(Luận văn) chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước của vật liệu zno agi có cấu trúc phân nhánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN PHƢỚC BÌNH lu an n va ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU p ie gh tn to CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG oa nl w ZnO/AgI CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH d Chuyên ngành: Vật lý chất rắn nf va an lu Mã số: 8440104 z at nh oi lm ul Ngƣời hƣớng dẫn: TS Hoàng Nhật Hiếu z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 thầy TS Hoàng Nhật Hiếu; tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ lu Học viên cao học an n va p ie gh tn to Nguyễn Phƣớc Bình d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập v nguy n cứu chuy n ng nh Vật L Ch t Rắn Khoa Khoa học tự nhi n Trƣờng Đại học Quy Nhơn đến ho n th nh luận v n tốt nghiệp với đề t i: “Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc sở vật liệu ZnO/AgI có cấu trúc phân nhánh Luận v n n y đƣợc ho n th nh với hỗ trợ r t nhiều từ phía lãnh đạo nh trƣờng qu thầy giáo gia đ nh v ạn Tôi xin ch n th nh cảm lu an ơn s u sắc đến: va n - Qu thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy lớp cao học vật lý ch t rắn khóa tn to 22 đặc biệt quý thầy cô thuộc khoa Khoa học tự nhi n trƣờng Đại học Quy ie gh Nhơn Qu thầy cô giảng dạy v hƣớng dẫn nhiệt tình, trách nhiệm p tr nh giảng dạy nghiên cứu suốt kh a học gi p c kiến thức chuy n nl w ng nh để vận dụng thực luận v n n y d oa - Xin gửi lời cảm ơn ch n th nh tới TS Ho ng Nhật Hiếu trƣờng Đại an lu học Quy Nhơn l thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn tận t nh hƣớng dẫn nf va suốt tr nh học tập nghi n cứu v ho n th nh luận v n n y lm ul - Qua đ y ch n th nh cảm ơn cán ộ, giảng viên, nhân z at nh oi viên Phịng Thí nghiệm Bộ môn Vật Lý ch t rắn -Trƣờng Đại học Quy Nhơn tận t nh gi p đỡ nhƣ tạo điều kiện suốt thời gian làm thực nghiệm đồng nghiệp hỗ trợ chuy n môn l gm @ v gi p đỡ ho n th nh đề t i z - Cuối xin cảm ơn bạn m co Qu Nhơn ng an Lu n va ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU lu Lý chọn đề tài an va Mục tiêu đề tài n Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu gh tn to Phƣơng pháp nghi n cứu p ie Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài oa nl w C u trúc đề tài d CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN an lu 1.1 Tổng quang hiệu ứng quang điện h a tách nƣớc nf va 1.1 Nguyên lý c u trúc tế o quang điện hóa lm ul 1.1 Cơ chế phản ứng 1.1.4 Hiệu su t tế o quang điện hóa .9 z at nh oi 1.1.3 Mơ hình dải tế o quang điện h a tách nƣớc .11 1.1.5 Các yêu cầu vật liệu điện cực quang 12 z gm @ 1.2 Tổng quan vật liệu oxit kẽm (ZnO) 12 1.2.1 C u trúc vật liệu ZnO 13 l co 1.2.2 Tính ch t vật liệu ZnO 16 m 1.2.3 Ứng dụng vật liệu ZnO 24 an Lu 1.3 Tổng quan vật liệu AgI .25 n va ac th si 1.3.1 C u trúc vật liệu AgI 25 1.3.2 Tính ch t vật liệu AgI 27 1.3.3 Ứng dụng vật liệu AgI .28 1.4 Ứng dụng hệ vật liệu