Tổng hợp và nghiên cứu pha tạp vật liệu thanh nano fe2o3 cho ứng dụng quang điện hóa

CAO THỊ MỘNG GẤM TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU PHA TẠP VẬT LIỆU THANH NANO Fe2O3 CHO ỨNG DỤNG QUANG ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Bình định, 2021 CAO THỊ MỘNG GẤM TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU PHA TẠP VẬT LIỆU THANH NANO Fe2O3 CHO ỨNG DỤNG QUANG ĐIỆN HĨA 8440104 LỜI CAM ĐOAN Tơi 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 Trần Năm Trung, tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn xác đầy đủ Học viên Cao Thị Mộng Gấm LỜI CẢM ƠN Trong q trình học tập hồn thành luận văn, nhận đƣợc ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè ngƣời thân Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Năm Trung - ngƣời hƣớng dẫn trực tiếp, tận tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực đề tài luận văn Tôi xin đƣợc cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy cô – , Trƣờng Đại học Quy Nhơn Những kiến thức mà thầy hết lịng truyền đạt tảng tri thức vững cho chúng tơi q trình học tập nhƣ sau trƣờng Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phịng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Trƣờng Đại học Quy Nhơn hỗ trợ giúp đỡ nhiều việc thực phép đo để đóng góp vào kết luận văn Xin cảm ơn tài trợ từ đề tài Nafosted (mã số: 103.02-2018.329) việc thực số phép đo đạc luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn ngƣời thân bên cạnh, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Học viên Cao Thị Mộng Gấm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU ….1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4 Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Fe2O3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể Fe2O3 1.1.2 Một số tính chất vật liệu α-Fe2O3 10 1.1.3 Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano Fe2O3 14 1.1.4 Ứng dụng vật liệu nano Fe2O3 19 1.2 VẬT LIỆU Fe2O3 PHA TẠP 22 1.2.1 Mục đích pha tạp 22 1.2.2 Các hình thức pha tạp 22 1.3 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC (PEC) 24 1.3.1 Nguyên lý chung hệ tách nƣớc sử dụng ánh sáng 24 1.3.2 Nguyên lý tế bào quang điện hóa 26 1.3.3 Hiệu suất hệ tách nƣớc 28 1.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ Fe2O3 ỨNG DỤNG TRONG PEC 30 CHƢƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 34 2.1 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 34 2.1.1 Hóa chất 34 2.1.2 Dụng cụ 34 2.1.3 Thiết bị 35 2.2 QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU 35 2.2.1 Chuẩn bị đế FTO 35 2.2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nano Fe2O3 35 2.2.3 Quy trình tổng hợp vật liệu nano Fe2O3 pha tạp Ti 37 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU 38 2.3.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 39 2.3.2 Phƣơng pháp phổ Raman 40 2.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 41 2.3.4 Phƣơng pháp phổ hấp thụ tử ngoại- khả kiến (UV-Vis) 43 2.3.5 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc (PEC) 44 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Hình thái cấu trúc vật liệu 47 3.2 Tính chất hấp thụ quang vật liệu 53 3.3 Tính chất quang điện hóa vật liệu Fe2O3 pha tạp Ti 55 60 60 61 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ…………………… ….