0726 nghiên cứu tổng hợp và khảo sát tính chất quang điện hóa tách nước của vật liệu dị thể agitio2 có cấu trúc nano xốp luận văn tốt nghiệp

B®GIÁODỤCVÀÐÀOTẠO TRƯỜNGÐẠIHỌC QUY NHQN VĂNTUẤNVIỆT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤTQUANGÐIỆNHĨATÁCHNƯỚCTRÊNCQSỞVẬTLIỆ U AgI/TiO2 Chun n g n h : V ậ t c h ấ t r ắ n Mãso: 8440104 Ngvờihvớngdẫn:TS.ÐỒNMINHTHỦY LỜICAMÐOAN Tơi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trungthực, kết nghiên cứu thực Trường Ðại học Quy Nhơndưới hướng dẫn TS Ðoàn Minh Thủy, tài liệu tham khảo đượctríchdẫn xác vàđầyđủ Họcviên VănTuấnViệt LỜICẢMQN Trong trình học tập hồn thành luận văn, tơi nhận sựủngh ộ , g i ú p đ ỡ q u ý b u t c c t h ầ y c ô g i o , c c đ n g n g h i ệ p , b n b è v ngườithân Lời đầu tiên, xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS.Ðoàn Minh Thủy - người hướng dẫn trực tiếp, tận tình giúp đỡ, động viênvà tạo điều kiệnt h u ậ n lợi cho suốt t h i g i a n t h ự c h i ệ n đ ề t i luậnvăn Tôi xin cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tìnhgiảng dạy thầy cô Bộ môn Vật l– Khoa học vật liệu, Khoa Khoa họctự nhi n, Trường Ðại học Quy Nhơn Những kiến thức mà thầy cô hếtlòng truyền đạt tảng tri thức vững cho chúng tơi q trìnhhọctập sau trường Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phịng thí nghiệmVật lý chất rắn, Trường Ðại học Quy Nhơn hỗ trợ giúp đỡ tơi nhiềutrongviệc thựchiện cácphépđo đểđónggóp vào kếtquảcủa luậnvănnày Cuối cùng, tơixin cảm ơnnhững người thân củamìnhđãlnb n cạnh, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn tốtnghiệp Họcviên VănTuấnViệt MỤCLỤC LỜI CAM ÐOANLỜICẢMƠ N DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮTDANHMỤC CÁC BẢNG DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ MỞÐẦU 1 Lído chọnđềtài Mụcđíchvà nhiệmvụ nghiên cứu .2 Ðoi tvợngnghiên cứuvà phạmvi nghiêncứu .3 Phvơngphápnghiêncứu Ýnghĩakhoa học thựctiễncủa đềtài .3 Cấutrúc luậnvăn CHƯQNG1 TỔNG QUAN 1.1 NĂNGLƯỢNGHIÐRÔ 1.1.1 Vai trịvà tầmquan trọngcủanănglvợnghiđrơ 1.1.2 Cácphvơng pháp sản xuấthiđrô 1.2 TỔNGQUAN VỀVẬT LIỆU NANO TiO2 11 1.2.1 Cấutrúc tinh thểcủa TiO2 11 1.2.2 Cấutrúc vùngnăng lvợngcủa TiO2 13 1.2.3 Ứngdụng vật liệu nanoTiO2 15 1.3 TỔNGQUAN VỀVẬT LIỆUAgI 16 1.3.1 Cấutrúc tinh thểcủa AgI 17 1.3.2 Một sophvơngpháptổnghợpAgI cấutrúcnano 19 1.3.3 Ứngdụng AgItrong lĩnh vực quang xúc tác .21 MỤCLỤC 1.4 TỔNGQUAN VỀVẬT LIỆUCdS 23 1.4.1 Cấutrúctinh thểCdS 23 1.4.2 Tínhchất vậtlý củavật liệuCdS 24 1.5 NGUYÊNLÝCỦATẾ BÀO QUANGÐIỆN HOÁ 28 1.5.1 Nguyên lýchung 28 1.5.2 Cơ chế quangđiện hóatách nvớccủavậtliệubándẫn .29 1.5.3 Hiệusuất củaPEC .30 1.6 TỔNGQUANVỀTÌNHHÌNHNGHIÊNCỨUT H U Ộ C L Ĩ N H VỰ CCỦAÐỀ TÀI 34 1.6.1 Tìnhhìnhnghiêncứungồinvớc 34 1.6.2 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnvớc 37 CHƯQNG2.THỰCNGHIỆM 39 2.1 HÓACHẤT,DỤNGCỤVÀ THIẾTBỊ 39 2.1.1 Hóachất .39 2.1.2 Dụngcụ thiết bị 39 2.2 QUYTRÌNHCHẾTẠO MẪU 40 2.2.1 ChuẩnbịđếI T O 40 2.2.2 Quytrìnhchế tạodung dịchđiệnphân 40 2.2.3 QuytrìnhlắngđọngPSlênđếITO 41 2.2.4 Quytrìnhchế tạođiện cựcquang TiO2/ITOcấutrúc cầurỗng 42 2.2.5 Quytrình chếtạođiệncựcquangAgI/TiO 2/ITOc ấ u