ZnO/AgI 28 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu v ngo i nƣớc hệ vật liệu ứng dụng l m điện cực quang kỹ thuật quang điện h a tách nƣớc 31 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 34 2.1 Quy trình chế tạo mẫu .34 lu 2.1.1 Quy trình chế tạo điện cực ZnO c u trúc phân nhánh .34 an 2.1.2 Quy trình chế tạo điện cực ZnO-3D/AgI c u trúc phân nhánh .36 va n 2.2 Một số phƣơng pháp khảo sát mẫu 37 gh tn to 2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 37 ie 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .40 p 2.2.3 Phƣơng pháp phổ UV-Vis 42 nl w 2 Phƣơng pháp phổ tán sắc n ng lƣợng (EDS) 43 d oa 2.2.5 Đo thuộc t nh quang điện h a tách nƣớc (PEC) 43 an lu CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 nf va 3.1 Kết phân tích hình thái bề mặt ảnh SEM 44 lm ul 3.2 Kết phân tích c u trúc đo phổ XRD 47 z at nh oi 3.3 Kết phân tích thuộc t nh quang điện hóa tách nƣớc 49 KẾT LUẬN CHUNG .57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 z m co l gm @ QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kính phủ lớp dẫn điện suốt ITO (Indium Tin Oxide) FTO Kính phủ lớp dẫn điện suốt FTO (Fluorine-doped Tin Oxide) PEC Tế SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) UV-Vis Vùng xạ tử ngoại – nhìn th y.(Ultraviolet - Visible -Spectroscopy) XRD Nhiễu xạ tia X (X - Ray diffraction ) STH Hiệu su t chuyển đổi ánh sáng th nh hiđrô (Solar – To - Hydrogen) EDS Phổ tán sắc n ng lƣợng (Energy Dispersive Spectroscopy) lu ITO o quang điện hóa (Photo Electrochemical Cell) an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các thơng số vật lí vật liệu ZnO dạng khối 16 Bảng 2: Số nguy n tử v n ng lƣợng hạt nano h nh cầu 21 Bảng 3: Bảng độ d i đặc trƣng số t nh ch t vật liệu 21 Bảng 4: Bảng thông số hợp ch t AgI 27 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: C u trúc hệ quang điện h a tách nƣớc a điện cực Hình 2: Cơ chế phản ứng quang điện h a H nh 3: Sơ đồ n ng lƣợng thành phần PEC: 10 Hình 4: C u trúc lập phƣơng giả kẽm zinc blende 14 Hình 5: C u trúc lục giác Wurtzite xếp chặt [1] 14 lu an Hình 6: C u trúc lục giác Wurzite .15 n va Hình 7: C u trúc tinh thể ZnO dạng lập phƣơng rocksalt 16 tn to Hình 8: Mô tả mở rộng vùng c m li n quan chặt chẽ tới đặc t nh ie gh quang v điện vật liệu .23 p Hình 9: C u trúc   AgI .26 w oa nl Hình 10: C u trúc   AgI 26 d Hình 11: C u trúc   AgI .26 an lu nf va Hình 1: (a) Ảnh SEM bề mặt c u trúc ZnO sợi nano, (b) Ảnh ph ng đại nó, (c) Ảnh SEM bề mặt c u trúc ZnO-3D, (d) Ảnh lm ul phóng đại 44 z at nh oi Hình 2: (a-h) Ảnh SEM bề mặt ảnh SEM ph ng đại tƣơng ứng c u trúc ZnO-3D/AgI với thời gian mọc AgI khác 2, z 5, 10 15 phút 46 @ l gm Hình 3 : Phổ XRD mẫu ZnO-3D, ZnO-3D/AgI với thời m co gian mọc AgI khác 47 Hình 4: Phổ EDS ZnO-3D/AgI10 48 an Lu n va ac th si Hình 5: Thuộc tính PEC điện cực ZnO-3D ZnO-3D/AgI với thời gian lắng đọng AgI thay đổi 50 Hình 6: (a, b) Ảnh SEM ZnO-3D/AgI10/CdS, (c) Phổ XRD (d) phổ UV-vis c u trúc