… 62 DANH MỤC LIỆU THAM KHẢO 63 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Việt Hiệu suất chuyển đổi ánh ABPE sáng thành dòng điện dƣới tác dụng mạch CB Vùng dẫn CVD Eg EDX FTO IPCE Tiếng Anh Applied Bias Photon-tocurrent Efficiency Conduction Band Chemical Vapor Deposition Năng lƣợng vùng cấm Phổ tán sắc lƣợng tia X Kính phủ lớp dẫn điện ơxít thiếc pha tạp flo Band gap energy Energy-dispersive X-ray spectroscopy Fluorinated Tin Oxide Hiệu suất chuyển đổi dòng Incident Photon-to-current photon tới thành dòng điện Conversion Efficiency LSV Quét tuyến tính Linear Sweep Voltammetry PEC Tế bào quang điện hóa Photo Electrochemical Cell QE Hiệu suất lƣợng tử Quantum Eficiency Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope SEM STH UV UV-Vis VB XRD Hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành hyđrô Bức xạ tử ngoại Solar-to-hydrogen Ultraviolet Quang phổ tử ngoại - khả Ultraviolet-Visible kiến spectroscopy Vùng hoá trị Valence Band Nhiễu xạ tia X X-ray diffraction DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng tổng hợp mẫu vật liệu nano Fe2O3 36 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp mẫu vật liệu nano Fe2O3 pha tạp Ti 38 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp mẫu vật liệu nano Fe2O3 không pha tạp pha tạp Ti …………………………………………………………… 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 (a) Cấu trúc tinh thể hematite (α-Fe2O3), (b) Mặt phẳng (111) cấu trúc mặt thoi hematite (α-Fe2O3)…… ……….………….………8 Hình 1.2 Các trình diễn chất bán dẫn đƣợc chiếu sáng………………………………………………………………… 12 Hình 1.3 Cơ chế quang xúc tác vật liệu Fe2O3 ………………….14 Hình 1.4 Ngun lí chung trình xúc tác quang chất bán dẫn dƣới chiếu sáng… ………….………………………………………26 Hình 1.5 (a) Mơ hình tế bào PEC tách nƣớc (b-d) Sơ đồ mức lƣợng chất bán dẫn dùng làm điện cực quang tế bào PEC dƣới chiếu sáng ……… …………………………………………………27 Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả quy trình tạo dung dịch tiền chất thuỷ nhiệt để tổng hợp vật liệu nano Fe2O3…………… … …….………………………………….35 Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả quy trình tổng hợp vật liệu nano Fe2O3 pha tap Ti ….37 Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM) …… …………40 Hình 2.4 Tƣơng tác chùm điện tử vật rắn ……………… ……… 40 Hình 2.5 Hệ thống máy quang phổ Raman ………………………… ……41 Hình 2.6 Sự phản xạ bề mặt tinh thể………………… ………………42 Hình 2.7 Thu phổ nhiễu xạ tia X ……………………………………………43 Hình 2.8 Hệ CorrTest Electrochemical Workstation phòng Vật lý chất rắn Trƣờng Đại học Quy Nhơn…………………………………… ….45 Hình 3.1 Ảnh chụp mẫu F8, F16 F24 sau đƣợc tổng hợp đế FTO với thời gian thủy nhiệt khác khác 8, 16 24 giờ………………………………………………………………… 47 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu nano Fe2O3 đƣợc tổng hợp với thời gian thủy nhiệt khác (a,b) giờ, (c,d) 16 (e,f) 24 48 Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu nano Fe2O3 pha tạp Ti với lƣợng TiCl4 khác nhau: (a, b) 0,75 mL (mẫu F-T75) (c, d) 1,5 mL (mẫu F-T150) …… 50 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu Fe2O3 không pha tạp (mẫu F16) Fe2O3 pha tạp Ti (mẫu F-T75) Các đỉnh phổ Fe2O3 FTO đƣợc đánh dấu hình () (*) tƣơng ứng Theo thẻ chuẩn PDF#00-033-0664………….