BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦNMỸ LINH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƯỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/Ag2S CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH Chuyên ngành Vật lý chất rắn Mã số 844[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN MỸ LINH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƯỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/Ag2S CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số : 8440104 Người hướng dẫn : TS Hồng Nhật Hiếu LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu thực Trường Đại học Quy Nhơn hướng dẫn TS Hoàng Nhật Hiếu, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Học viên LỜI CẢM ƠN Sau hai năm theo học nghiên cứu chương trình cao học chuyên nghành Vật lý chất rắn trường Đại học Qui Nhơn, hồn thành khóa học luận văn với đề tài “Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước ZnO/Ag2S có cấu trúc phân nhánh” TS Hoàng Nhật Hiếu hướng dẫn Để hoàn thành luận văn thời gian qui định, nhận quan tâm giúp đỡ từ gia đình, thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, phịng sau đại học trường Đại học Quy Nhơn hổ trợ suốt trình học tập làm thực nghiệm Đặc biệt TS Hoàng Nhật Hiếu thuộc khoa Vật lý trường Đại học Quy Nhơn Thầy người trực tiếp hướng dẫn, đóng góp ý kiến, nhắc nhở tơi có trách nhiệm với đề tài suốt trình nghiên cứu để tơi hồn thiện luận văn Cuối cùng, xin chân cảm ơn thầy cô, gia đình, bạn bè, người thân u ln động viên, quan tâm, hỗ trợ mặt để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Học viên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu oxit kẽm (ZnO) .5 1.1.1 Cấu trúc vật liệu ZnO 1.1.2.Tính chất vật liệu ZnO 1.1.3 Ứng dụng vật liệu ZnO .12 1.2 Giới thiệu vật liệu Ag2S 13 1.2.1 Cấu trúc vật liệu Ag2S 14 1.2.2 Tính chất vật liệu Ag2S 16 1.2.3 Ứng dụng vật liệu Ag2S 16 1.3 Một số phương pháp chế tạo 17 1.3.1 Phương pháp phun điện .17 1.3.2 Phương pháp thủy nhiệt 20 1.4 Hiệu ứng quang điện hóa tách nước 21 1.4.1 Giới thiệu quang điện hóa tách nước 21 1.4.2 Nguyên lí quang điện hóa tách nước 23 1.4.3 Mơ hình dải tế bào quang điện hóa 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 27 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 27 2.1.1 Các hóa chất sử dụng trình chế tạo đo mẫu bao gồm 27 2.1.2 Quy trình chuẩn bị đế 27 2.1.3 Quy trình chế tạo cấu trúc ZnO sợi nano 28 2.1.4 Quy trình chế tạo cấu trúc ZnO phân nhánh ba chiều 28 2.1.5 Qui trình mọc Ag2S điện cực ZnO .29 2.2 Một số phương pháp khảo sát mẫu .30 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 30 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .31 2.2.3 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UVVisible Diffuse Reflectance Spectroscopy, UV-Vis DRS) 34 2.2.4 Phương pháp đo phổ tổng trở điện hóa (EIS) 35 2.2.5 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nước (PEC) cấu trúc chế tạo với điều kiện chế tạo thay đổi 38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Hình thái cấu trúc vi mơ 40 3.2 Thuộc tính cấu trúc tinh thể 43 3.3 Thuộc tính hấp thụ quang 46 KẾT LUẬN CHUNG 52 Kết đạt 52 Những đóng góp 52 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 53 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tiếng Việt EIS Phổ tổng trở quang điện hóa PEC Tế bào quang điện hóa STH Chuyển đổi lượng mặt trời thành hydro UV-Vis- Phổ phản xạ khuếch tán tử DRS ngoại - khả kiến Tiếng Anh Electrochemical Impedance Spectroscopy – EIS Photoelectrochemical Cell Solar-to-hydrogen Ultraviolet - Visible – diffuse reflectance spectroscopy ZnO Kẽm Oxít Zinc Oxide Ag2S Bạc sun phua Silver sulphide CBD Lắng đọng hóa học Chemical bath deposition Vùng hố trị Valence Band VB 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 TEM SEMPA Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử truyền Transmission Electron qua Microscopy Kính hiển vi điện tử qt có Scanning Electron phân tích phân cực Microscopy with Polarisation Analysis Eg Năng lượng dải trống Band gap energy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thơng số vật lí vật liệu ZnO dạng khối .9 Bảng 1.2 Các thông số vật lí vật liệu α -Ag2S (acanthit) 15 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố tính tốn từ phổ EDS ZnOB/Ag2S6 48 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các cấu trúc ZnO Hình 1.2 Các cấu trúc tinh thể ZnO ô sở Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể ZnO dạng lập phương rocksalt Hình 1.4 Cấu trúc lập phương giả kẽm Blend .9 Hình 1.5 Sơ đồ minh họa xúc tác quang hố 10 Hình 1.6.a) Cấu trúc đơn α -Ag2S (acanthit) b) ô đơn vị α -Ag2S vẽ không gian xz 15 Hình 1.7 Sơ đồ ngun lí phương pháp phun điện 18 Hình 1.8 Cấu trúc hệ quang điện hóa tách nước .22 Hình 1.9 Cơ chế phản ứng quang điện hóa 24 Hình 1.10 Sơ đồ dải lượng hệ điện hóa điện cực bán dẫn - kim loại; (a) chưa tiếp xúc, (b) tiếp xúc chưa chiếu ánh sáng, (c) ảnh hưởng chiếu sáng (d) ảnh hưởng chiếu sáng ngồi 25 Hình 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 29 Hình 2.2 Sự phản xạ bề mặt tinh thể 30 Hình 2.3 máy HITACHI S-4800 chụp ảnh SEM 33 Hình 2.4.Mạch điện tương đương với điện cực 37 Hình 2.5 Đồ thị Nyquist đơn giản với vecto trở kháng 37 Hình 2.6 Cấu tạo hệ đo điện hóa ba điện cực 39 Hình 3.1 (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-B, (b), (c) Ảnh SEM phóng đại 40 Hình 3.2 (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-B/Ag2S2, (b) (c) Các ảnh SEM phóng đại 41 Hình 3.3 (a) Ảnh SEM bề mặt cấu trúc ZnO-B/Ag2S6, (b), (c) Các ảnh SEM phóng đại 42 ... truyền điện tích ZnO hấp thụ ánh sáng nhìn thấy Ag2S, có ứng dụng tiềm tế bào quang điện hóa Với lý chọn đề tài ? ?Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước vật liệu ZnO/ Ag2S có cấu trúc. .. sát thuộc tính quang điện hóa tách nước (PEC) vật liệu Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu ZnO/ Ag2S có cấu trúc nano - Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo khảo sát... lý thuyết cấu trúc tính chất ( trọng đến tính chất quang điện hóa tách nước) vật liệu ZnO, Ag2S có cấu trúc nano phân nhánh chiều Chương 2: Trình bày phương pháp chế tạo phương pháp phân tích