ZnO-3D, ZnO-3D/AgI10, ZnO3D/AgI10/CdS .51 Hình 7: Phổ EDS ZnO-3D/AgI10/CdS 52 Hình 8: (a, b) so sánh thuộc tính PEC điện cực quang ZnO-3D, ZnO-3D/AgI10 ZnO-3D/AgI10/CdS (c, d) thuộc tính PEC lu an điện cực quang ZnO-3D/AgI/CdS với thời gian mọc AgI n va thay đổi 54 tn to Hình 9: Độ ổn định làm việc c u trúc theo thời gian: (a) mật độ ie gh dòng quang theo thời gian 0,0 V (vs Ag/AgCl) với p vịng chóp tắt ánh sáng (b) Mật độ dòng quang dƣới d oa nl w thời gian chiếu sáng 1800 giây 55 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Lý chọn đề t i Với phát triển mạnh mẽ kinh tế giới gia t ng d n số Quốc gia nhƣ nhu cầu sử dụng n ng lƣợng ngƣời ng y cao v n đề n ng lƣợng v trở th nh đề t i ri ng quốc gia n o m l mối quan t m to n giới Việc sử dụng nguồn n ng lƣợng h a thạch (nhƣ than đá x ng dầu kh đốt …) ngày cạn kiệt v giá leo thang n cạnh đ sử dụng n ng lƣợng hóa thạch lu an gây số v n đề nghiêm trọng mang tính tồn cầu nhƣ nhiễm mơi n va trƣờng m dần lên khí hậu Trái đ t hiệu ứng nhà kính từ phát thải khí tn to CO2 V việc t m kiếm nguồn n ng lƣợng thay cho nguồn gh n ng lƣợng h a thạch ng y cạn kiệt nhƣ giải p ie đề an ninh n ng lƣợng v i toán v n iến đổi kh hậu l v n đề sức n ng ỏng v nl w c p thiết c p độ Quốc gia m l giới oa Một nguồn n ng lƣợng vô lớn đ l n ng d lƣợng Mặt Trời Tổng lƣợng n ng lƣợng Mặt Trời tới bề mặt Trái đ t an lu nf va khoảng 400 000 exajoules/n m g p khoảng 5.400 lần tổng n ng lƣợng tiêu thụ toàn cầu (cỡ 633 exajoules) v o n m 2020 [5] Một câu hỏi đặt làm lm ul n o để sử dụng hiệu nguồn n ng lƣợng đ ? Hiện z at nh oi c nhiều công nghệ chuyển đổi n ng lƣợng Mặt Trời, công nghệ chuyển đổi n ng lƣợng phổ biến nh t Pin mặt trời Ngành công z nghiệp chế tạo Pin mặt trời c ƣớc tiến đáng kể nhƣ hiệu su t pin @ gm ng y c ng t ng pin mỏng nhẹ dễ uốn dẻo … Mặc dù đƣợc cải co l thiện r t nhiều nhƣng n ng lƣợng từ pin mặt trời có hiệu su t m th p v gặp b t cập hòa v o lƣới điện quốc gia nhƣ tr nh an Lu xử lí rác thải pin sau sử dụng Một công nghệ khác đ l chuyển n ng n va ac th si 47 3.2 Kết phân tích cấu trúc đo phổ XRD Để chứng minh mọc tinh thể ZnO v AgI mẫu ZnO-3D ZnO-3D/AgI với thời gian mọc thay đổi phút, phút, 10 phút, 15 phút đƣợc đo phổ XRD máy Bruker D2 Trƣờng Đại Học Quy Nhơn nhƣ cho th y hình 3.3 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu nf va Hình 3 : Phổ XRD mẫu ZnO-3D, ZnO-3D/AgI với thời gian mọc AgI khác lm ul Kết đo phổ XRD cho th y ngo i đỉnh phổ đế ITO t t z at nh oi mẫu xu t đỉnh phổ mặt (100), (002), (101) (102) tƣơng ứng với vị tr g c 2θ = 31 8° 34 4° 36 2° 47,5° c u trúc z Wurtzite ZnO với pha lục giác (PDF card ZnO-00-036-1451) Hơn @ gm mẫu ZnO-3D đỉnh nhiễu xạ tƣơng ứng với mặt (002) c cƣờng co l độ mạnh so với đỉnh khác, chứng minh ZnO đƣợc mọc định hƣớng trục-c cao Ngoài ra, ngoại trừ mẫu ZnO-3D mẫu cịn lại có xu t m an Lu đỉnh phổ (110) AgI với pha α c u trúc lập phƣơng (PDF card AgI-01-074-2433) Mặc khác cƣờng độ đỉnh AgI cao thời gian n va ac th si 