…………………………… …………51 Hình 3.5 Phổ tán xạ Raman mẫu Fe2O3 không pha tạp (mẫu F16) Fe2O3 pha tạp Ti (mẫu F-T75)… ……… ……………… ………53 Hình 3.6 (a) Phổ hấp thụ UV-vis mẫu F16 F-T75 (b) Đồ thị Tauc biểu diễn phụ thuộc ( h ) vào lƣợng photon mẫu F16 FT75…………………………………………………………… ….…54 Hình 3.7 Phổ mật độ dòng điện – điện (J-V) mẫu vật liệu Fe2O3 không pha tạp (mẫu F16) pha tạp Ti với hàm lƣợng khác nhau: 0,25 mL (mẫu F-T25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu FT100) 1,5 mL (mẫu F-T150)………………………………… 56 Hình 3.8 Tỉ lệ giá trị mật độ dòng quang điện mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng pha tạp khác 0,25 mL (mẫu F-T25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu F-T100) 1,5 mL (mẫu F-T150) so với mẫu không pha tạp (mẫu F16)……… …………… ……….…57 Hình 3.9 (a) Phổ hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa ( ) mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng pha tạp khác 0,25 mL (mẫu FT25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu F-T100) 1,5 mL (mẫu F-T150) (b) Giá trị cực đại điện 0,2 V mẫu Fe2O3 pha tạp Ti không pha tạp……………………………… …58 54 Hình 3.6 (a) Phổ hấp thụ UV-vis mẫu F16 F-T75 (b) Đồ thị Tauc biểu diễn phụ thuộc ( h ) vào lƣợng photon mẫu F16 F-T75 55 Để tính tốn độ rộng vùng cấm quang học mẫu F16 F-T75, sử dụng công thức hàm Tauc: αhν = A(hν – Eg)n (3.1) g Vì vật liệu -Fe2O3 có g (αhν)2 Nhƣ vậy, vẽ đồ thị phụ thuộc (αhν)2 theo lƣợng hν ánh sáng tới, sau ngoại suy phần dốc đồ thị ị ết cho phép xác định bề rộng vùng cấm quang học vật liệu -Fe2O3 từ phổ hấp thụ thực nghiệm Hình 3.6 ( h )2 vào lƣợng (h ), độ rộng vùng cấm vật liệu đƣợc ƣớc tính cách ngoại suy phần tuyến tính đồ thị với trục lƣợng Giá F16 đƣợc xác định cỡ 2,06 eV, kết tƣơng đƣơng với giá trị độ rộng vùng cấm vật liệu Fe2O3 đƣợc công bố trƣớc [7] Đ -T75 đƣợc xác định cỡ 2,04 eV, giảm so với mẫu F16 khơng pha tạp Kết nghiên cứu phổ hấp thụ cho thấy pha tạp vật liệu Fe2O3 độ rộng vùng cấm quang học bị thu hẹp độ hấp thụ vùng khả kiến cao so với mẫu khơng pha tạp 3.3 Tính chất quang điện hóa vật liệu Fe2O3 pha tạp Ti Để khảo sát tính chất quang điện hóa mẫu vật liệu nano Fe2O3 pha tạp Ti, tiến hành đo đƣờng cong dòng điện - điện phƣơng pháp quét tuyến tính LSV Dung dịch điện phân sử dụng 56 KOH nồng độ 1M Phổ mật độ dòng điện – điện (J – V) mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng pha tạp khác 0,25 mL; 0,75 mL; 1,0 mL 1,5 mL đƣợc thể hình 3.7 Phổ J – V mẫu Fe2O3 không pha tạp (mẫu F16) đƣợc đo đạc để so sánh với mẫu Fe2O3 pha tạp Ti Hình 3.7 Phổ mật độ dòng điện – điện (J-V) mẫu vật liệu Fe2O3 không pha tạp (mẫu F16) pha tạp Ti với hàm lƣợng khác nhau: 0,25 mL (mẫu FT25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu F-T100) 1,5 mL (mẫu F-T150) Từ hình 3.7, thấy rằng, mật độ dòng quang điện mẫu Fe2O3 khơng pha tạp (mẫu F16) có giá trị nhỏ, khoảng 0,06 mA/cm2 điện 0,4 V Giá trị nhỏ mật độ dòng quang điện mẫu F16 tốc độ tái hợp nhanh điện tử - lỗ trống cấu trúc Fe2O3, tính chất điện cố hữu vật liệu Khi pha tạp Ti vào mẫu Fe2O3 với hàm lƣợng 0,25 mL, giá trị mật độ dòng quang điện mẫu F-T25 đƣợc tăng cƣờng rõ rệt, đạt giá trị 0,26 mA/cm2 điện 0,4 V, tăng lên lần so với mẫu F16 không pha tạp Tiếp tục