểm tra độ bền độ ổn định làm việc điện cực Hai mẫu điện 51 cực cho hiệu suất PEC cao đƣợc tiếp tục đo mật độ dòng quang theo thời gian dƣới điều kiện đóng ngắt ánh sáng độ bền làm việc điện cực theo thời gian dƣới chiếu sáng liên tục ánh sáng nhƣ trình bày hình 3.8 Hình 3.8: Độ ổn định làm việc cấu trúc theo thời gian Hình 3.8 (a) kết đo mật độ dịng quang 0,2 V dƣới điều kiện đóng ngắt ánh sáng vòng đo cấu trúc ZnO- 3D/CdS/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS Kết cho thấy, dòng quang bật nhanh phục hồi nhanh suốt vịng đóng ngắt ánh sáng Điều 52 chứng minh rằng, cấu trúc chế tạo có độ hồi đáp quang tốt Hình 3.8 (b) kết đo mật độ dòng quang 0,2 V dƣới chiếu sáng liên tục ánh sáng khoảng thời gian 1800 giây mẫu điện cực ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS Dựa vào kết quả, nhận thấy phần trăm mật độ dòng quang giảm khoảng thời gian 1800 giây đối cới cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 là: Io  I I 7,8  7,5 100%  100%  100%  3,8% I0 I0 7,8 Đối với cấu trúc CdS/ZnO-3D là: Io  I I 2,9  2,3 100%  100%  100%  20% I0 I0 2,9 Nhƣ sau khoảng thời gian đo 1800 giây mật độ dịng quang giảm Điều độ ổn định làm việc tốt điện cực 53 KẾT LUẬN CHUNG  Kết đạt đƣợc Từ kết chế tạo khảo sát thuộc tính quang điện hóa điện cực quang chúng tơi rút số kết luận sau: Bằng phƣơng pháp phun điện kết hợp phƣơng pháp mọc thủy nhiệt phƣơng pháp đốt cháy chế tạo thành công vật liệu điện cực quang cấu trúc ZnO-3D, ZnO-3D/CdS, ZnO-3D/ZnFe2O4 ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 Khảo sát thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc điện cực chế tạo Kết cho thấy, điện cực quang dựa cấu trúc ZnO3D/CdS/ZnFe2O4 cho hiệu suất tách nƣớc đạt đƣợc 5,6 %, hiệu suất cao đạt đƣợc Độ hồi đáp quang độ bền làm việc điện cực đƣợc đo kiểm tra Kết cho thấy điện cực cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 độ hồi đáp quang tốt theo vịng đóng ngắt ánh sáng (thời gian hai lần đóng ngắt 20 giây) Điện cực cho thấy độ bền làm việc tốt, dƣới chiếu sáng liên tục khoảng thời gian 1800 giây, mật độ dòng quang giảm khơng đáng kể  Những đóng góp - Cấu trúc ZnO-3D/CdS/ZnFe2O4 cách tiếp cận ứng dụng làm điện cực quang ứng dụng tách nƣớc - Góp phần nâng cao hiệu suất tách nƣớc - Điện cực quang mà chế tạo cho hiệu suất PEC cao kết tốt đạt đƣợc luận văn  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đây cấu trúc có tiềm ứng dụng làm điện cực quang hệ quang điện hóa sản suất khí hydro tốt 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F E Osterloh, Inorganic nanostructures for photoelectrochemical and photocatalytic water splitting, Chem Soc, Rev 2013, 42, 22942320 [2] M Grätzel, Photoelectrochemical cells, Science 2001, 414, 338344 [3] E L W Michael, G Walter, J R McKone, S W Boettcher, Q X Mi, E A Santori, N S Lewis, Highly ordered ZnO/ZnFe2O4 inverse opals with binder-free heterojunction interfaces for high-performance photoelectrochemical water splitting, Chem Rev 2010, 110, 64466473 [4] T Hisatomi, J Kubota and K Domen, Recent advances in semiconductors for photocatalytic and photoelectrochemical water splitting, Chem Soc, Rev 2014, 43,75207535 [5] C Du, X Yang, M T Mayer, H Hoyt, J Xie, G McMahon, G.Bischoping, D Wang, Angew Hematite-Based Water Splitting with Low Turn-On Voltages, Chem 2013, 52, 1269212695 [6] T W Kim, K S Choi, Nanoporous BiVO4 Photoanodes with Dual Layer Oxygen Evolution Catalysts for Solar Water Splitting, Science 2014, 343, 990994 [7] H N Hieu, N Q Dung, J Kim, and D Kim, Urchin-like nanowire array: A strategy for high-performance ZnO-based electrode utilized in photoelectrochemistry, Nanoscale, 2013, 5, 12 [8] H N Hieu, N V Nghia, N M Vuong, and H Van Bui, Omnidirectional Au-embedded ZnO/CdS core/shell nanorods for enhanced photoelectrochemical water-splitting efficiency, Chem Commun., 2020, 56 3975–3978 [9] J H Kim, Y J Jang, J H Kim, J W Jang, S H Choi, J S Lee, Defective ZnFe2O4 nanorods with oxygen vacancy for photoelectrochemical water splitting, Nanoscale 2015, 7, 1914419151 [10] M Zhao, J Huang, Y Zhou, X Pan, H He, Z Ye, X Pan, Controlled synthesis of spinel ZnFe2O4 decorated ZnO heterostructures as 55 peroxidase mimetics for enhanced colorimetric biosensing, Chem Commun 2013, 49, 76567658 [11] J Chen, S Shen, P Guo, P Wu, L Guo, J Mater Enhanced photocatalytic hydrogen evolution over graphitic carbon nitride modified with Ti-activated mesoporous silica, Chem A 