48 mọc lớn Chứng minh AgI mọc bề mặt ZnO-3D với k ch thƣớc số lƣợng lớn theo t ng l n thời gian mọc Để chứng minh thêm mọc AgI, mẫu ZnO-3D/AgI10 đƣợc đo phổ EDS để xác định phần tr m nguy n tố thành phần nguyên tố mẫu nhƣ cho th y hình 3.4 bảng 3.1 lu an n va p ie gh tn to nl w d oa Hình 4: Phổ EDS ZnO-3D/AgI10 lu Thành phần ngun tố tính tốn từ phổ EDS ZnO-3D/AgI10 nf va an Bảng Nguyên tố Khối lƣợng (%) Nguyên tử (%) lm ul 76,59 Zn K 46,50 19,45 Ag L 4,39 1,11 IL 1,30 Tổng 100,00 OK 3,01 2,57 z at nh oi SK 44,81 z @ l gm 0,28 m co Kết phổ EDS cho th y có xu t đỉnh đặc trƣng cho an Lu nguyên tố Zn, O, Ag, I với tỉ lệ phần tr m nguy n tử Zn 19,45 %, O 76,59 % Ag 1,11 % I 0,28 % Sự không c n đối O Zn n va ac th si 49 O h p thụ bề mặt mẫu nút khuyết Zn Ngồi ra, mẫu cịn xu t đỉnh phổ nguyên tố S tạp ch t mẫu 3.3 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc Thuộc t nh quang điện h a tách nƣớc điện cực chế tạo đƣợc đo với điều kiện nhƣ tr nh y chi tiết phần thực nghiệm Hình 3.5 (a, b) kết đo mật độ dòng quang hiệu su t chuyển đổi quang tƣơng ứng điện cực c u trúc ZnO-3D ZnO-3D/AgI với thời gian lắng đọng khác phút, phút, 10 phút, 15 phút lu an Kết đo cho th y c u trúc ZnO-3D mật độ dịng quang n va nhƣ hiệu su t chuyển đổi quang th p 0,55 % 0,0 V theo tn to điện cực Ag/AgCl nhƣng đƣợc lắng đọng thêm AgI với thời gian gh tƣơng ứng phút, phút, 10 phút, 15 phút c u trúc ZnO-3D/AgI cho mật p ie độ dòng quang nhƣ hiệu su t chuyển đổi quang t ng l n lớn v đạt cực w đại cho mẫu điện cực ZnO-3D/AgI10 Cụ thể hiệu su t 1,7 % (0,0 V oa nl vs Ag/AgCl) t ng l n lần so sánh với mẫu ZnO-3D Điều cho th y vai d trò AgI việc t ng cƣờng khả n ng h p thụ quang vùng nhìn lu nf va an th y dẫn đến t ng cƣờng hiệu su t PEC Khi thời gian mọc AgI t ng l n th m đến 15 phút hiệu su t lại giảm xuống cịn % điều kích lm ul thƣớc nano lớn dẫn tới hạn chế trình phun hạt tải nhƣ truyền dẫn z at nh oi hạt tải Tuy nhiên, hạn chế lớn sử dụng vật liệu n y đ l độ bền quang z không cao Thật vậy, quan sát th y tr n đƣờng cong mật độ dòng quang @ gm nhƣ hiệu su t chuyển đổi quang xu t đỉnh khử AgI khoảng ch ng tiến hành lắng đọng m tan tr nh đo Để khắc phục điều đ co l đo từ -0 V đến -0 V điều chứng tỏ AgI ị khử r t mạnh bị an Lu th m tr n điện cực ZnO-3D/AgI lớp vật liệu CdS với hai mục đ ch; thứ n va ac th si 50 nh t khắc phục tan AgI tr nh quang điện hóa thứ hai tạo c u trúc xếp dải loại II giúp cải thiện thêm v n đề tách truyền tải điện tử nhanh lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul Hình 5: Thuộc tính PEC điện cực ZnO-3D ZnO-3D/AgI với thời gian lắng đọng AgI tha đổi (a) Mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng z Điều kiện lắng đọng thêm lớp vật liệu CdS phƣơng pháp h a @ gm ƣớt đƣợc thực nhƣ sau: Hòa tan 0,15 (g) C2H5NS 0,616 (g) co l Cd(NO3)2.4H2O với 200 ml nƣớc c t khu y tan nhiệt độ phòng để tạo m thành dung dịch C2H5NS 0,01M + Cd(NO3)2.4H2O 0,01M đồng nh t Các an Lu mẫu ZnO-3D/AgI10 đƣợc cho vào dung