tăng hàm lƣợng pha tạp Ti lên 0,75 mL, mẫu F-T75 thể mật độ dòng quang điện lớn nhất, đạt giá trị 57 0,43 mA/cm2 điện 0,4 V Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lƣợng pha tạp Ti lên 1,0 mL 1,5 mL mật độ dịng quang điện lại giảm xuống giá trị tƣơng ứng 0,35 mA/cm2 0,32 mA/cm2 điện 0,4 V Sự tăng cƣờng giá trị mật độ dòng quang điện mẫu Fe2O3 pha tạp Ti so với mẫu khơng pha tạp đƣợc thể hình 3.8 Hình 3.8 Tỉ lệ giá trị mật độ dịng quang điện mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng pha tạp khác 0,25 mL (mẫu F-T25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu F-T100) 1,5 mL (mẫu F-T150) so với mẫu không pha tạp (mẫu F16) Để đánh giá hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa mẫu Fe2O3 pha tạp, chúng tơi tính tốn hiệu suất theo cơng thức: ABPE (%) = J ( E rev Plight E app ) 100 t (3.2) ); Erev = 1,23 V hiệu điện nhiệt động học cần thiết cho trình tách nƣớc; Eapp = Emeas – Eaoc Emeas sáng, Eaoc mW/cm2 light , có giá trị 100 58 Hình 3.9 (a) Phổ hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa ( ) mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng pha tạp khác 0,25 mL (mẫu F-T25); 0,75 mL (mẫu F-T75); 1,0 mL (mẫu F-T100) 1,5 mL (mẫu F-T150) (b) Giá trị cực đại điện 0,2 V mẫu Fe2O3 pha tạp Ti khơng pha tạp Hình 3.9(a) biểu diễn phổ hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa ( ) mẫu Fe2O3 khơng pha tạp pha tạp Ti với hàm lƣợng khác Có thể thấy rằng, mẫu Fe2O3 khơng pha tạp có giá trị cực đại 0,03% điện 59 V Việc đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện cực đại điện V cho thấy vật liệu Fe2O3 có tiềm ứng dụng tách nƣớc quang điện hóa mà khơng cần sử dụng nguồn điện ngồi Tuy nhiên giá trị mẫu Fe2O3 khơng pha tạp nhỏ Các mẫu Fe2O3 pha tạp Ti với hàm lƣợng nhỏ thể tăng cƣờng hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa theo tăng hàm lƣợng pha tạp, giá trị cực đại điện 0,2 V mẫu F-T25 F-T75 lần lƣợt 0,08% 0,15% Tuy nhiên, hàm lƣợng pha tạp lớn, mẫu F-T100 F-T150 thể hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa bị giảm dần, đạt giá trị cực đại lần lƣợt 0.12% 0,1% Đồ thị hình 3.9(b) biểu diễn g cực đại 2O3 khơng pha tạp Ti với hàm lƣợng khác Sự tăng cƣờng tính chất quang điện hóa mẫu Fe2O3 pha tạp Ti cải thiện tính chất điện vật liệu pha tạp nguyên tố kim loại Ti vào cấu trúc Fe2O3, nồng độ hạt tải vật liệu đƣợc tăng cƣờng Mặt khác, dựa vào phổ hấp thụ UV-vis hình 3.6, mẫu Fe2O3 pha tạp Ti cho thấy độ hấp thụ vùng khả kiến lớn nên khả thu hoạch ánh sáng mẫu pha tạp tốt Do đó, nồng độ hạt mang điện sinh dƣới chiếu sáng đƣợc tăng lên Hệ tính chất quang điện hóa vật liệu Fe2O3 pha tạp đƣợc tăng cƣờng Tuy nhiên, pha tạp Ti với hàm lƣợng lớn, chiều dày lớp vật liệu bị giảm, nhƣ đƣợc quan sát ảnh SEM hình 3.3, nên diện tích tiếp xúc riêng vật liệu bị giảm Điều làm giảm phản ứng oxi hóa khử vật liệu với dung dịch điện phân, làm giảm hiệu suất chuyển đổi quang điện hóa vật liệu 60 Trên sở kết nghiên cứu đề tài, đƣa số kết luận sau: Đã chế tạo đƣợc mẫu vật liệu nano Fe2O3 sát hình thái bề mặt kĩ thuật SEM cho thấy mẫu vật liệu F16 tổng hợp điều kiện nhiệt độ 100 oC thời gian 16 với tỉ lệ nồng độ FeCl3/CO(NH2)2 2/3 có độ đồng độ xốp cao, nano có đƣờng kính khoảng 80 – 100 nm, có