BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ NGỌC TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/ZnxCd(1 x)Se CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT L[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ NGỌC TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/ZnxCd(1-x)Se CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Bình Định – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ NGỌC TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/ZnxCd(1-x)Se CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số : 8440104 Ngƣời hƣớng dẫn: TS HỒNG NHẬT HIẾU i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn “Chế tạo nhiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước vật liệu ZnO/ZnxCd(1-x)Se có cấu trúc phân nhánh” kết nghiên cứu thân hướng dẫn TS Hoàng Nhật Hiếu thực Trường Đại học Quy Nhơn Những kết chưa xuất công bố tác giả khác Các kết thu xác hồn tồn trung thực Bình Định, ngày 27 tháng 07 năm 2022 Học viên Trần Thị Ngọc Tuyền ii LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Hoàng Nhật Hiếu – người tận tình hướng dẫn, bảo, động viên giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Khoa học tự nhiên Trung tâm thí nghiệm thực hành A6 – Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè tập thể lớp Cao học Vật lý Chất rắn K23 động viên, khích lệ tinh thần tơi suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn cịn hạn chế kiến thức, kinh nghiệm thời gian nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm ý kiến đóng góp quý báu từ quý Thầy, Cơ để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Trần Thị Ngọc Tuyền iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi 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 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài NỘI DUNG 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 13 1.2 Giới thiệu hợp kim ba thành phần ZnXCd(1-X)Se 14 1.2.1 Cấu trúc hợp kim ba thành phần ZnXCd(1-X)Se 15 iv 1.2.2 Tính chất hợp kim ba thành phần 16 1.2.3 Ảnh hưởng hợp phần Zn, Cd, Se tới nano tinh thể bán dẫn ba thành phần 17 1.3 Hiệu ứng quang điện hóa tách nước 19 1.3.1 Nguyên lý 19 1.3.2 Cơ chế phản ứng tách nước 20 1.3.3 Hiệu suất PEC 21 1.3.4 Yêu cầu vật liệu làm điện cực quang 24 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 26 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 26 2.1.1 Thiết bị chế tạo mẫu 26 2.1.2 Các dụng cụ hóa chất sử dụng 27 2.1.3 Tạo mẫu ZnO/ZnXCd(1-X)Se 28 2.2 Một số phương pháp khảo sát mẫu 31 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) 34 2.2.3 Thuộc tính hấp thụ quang (UV-Vis) 38 2.2.4 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nước (PEC) cấu trúc chế tạo với điều kiện chế tạo thay đổi 40 2.2.5 Phương pháp đo phổ tổng trở điện hóa (EIS) 40 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Hình thái cấu trúc vi mơ ảnh SEM: 43 v 3.2 Kết phân tích thành phần nguyên tố phổ EDS 45 3.3 Kết phân tích cấu trúc phổ XRD 47 3.4 Kết đo phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến UV-visDRS 50 3.5 Thuộc tính quang điện hóa tách nước 51 KẾT LUẬN CHUNG 55 Kết đạt 55 Những đóng góp 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT TẮT UV-Vis Ultraviolet – Visible Tử ngoại khả kiến ITO Indium Tin Oxide Kính phủ lớp dẫn điện suốt ITO XRD X- Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét PEC Photoelectrochemical Cell Tế bào quang điện hóa EDS Energy dispersive X-ray spectrometer Phổ tán sắc lượng Eg Band gap energy Năng lượng dải trống EIS Electrochemical Phổ tổng trở điện hóa impedance spectroscopy IPCE Incidentphoton to current conversion effciency Hiệu suất chuyển đổi dòng photon CE Counting electrode Điện cực đếm WE Working electrode Điện cực làm việc QE Quantum efficiency Hiệu suất lượng tử ABPE Applied bias photon to Chuyển đổi ánh sáng current efficiency dịng điện tác dụng vii mạch ngồi vs Versus Đối với RE Reference electrode Điện cực tham chiếu NC Nanocrystals Nano tinh thể STH Solar-to-hyđrôgen Năng lượng mặt trời thành hyđro viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc kiểu lập phương tinh thể ZnO Hình 1.2 Biểu diễn mức lượng ZnO pha tạp với ion kim loại kiểu n (a) kiểu p (b) hình thành mức lượng hóa trị pha tạp với phi kim (c) 10 Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn phụ thuộc vào kích thước cấu trúc mức lượng vùng cấm hiệu ứng giam giữ lượng tử 15 Hình 1.4 Cấu trúc vùng lượng tinh thể bán dẫn có cấu trúc tinh thể kiểu Zinc-blende Wurtzite Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Cấu trúc hệ quang điện hóa tách nước ba điện cực 19 Hình 1.6 Sơ đồ tách nước PEC sử dụng chất bán dẫn loại n, loại p kết hợp n p 20 Hình 2.1 Các thiết bị chụp Phịng thí nghiệm Vật lí chất rắn trường Đại học Quy Nhơn: (a) Cân phân tích điện tử, (b) Máy khuấy từ gia nhiệt, (c) Máy rung rửa siêu âm, (d) Tủ sấy, (e) Lò nung (f) Máy Electrospinning 26 Hình 2.2 Tóm tắt quy trình chế tạo mẫu 31 Hình 2.3 Nhiễu xạ tia X mặt tinh thể 32 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí cấu tạo máy XRD 34 Hình 2.5 Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM) 35 Hình 2.6 Tương tác điện tử với mẫu 36 Hình 2.7 Sơ đồ máy quang phổ UV-VIS 38 Hình 2.8 Sự hấp thụ quang dung dịch 39 ... (PEC) vật liệu Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu ZnO/ ZnxCd(1- x)Se có cấu trúc phân nhánh - Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hố tách. .. này, nghiên Do đó, cần phải nghiên cứu cách hệ thống Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo điện cực vật liệu ZnO/ ZnxCd(1- x)Se có cấu trúc phân nhánh - Khảo sát thuộc tính quang điện hóa tách nước. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ NGỌC TUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU ZnO/ ZnxCd(1- x)Se CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH Chuyên ngành : Vật lý