dịch đồng nh t tr n để lắng đọng n va ac th si 51 CdS Quá trình lắng đọng CdS đƣợc thực nhiệt độ phòng với thời gian 30 phút Mẫu sau mọc đƣợc rửa với nƣớc c t s y khô 50oC Kết ƣớc hình thành c u trúc ZnO-3D/AgI10/CdS Hình thái bề mặt, c u trúc tinh thể thuộc tính quang c u trúc ZnO3D/AgI10/CdS đƣợc đo v cho th y nhƣ h nh lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu lm ul z at nh oi Hình 6: (a, b) Ảnh SEM ZnO-3D/AgI10/CdS, (c) Phổ XRD (d) phổ UV-vis cấu trúc ZnO-3D, ZnO-3D/AgI10, ZnO-3D/AgI10/CdS Hình 3.6 (a, b) ảnh SEM bề mặt ảnh ph ng đại c u trúc ZnO3D/AgI10/CdS đạt đƣợc sau lắng đọng CdS với thời gian 30 phút Chúng ề mặt nhám so sánh z cho th y k ch thƣớc nano lớn v @ chế tạo co l gm với chƣa mọc CdS Điều chứng tỏ CdS đƣợc mọc điều kiện m Hình 3.6 (c) phổ XRD ba mẫu ZnO-3D, ZnO-3D/AgI10 ZnO- an Lu 3D/AgI10/CdS cho so sánh Kết phổ cho th y ngo i đỉnh phổ n va ac th si 52 ZnO AgI nhƣ cho th y phần trƣớc, mẫu ZnO-3D/AgI10/CdS cịn xu t đỉnh phổ tƣơng ứng với mặt (111) (220) CdS với c u trúc lập phƣơng (PDF card CdS-01-089-0440) Hình 3.6 (d) phổ UVvis c u trúc ZnO-3D, ZnO-3D/AgI10 ZnO-3D/AgI10/CdS Kết cho th y rằng, mẫu ZnO-3D h p thụ vùng UV với biên h p thụ ƣớc s ng 380 nm Đối với mẩu ZnO-3D/AgI10 sau mọc thêm AgI biên h p thụ t ng l n tới ƣớc sóng 450 nm mẫu ZnO-3D/AgI10/CdS sau mọc thêm CdS biên h p thụ tiếp tục t ng l n đến vùng nhìn th y lu ƣớc sóng 550 nm Điều phù hợp với khe n ng lƣợng vật an liệu ZnO 3,2 eV, AgI 2,7 eV CdS 2,4 eV va n Hình 3.7 kết đo phổ EDS mẫu ZnO-3D/AgI10/CdS Phổ tn to cho th y, mẫu có xu t nguyên tố Zn, O, Ag, I, Cd S gh p ie Đặc biệt l Cd v S c cƣờng độ cao nh t, v CdS đƣợc mọc lớp với lớp d y Điều trùng khớp với quan sát ảnh oa nl w SEM Thành phần phần tr m nguy n tố nguyên tố có mẫu d đƣợc tính tốn từ phổ EDS thống kê bảng 3.2 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu Hình 7: Phổ EDS ZnO-3D/AgI10/CdS n va ac th si 53 Bảng Thành phần nguyên tố tính tốn từ phổ EDS ZnO-3D/AgI10/CdS lu an Khối lƣợng (%) Nguyên tử (%) OK 6,36 22,77 SK 20,87 37,3 Zn K 7,98 7,00 Ag L 3,54 1,88 IL 3,18 1,44 Cd L 58,07 29,61 Tổng 100,00 n va Nguyên tố ie gh tn to Hình 3.8 (a, b) kết so sánh mật độ dòng quang hiệu su t p chuyển đổi quang tƣơng ứng a điện cực ZnO-3D/CdS, ZnO-3D/AgI10 nl w ZnO-3D/AgI10/CdS Hình dạng đƣờng cong cho th y, sau mọc thêm d oa CdS th đỉnh khử AgI khơng cịn xu t hiện, chứng minh việc phủ thêm lớp vật an lu liệu CdS với thời gian 30 phút hiệu cho việc chống n mòn quang nf va vật liệu AgI Hơn nữa, giá trị tính tốn hiệu su t cịn cho th y: lm ul điện cực ZnO-3D/AgI10 1,7% (0,0 V vs Ag/AgCl) điện cực ZnO-3D/CdS 2,9% (-0 V vs Ag/AgCl) nhƣng điện cực z at nh oi ZnO-3D/AgI10/CdS th t ng l n r t nhiều 4% (-0,4 V vs Ag/AgCl), t ng g p 2,4 lần 1,4 lần so sánh với điện cực ZnO-3D/AgI10 ZnO- z 3D/CdS theo thứ tự Điều n y khẳng định, vai trò h p thụ quang gm @ hai vật liệu AgI CdS vai trò tách hiệu hạt tải sinh quang nhờ co l vào xếp dải loại II giống nhƣ ậc thang m Hình 