chiều cao trung bình khoảng Kết khảo sát cấu trúc tính chất kĩ thuật XRD, Raman UVvis 2O3 có cấu trúc tinh thể dạng hematite ( -Fe2O3) bờ hấp thụ quang vùng ánh sáng nhìn thấy với bề rộng vùng cấm quang học 2,06 eV Đã tiến hành pha tạp Ti vào mẫu vật liệu nano Fe2O3 với hàm lƣợng tiền chất pha tạp khác từ 0,25 đến 1,5 mL ảnh SEM cho thấy hàm lƣợng pha tạp ảnh hƣởng đến hình thái bề mặt mẫu pha tạp, hàm lƣợng pha tạp lớn độ dày lớp vật liệu mỏng - Ti với hàm lƣợng 0,75 mL Fe2O3 bờ hấp thụ quang học tƣơng tự nhƣ mẫu không pha tạp F-T75) cho giá trị quang học 2,04 eV Đã khảo sát hoạt Ti tăng cƣờng rõ rệt M 2O3 F-T75 điện 0,2 V, tăng gấp lần so với mẫu Fe2O3 0,15 61 Sự tăng cƣờng tính chất quang điện hóa mẫu Fe2O3 pha tạp Ti cải thiện tính chất điện vật liệu pha tạp nguyên tố kim loại Ti vào cấu trúc Fe2O3, nồng độ hạt tải vật liệu đƣợc tăng cƣờng khả hấp thụ quang học đƣợc nâng cao Trên sở kết thu đƣợc từ nghiên cứu này, chúng tơi có số kiến nghị sau: Nghiên cứu sâu chế tăng cƣờng hoạt tính quang điện hóa vật liệu Fe2O3 pha tạp nguyên tố kim loại Nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số nhƣ nhiệt độ tổng hợp, nhiệt độ nung, cách thức pha tạp, … trình pha tạp nguyên tố kim loại lên hoạt tính quang điện hóa vật liệu Tiếp tục nghiên cứu nâng cao hoạt tính quang điện hóa độ ổn định vật liệu Fe2O3 cách pha tạp đồng pha tạp nguyên tố kim loại phi kim, biến tính bề mặt, chế tạo cấu trúc dị thể 62 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Ngơ Thị Hiền Thảo, Cao Thị Mộng Gấm, Hà Văn Thạnh, Nguyễn Tấn Lâm, Trần Năm Trung*, Tổng hợp có điều khiển vật liệu nano Fe2O3 định hƣớng ứng dụng quang điện hóa, Tạp chí xúc tác hấp phụ Việt Nam (chấp nhận đăng) 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phebe Asantewaa Owusu and Samuel Asumadu-Sarkodie (2016) "A review of renewable energy sources, sustainability issues and climate change mitigation" Cogent Engineering,1-14 [2] M Wang, M Pyeon, Y Gönüllü and at el (2015) Constructing Fe2O3/TiO2 core–shell photoelectrodes for efficient photoelectrochemical water splitting Nanoscale, 7(22), 10094–10100 [3] C-H Liao, C-W Huang, and J.C.S Wu (2012) Hydrogen Production from Semiconductor-based Photocatalysis via Water Splitting Catalysts, 2(4), 490–516 [4] S.K Saraswat, D.D Rodene, and R.B Gupta (2018) Recent advancements in semiconductor materials for photoelectrochemical water splitting for hydrogen production using visible light Renew Sustain Energy Rev, 89, 228–248 [5] M Poornajar, N Nguyen, H-J Ahn and at el (2019) Fe2O3 Blocking Layer Produced by Cyclic Voltammetry Leads to Improved Photoelectrochemical Performance of Hematite Nanorods Surfaces, 2(1), 131–144 [6] A Boudjemaa, S Boumaza, M Trari and at el (2009) “Physical and photo-electrochemical characterizations of α-Fe2O3 Application for hydrogen production” Int J Hydrog Energy, 34(10), 4268–4274 [7] Shen S., Lindley S.A., Chen X cộng (2016) “Hematite heterostructures for photoelectrochemical water splitting: rational materials design and charge carrier dynamics” Energy Environ Sci, 9(9), 2744–2775 [8] Hồng Nhâm (2005), “Hố vơ tập III, NXB Giáo dục, Hà Nội 64 [9] Morrish A.H (1995), “Canted Antiferromagnetism: Hematit”, WORLD [10] Sivula K., SCIENTIFIC