2014, 2,46054612 [12] A Sheikh, A Yengantiwar, M Deo, S Kelkar, and S Ogale, Near-field plasmonic functionalization of light harvesting oxide heterojunctions for efficient solar photoelectrochemical water splitting: The AuNP/ZnFe2O4/ZnO system, Small, 2013 9, 2091–2096 [13] D D Qin and C L Tao, A nanostructured ZnO-ZnFe2O4 heterojunction for the visible light photoelectrochemical oxidation of water, RSC Adv., 2014, 4, 16968–16972 [14] S Cao, X Yan, Z Kang, Q Liang, X Liao, and Y Zhang, Band alignment engineering for improved performance and stability of ZnFe2O4 modified CdS/ZnO nanostructured photoanode for PEC water splitting, Nano Energy, 2016, 24, 25–31 [15] F Paquin, J Rivnay, A Salleo, N Stingelin, and C Silva, Multi-phase semicrystalline microstructures drive exciton dissociation in neat plastic semiconductors, J Mater Chem C, 2015, 3, 10715–10722 [16] D Y C Leung, X L Fu, C F Wang, M Ni, M K H Leung, X Wang, Hydrogen production over titania-based photocatalysts, Chem Sus Chem., 2010, 2, 681 [17] A Wolcott, W A Smith, T R Kuykendall, Y Zhao, J Z Zhang, Photoelectrochemical Study of Nanostructured ZnO Thin Films for Hydrogen Generation from Water Splitting, Advanced Functional Materials, 2009, 19, 1849 [18] K Kim, S Jeong, J Y Woo, and C S Han, Successive and large-scale synthesis of InP/ZnS quantum dots in a hybrid reactor and their 56 application to white LEDs, Nanotechnology, 2012, 23 [19] S Ma, J Xue, Y Zhou, and Z Zhang, Photochemical synthesis of ZnO/Ag2O heterostructures with enhanced ultraviolet and visible photocatalytic activity, J Mater Chem A, 2014, 2, 7272–7280 [20] Aruna S T., Mukasyan A S, Combustion synthesis and nanomaterials, Current Opinion in Solid state and Materials Science 12, 44 [21] Castro S., Gayoso M and Rodriguez C., A study of the combustion method to prepare fine ferrite particles, Journal of Solid state chemistry, 1997, 134, 227-231 [22] Patil K C., Aruna S T., Mimani T., Combustion synthesis: an update, Current Opinion in Solid state and Materials Science, 2002, 6, 507-512 [23] Patil K C., Hegde M S., Rattan Tanu, Aruna S T., Chemistry of Nanocrystalline Oxide Materials - Combustion Synthesis, Properties and Applications, World Scientific, Singapore, 2008 [24] Mothudi Bakang Moses, Synthesis and charaterization of Strontium (Sr), Barium (Ba) and Calcium (Ca) aluminate phosphors doped with rare earth ions, A thesis submitted in fulfillment of the requirement for the degree Philosophiae doctor, University of the Free State, Republic of South Africa, 2009 [25] A Fujishima and K Honda Electrochemical Photolysisof Water at a Semiconductor Electrode.Nature, 1972, 238, 37 [26] A.K Rai, S Kim, J Gim, M.H Alfaruqi, V Mathew, J Kim, Electrochemical lithium storage of a ZnFe2O4/ graphene nanocomposite as an anode material for rechargeable lithium ion batterie, RSC Adv., 2014, 4, 47087-47095 [27] H N Hieu, N V Nghia, N M Vuong, H Van Bui, Omnidirectional Au-embedded ZnO/CdS core/shell nanorods for enhanced 57 photoelectrochemical water-splitting efficiency, Chem Commun., 2020, 56, 3975 [28] R Marschall, Photocatalysis: Semiconductor Composites: Strategies for Enhancing Charge Carrier Separation to Improve Photocatalytic Activity, Advanced Functional Materials, 2014, 24, 2421-2440 [29] T.H Yu, W.Y Cheng, K.J Chao, S.Y Lu, ZnFe2O4 decorated CdS nanorods as a highly efficient, visible light responsive, photochemically stable, magnetically recyclable photocatalyst for hydrogen generation, Nanoscale, 2013, 5, 7356-7360 [30] S Zhang, J Li, M Zeng, G Zhao, J Xu, W Hu, X Wang, In Situ Synthesis of Water-Soluble Magnetic Graphitic Carbon Nitride Photocatalyst and Its Synergistic Catalytic Performance, ACS Appl Mater Interfaces, 2013, 5, 12735-12743 ... trình tách cặp điện tử - lỗ trống Với lý chọn đề tài ? ?Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc vật liệu ? ?ZnO/ CdS /ZnFe2O4? ?? để nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài: ZnO vật. .. nhiều nghiên cứu cho ứng tách nƣớc quang điện hóa Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu: - Chế tạo điện cƣc vật liệu ZnO/ CdS /ZnFe2O4 có cấu trúc nano - Khảo sát thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc (PEC) vật. .. vật liệu Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Vật liệu ZnO/ CdS /ZnFe2O4 có cấu trúc nano - Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo khảo sát hiệu suất tách nƣớc vật liệu ZnO/ CdS/ZnFe2O4