3.8 (c, d) kết đo mật độ dịng quang tính tốn hiệu su t an Lu chuyển đổi quang tƣơng ứng c u trúc ZnO-3D/AgI/CdS với thời gian n va ac th si 54 mọc AgI khác Kết đo v t nh toán cho th y, hiệu su t PEC t ng theo thời gian mọc AgI v đạt cực đại cho mẫu điện cực ZnO-3D/AgI10/CdS v sau đ giảm thời gian mọc AgI t ng th m Điều do; bề dày h p thụ quang hiệu cho việc sinh hạt tải điện tích, thời gian mọc AgI c ng t ng th ề dày h p thụ quang lớn dẫn đến hiệu su t PEC c ng t ng Tuy nhi n bề dày AgI dày khả n ng vận chuyển điện tích lớp tiếp xúc khơng cịn hiệu Bên cạnh đ CdS lớp hoạt động nhƣ lớp bảo vệ ng n cản gặm mòn quang T t lu lý dẫn đến hiệu su t PEC cao an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z l gm @ m co Hình 8: (a, b) so sánh thuộc tính PEC điện cực quang ZnO-3D, ZnO3D/AgI10 ZnO-3D/AgI10/CdS (c, d) thuộc tính PEC điện cực quang ZnO3D/AgI/CdS với thời gian mọc AgI tha đổi an Lu n va ac th si 55 Độ ổn định làm việc điện cực c u trúc ZnO-3D, ZnO3D/AgI10, ZnO-3D/AgI10/CdS đƣợc đánh giá ởi đo độ hồi đáp dịng quang theo thời gian dƣới điều kiện chóp tắt ánh sáng v độ bền làm việc điện cực theo thời gian d i 1800 gi y đƣợc đo v kiểm tra nhƣ tr nh y chi tiết h nh a) v ) lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z co l gm @ m Hình 9: Độ ổn định làm việc cấu trúc theo thời gian: (a) mật độ dòng quang theo thời gian 0,0 V (vs Ag/AgCl) với vịng chóp tắt ánh sáng (b) Mật độ dòng quang dƣới thời gian chiếu sáng 1800 giây an Lu n va ac th si 56 Hình 3.9 (a) mật độ dịng quang đo 0,0 V (vs Ag/AgCl) dƣới điều kiện on-off ánh sáng vòng đo Kết cho th y, dòng quang bật ngắt r t nhanh khơng có tƣợng suy giảm dịng quang suốt vòng on-off ánh sáng cho ba c u tr c Điều chứng minh rằng, c u trúc chế tạo c độ hồi đáp quang r t tốt, ứng dụng tốt thực tế Hình 3.9 (b) mật độ dịng quang điều kiện chiếu sáng liên tục 1800 gi y đo 0,0 V (vs Ag/AgCl) Dựa vào kết đo mật độ dòng quang thời điểm đầu thời điểm cuối, ch ng t nh đƣợc phần tr m độ lu suy giảm mật độ dòng quang thời gian ba c u tr c nhƣ sau: an n va Điện cực c u trúc ZnO-3D/AgI10/CdS, to J0  J  3,3 100%  100%  17,5% J0 Điện cực c u trúc ZnO-3D/AgI10, p ie gh tn J  J0  J 0,9  0,38 100%  100%  57,8% J0 0,9 d oa nl w J  an lu Điện cực c u trúc ZnO-3D, J0  J 0,34  0, 26 100%  100%  23,5% J0 0,34 nf va J  lm ul z at nh oi Nhƣ vậy, kết cho th y sau khoảng thời gian đo 1800 gi y mật độ dòng quang điện cực ZnO-3D/AgI10 suy giảm đến 57,8%, kết r t phù hợp AgI bị khử tr nh đo quang điện h a Đối với z gm @ điện cực ZnO-3D/AgI10/CdS sau có lớp bảo vệ CdS mật độ dịng quang giảm 17,5% Kết cho th y điện cực ZnO-3D/AgI10/CdS m co l làm việc ổn định an Lu n va ac th si 57 KẾT LUẬN CHUNG Đã ho n th nh việc nghiên cứu, chế tạo khảo sát thành cơng tính ch t quang điện h a tách nƣớc vật liệu c u trúc ZnO-3D/AgI, ZnO-3D/AgI/CdS mọc tr n đế ITO v đạt đƣợc kết khả quan nhƣ sau: * Từ kết phân tích mơ hình ảnh SEM cho th y ằng phƣơng pháp phun điện, thủy nhiệt v h a ƣớc tổng hợp th