Zboril R., Le Formal F cộng (2010) “Photoelectrochemical Water Splitting with Mesoporous Hematite Prepared by a Solution-Based Colloidal Approach” J Am Chem Soc, 132(21), 7436–7444 [11] Dubey S., Soon C.S., Chin S.L cộng (2016) “Performance Analysis of Innovative Top Cooling Thermal Photovoltaic (TPV) Modules Under Tropics” Volume 1: Biofuels, Hydrogen, Syngas, and Alternate Fuels; CHP and Hybrid Power and Energy Systems; Concentrating Solar Power; Energy Storage; Environmental, Economic, and Policy Considerations of Advanced Energy Systems; Geothermal, Ocean, and Emerging Photovoltaics; Posters; Solar Energy Systems; Sustainable Energy Chemistry; Infrastructure Technologies; Sustainable and Building Transportation; Thermodynamic Analysis of Energy Systems; Wind Energy Systems and Technologies, Charlotte, North Carolina, Society of Mechanical Engineers, V001T08A001 USA, American [12] Grigorescu S., Lee C.-Y., Lee K cộng (2012) “Thermal air oxidation of Fe: rapid hematite nanowire growth and photoelectrochemical water splitting performance” Electrochem Commun, 23, 59–62 [13] Goodlet G., Faty S., Cardoso S cộng (2004) “The electronic properties of sputtered chromium and iron oxide films” Corros Sci, 46(6), 1479–1499 65 [14] Tamirat A.G., Rick J., Dubale A.A cộng (2016) “Using hematite for photoelectrochemical water splitting: a review of current progress and challenges” Nanoscale Horiz, 1(4), 243–267 [15] Cesar I., Kay A., Gonzalez Martinez J.A cộng (2006) Translucent Thin Film Fe2O3 Photoanodes for Efficient Water Splitting by Sunlight:  Nanostructure-Directing Effect of Si-Doping” J Am Chem Soc, 128(14), 4582–4583 [16] Hanaor D.A.H Sorrell C.C (2011) “Review of the anatase to rutile phase transformation J Mater Sci, 46(4), 855–874 [17] Khan U., Akbar A., Yousaf H cộng (2015) “Ferromagnetic Properties of Al-doped Fe2O3 Thin Films by Sol-gel” Mater Today Proc, 2(10), 5415–5420 [18] Chen X Mao S.S (2007) “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev, 107(7), 2891–2959 [19] Yang Z., Wang B., Cui H cộng (2015) “Hydrothermal Synthesis of Crystal-Controlled TiO2 Nanorods: Rutile and Brookite as Highly Active Photocatalysts” Phys Chem [20] Fang J.-M., Wang Z.-Q., Gong W.-Q cộng (2008) “Ceramic Filter Balls Loaded withα-Fe2O3 and Their Application to NH3-N Wastewater Treatment” Chin J Chem, 26(3), 459–462 [21] Hristodor C.-M., Vrinceanu N., Pode R cộng (2013) “Preparation and thermal stability of Al2O3-clay and Fe2O3-clay nanocomposites, with potential application as remediation of radioactive effluents” J Therm Anal Calorim, 111(2), 1227–1234 66 [22] Boudjemaa A., Boumaza S., Trari M cộng (2009) “Physical and photo-electrochemical characterizations of α-Fe2O3 Application for hydrogen production” Int J Hydrog Energy, 34(10), 4268–4274 [23] Wang S., Wang L., Yang T cộng (2010) “Porous α-Fe2O3 hollow microspheres and their application for acetone sensor” J Solid State Chem, 183(12), 2869–2876 [24] Cao W., Tan O.K., Zhu W cộng (2000) “Mechanical Alloying And Thermal Decomposition of (ZrO2)0.8–(α-Fe2O3)0.2 Powder for Gas Sensing Applications” J Solid State Chem, 155(2), 320–325 [25] Kitaura H., Takahashi K., Mizuno F cộng (2008) “Mechanochemical synthesis of α-Fe2O3 nanoparticles and their application to all-solid-state lithium batteries” J Power Sources, 183(1), 418–421 [26] Yin S , Qiwu Zhang, Fumio Saito and T.S (2003) “Preparation of Visible Light-Activated Titania Photocatalyst by Mechanochemical Method” Chem Lett, 8–10 [27] Huang M.