t r ú c c ầ u rỗng 42 2.3 CÁCPHƯQNGPHÁPKHẢO SÁTVẬTLIỆU 44 2.3.1 Phvơng phápkínhhiểnviđiệntửquét(SEM) 44 2.3.2 PhvơngphápnhiễuxạtiaX(XRD) 44 MỤCLỤC 2.3.3 Phvơngphápphổphảnxạkhuếchtántửngoại–khảkiến(UV-Vis-DRS) 46 2.3.4 Ðothuộctínhquangđiệnhóatáchnvớc .47 CHƯQNG3.KẾTQUẢVÀTHẢOLUẬN .49 3.1 KẾTQUẢPHÂN TÍCHCẤU TRÚC VÀ VICẤU TRÚC 49 3.1.1 Kếtquả đonhiễu xạ tiaX(XRD) 49 3.1.2 Kếtquả ảnh hiểnvi điện tửquét 51 3.1.3 Kếtquả phổ UV-Visp h ả n xạkhuếch tán 55 3.2 THUỘCTÍNHQUANG ÐIỆNHĨA CỦIỆNCỰC QUANG 57 3.3 CQ CHẾ LẮNG ÐỌNGÐIỆN HÓA TiO2TRÊN ÐẾITO 61 KÊT LUẬN CHUNG 63 DANHMỤCTÀI LIỆU THAM KHẢO 64 QUYẾTÐỊNHGIAOÐỀTÀILUẬNVĂNTHẠCSĨ(BẢNSAO) DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CHỮVIẾTTẮT ABPE Hiệus u ấ t c h u y ể n đ ổ i n h s n g t h n h d ò n g đ i ệ n d i t c d ụ ng ALD củathế mạchngoài(appliedbiasphotontocurrentefficiency) Phươngp h p lắngđọngđơnlớpnguyêntửtừphahơi(atomic CB layer deposition) Vùngdẫn(Conductionband) EF MứcFermi Eg Nănglượng vùng cấm(Bandgapenergy) EIS Phổtổngtrởđiệnhố(electrochemicalimpedancespectroscopy) FTO Fluorinetinoxide IPCE Hiệusuấtchuyểnđổidịngphotontớithànhdịngđiện(incident photon to currentconversion efficiency) ITO Indiumtin oxide LSV Phươngphápquét thếtuyến tính(Linear sweepvoltammetry) PBG Photonicbandgap PEC Quangđiệnhóatáchnước(photoelectrochemical) pH Ðộhoạt độngcủahydro(Pondushydrogenii) PS Polystyrene QE Hiệusuấtlượngtử(quantumefficiency) SEM Hiểnviđiệntửquét(Scanningelectronmicroscopy) STH Hiệusuấtchuyểnđổiánhsángthànhhiđrô(solar-to-hyđrogen) UV Tia cực tím(Ultraviolet) UV-Vis Quang phổ tử ngoại - spectroscopy) VB Vùnghóatrị(Valenceband) VIS Ánhsángnhìnthấy (Visible light) XRD NhiễuxạtiaX(X-ray diffraction) khả kiến (Ultraviolet-Visible DANHMỤCCÁCBẢNG Bảng1.1.Mộtsốthôngsốvậtlýcủapharutile,anatasevàbrookitecủaTiO2 .12 Bảng1 C c t h ô n g số vật l đặctrưng vạt liệu CdS 26 Bảng2.1 Kíhiệucácđiện cựcTiO2/ITO theocác thơng sốkhác .43 Bảng3.1 Mậtđộdịng quangbảo hịa cácđiện cựcAgI/CdS phủ CdS .60 DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ Hình1.1.Sơđồbìnhđiệnphânsửdụngmàngpolymevớichấtđiệnphânlàvậtl iệurắn .8 Hình1.2.Minhhọabaloạihệsảnxuấthiđrơtừtáchnướcsửdụngnănglượngm ặttrời 10 Hình1.3 Cấutrúc tinhthểcủapha anatase,rutile,brookite củaTiO2 [16] 113 Hình1.4 ( a ) CấutrúccủabátdiệnTiO 6[17]vàsắpxếpkhơnggiancủachú ngtrongơcơsởcủapha(b)anatase,(c)rutile,(d)brookite củaTiO2 122 Hình1.5.Cấutrúcvùngnăngl ợ n g v g i ả n đ m ậ t đ ộ t r n g t h i c ủ a rutile(a)vàanatase 145 Hình1.6: Cấu trúc tinh thểcủa AgI: (A) pha;(B)Phavà (C) pha 188 Hình1.7:Mộtsố hình tháitươngứngvới cácmặtmạng 199 Hình1 a : C c g i a i đ o n p h ả n ứ n g c ủ a p h n g p h p k ế t t ủ a p h a r ắ n – lỏng 20 Hình1.8b:Phươngphápkết tủapharắn–lỏng 20 Hình1.9:Sơđồphương phápchuyểnđổi oxy hóađồng thời 211 Hình1.10: Cấutrúc tinhthểcủaCdS 214 Hình 1.11 (a) Mơ hình tế bào PEC tách nước [26], (b) Sơ đồ nguyênlý tế bào PEC sử dụng chất bán dẫn làm điện cựcquang chiếu sáng (các q trình chính: (I) hấp thụ ánhsáng;(II)chiatáchvàvậnchuyểnđiệntử; (III)phảnứngơxi hốkhửbềmặt) 288 Hình1.12.a)HìnhảnhSEM củacấutrúc3Db)ẢnhSEM củamạngTiO2 cấutrúc xốp 355