nh công vật liệu ZnO nano sợi, ZnO-3D, ZnO-3D/AgI, c u trúc ZnO-3D/AgI/CdS lu an * Kết XRD cho th y vật liệu tinh thể ZnO với pha lục giác n va Wurtzite, AgI có c u trúc lập phƣơng với pha α v CdS c c u trúc lập * Kết phân tích phổ h p thụ UV-Vis cho th y c u trúc ZnO-3D/AgI, ie gh tn to phƣơng p ZnO-3D/AgI/CdS có biên h p thụ vùng nhìn th y ƣớc sóng 450 nm nl w 550 nm theo thứ tự d oa * Kết khảo sát thuộc t nh quang điện h a tách nƣớc, cho th y an lu dƣới xạ ánh sáng đ n Xenon (150 W), cƣờng độ sáng I = 75 mWcm-2 nf va c u trúc ZnO-3D/AgI10 cho hiệu su t 1,7%, sau mọc thêm lớp CdS lm ul hình thành c u trúc ZnO-3D/AgI10/CdS hiệu su t đạt đƣợc l 4% Đồng thời hệ vật liệu n y cho th y độ hồi đáp quang nhanh v độ ổn định làm Những đóng góp mới: z at nh oi việc cao z gm @ + Tạo đƣợc hệ vật liệu ZnO-3D/AgI/CdS với hiệu su t chuyển đổi quang cao (4%), mật độ dòng quang lớn với độ ổn định cao Góp phần đa l m co dạng thêm hệ vật liệu ứng dụng tách nƣớc quang điện hóa điện hóa an Lu + Phƣơng pháp chế tạo ứng dụng c u tr c tách nƣớc quang n va ac th si 58 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Việc hồn thiện đề tài với kết khả quan, ứng dụng thực tiễn góp phần nâng cao hiệu su t tách nƣớc, tiến tới khả n ng ứng dụng thực tế nhiên liệu hydro kỹ thuật quang điện hóa lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si 59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hồng Nhật Hiếu (2016), Tối ưu hố hiệu suất tách nước điện cực quang ZnO Nanorod, Báo cáo khoa học trƣờng Đại học Quy Nhơn [2] Nguyễn Duy Phƣơng (2006) Nghiên cứu chế tạo khảo sát số tính chất màng mỏng ZnO khả ứng dụng chúng, Luận v n tiến sĩ khoa học Trƣờng ĐH Khoa học Tự nhi n H Nội H Nội Tiếng Anh lu an [3] Arnim Henglein, Anton Fojtik anh Host Weller (1986) “Reaction on va n collidal semiconductor particles” Hahn Meitner Institut Berlin, Bereich to gh tn Strahlenchemie, 1000 Berlin 39, Federal Republic of Germany p ie [4] By Silke L Diedenhofen, Gabriele Vecchi, Rienk E Algra, Alex Hartsuiker, Otto L Muskens, George Immink, Erik P A M Bakkers, Willem L Vos, and Jaime Go´mez Rivas (2009), Broad-band and Omnidirectional Antireflection Coatings Based on Semiconductor Nanorods, 21, 973-978 DOI: 10.1002/adma.200802767 d oa nl w lu International Energy an [5] EIA Outlook (2017), Available from: nf va ttps://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/0484(2017).pdf 2017.[Truy cập https://doi.org/10.1039/C2CS35266D G Panthi, M Park, H Y Kim, and S J Park, J Ind Eng Chem z Electrospun polymeric nanofibers encapsulated with l gm (2015), @ [7] F E Osterloh, Chem Soc Rev (2013), Inorganic nanostructures for photoelectrochemical and photocatalytic water splitting, 42, 2294 z at nh oi [6] lm ul ngày 10/7/2021] nanostructured materials and their applications, Vol.24, 1, April co m [8] G Sberveglieri, S Groppelli, P Nelli, a Tintinelli, and G Giunta (1995), an Lu “A novel method for the preparation of NH3 sensors based on ZnO-In n va