-C., Chang W.-S., Lin J.-C cộng (2015) “Magnetron sputtering process of carbon-doped α-Fe2O3 thin films for photoelectrochemical water splitting” J Alloys Compd, 636, 176–182 [28] Wang L., Lee C.-Y., Schmuki P (2013) “Ti and Sn co-doped anodic α-Fe2O3 films for efficient water splitting” Electrochem Commun, 30, 21–25 [29] Maeda K (2011) “Photocatalytic water splitting using semiconductor particles: History and recent developments” J Photochem Photobiol C Photochem Rev, 12(4), 237–268 67 [30] Liao C.-H., Huang C.-W., Wu J.C.S (2012) “Hydrogen Production from Semiconductor-based Photocatalysis via Water Splitting” Catalysts, [31] Jiang C., 2(4), 490–516 Moniz S.J.A., Wang A cộng (2017) “Photoelectrochemical devices for solar water splitting – materials and challenges” Chem Soc Rev, 46(15), 4645–4660 [32] Saraswat S.K., Rodene D.D., Gupta R.B (2018) “Recent advancements in semiconductor materials for photoelectrochemical water splitting for hydrogen production using visible light” Renew Sustain Energy Rev, 89, 228–248 [33] Li Y Zhang J.Z (2009) “Hydrogen generation from photoelectrochemical water splitting based on nanomaterials” Laser Photonics Rev, 4(4), 517–528 [34] Milan R., Cattarin S., Comisso N cộng (2016) “Compact hematite buffer layer as a promoter of nanorod photoanode performances” Sci Rep, 6(1), 35049 [35] Pradhan G.K Parida K.M (2011) “Fabrication, Growth Mechanism, and Characterization of α-Fe2O3 Nanorods” ACS Appl Mater Interfaces, 3(2), 317–323 [36] Li Z., Lai X., Wang H cộng (2009) “Direct hydrothermal synthesis of single-crystalline hematite nanorods assisted by 1,2propanediamine” Nanotechnology, 20(24), 245603 [37] Park J.W., Subramanian A., Mahadik M.A cộng (2018) “Insights into the enhanced photoelectrochemical performance of hydrothermally controlled hematite nanostructures for proficient solar water oxidation” Dalton Trans, 47(12), 4076–4086 68 [38] Rioult M., Magnan H., Stanescu D cộng (2014) “Single Crystalline Hematite Films for Solar Water Splitting: Ti-Doping and Thickness Effects” J Phys Chem C, 118(6), 3007–3014 [39] Fu Z., Jiang T., Liu Z cộng (2014) “Highly photoactive Ti-doped α-Fe2O3 nanorod arrays photoanode prepared by a hydrothermal method for photoelectrochemical water splitting” Electrochimica Acta, 129, 358 – 363 [40] Annamalai A., Shinde P.S., Subramanian A cộng (2015) Bifunctional TiO2 underlayer for α-Fe2O3 nanorod based photoelectrochemical cells: enhanced interface and Ti4+ doping” J Mater Chem A, 3(9), 5007–5013 [41] Reimer L (2013), “Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis” [42] Bumbrah G.S Sharma R.M (2015) “Raman spectroscopy – Basic principle, instrumentation and selected applications for the characterization of drugs of abuse” Egypt J FORENSIC Sci [43] Reimer L (2013), “Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis” [44] A L Patterson (1939) “The Scherrer Formula for X-Ray Particle Size Determination” Phys Rev, 56, 978–982