ac th si 60 thin films”, Sensors Actuators B Chem, vol 25, no 1–3, pp 588–590 https://doi.org/10.1016/0925-4005(95)85128-3 [9] H N Hieu, N Q Dung, J Kim and D Kim (2013), Urchin-like nanowire array: a strategy for high-performance ZnO-based electrode utilized in photoelectrochemistry, Nanoscale, 5, 5530 DOI https://doi.org/10.1039/C3NR00889D [10] J a Rodriguez, T Jirsak, J Dvorak, S Sambasivan, and D Fischer (2000), “Reaction of NO2 with Zn and ZnO: Photoemission, XANES, and Density Functional Studies on the formation of NO3”, J Phys lu an Chem B, vol 104, no 2, pp 319–328 va [11] Jaccques I Pankove (1971), Optical processes in Semiconductors, New n gh tn to lersey, USA [12] J Z Zhang, MRS Bull (2011), Metal oxide nanomaterials for solar p ie hydrogen generation from photoelectrochemical water splitting, 36, 48 oa nl w [13] Murday J S (2002), AMPTIAC Newsletter (1), p.5 d [14] Nocera D.G (2012), The artificial leaf Accounts of Chemical Research, lu nf va an 45(5): p 767-776 [15] Pengchao Si, Xiufang Bian, Hui Li, Yuxian Liu (2003), “Synthesis z at nh oi 24, 4079-4082 lm ul of ZnO nanowhiskers by a simple method Materials Letters 57 No [16] Q Zhang, C S Dandeneau, X Zhou, and G Cao (2009), “ZnO z Nanostructures for Dye- Sensitized Solar Cells”, Adv Mater., vol 21, gm @ no 41, pp 4087–4108, Nov co l [17] S U M Khan, M Al-Shahry, and W B Ingle (2002), “Efficient m photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2”, an Lu Science, vol 297, no 5590, pp 2243–5 n va ac th si 61 [18] T.Bak, J.Nowotny,M.Rekas, C.C.Sorrell (2002), Photo- electrochemical hydrogen generation from water using solar energy Materials-related aspects International Journal of Hydrogen energy 27, pp 991-1022 [19] T Olorunyolemi, A Birnboim, Y Carmel, O Carl, W Jr, I K Lloyd, S Smith, and R Campbell (2002) “Thermal Conductivity of Zinc Oxide: From Green to Sintered State vol 53 pp 14–17 [20] T Senthil and S Anandhan, J Colloid Interface Sci (2014), Structure– lu an property relationship of sol–gel electrospun ZnO nanofibers developed n va for ammonia gas sensing, 432, 285 tn to [21] V A Coleman and C Jagadish (2006) “Basic Properties and ie gh Applications of ZnO pp 1–20 p [22] William S Rees Jr and Gertrud Kräuter (2011), Preparation and nl w characterization of several group 12 element (Zn, Cd)-bis(thiolate) d oa complexes and evaluation of their potential as precursors for 12–16 an lu semiconducting materials nf va [23] Y Tachibana, L Vayssieres, J R Durrant (2012), Artificial lm ul photosynthesis for solar water-splitting, Nat Photonics, 6, 511 z at nh oi [24] Y Li, J Z Zhang (2009), “TiO2 Nanoparticles: Applications in Nanobiotechnology and Nanomedicine Laser Photonics Reviews, 4, 517 [25] Y Qiu, K Yan, H Deng, and S Yang (2012), “Secondary branching z gm @ and nitrogen doping of ZnO nanotetrapods: building a highly active Nano Lett vol 12 m co no 1, pp 407–13 l network for photoelectrochemical water splitting an Lu n va ac th si