DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHi MINH
TRUONG DAI HOC BACH KHOA
000
G c2
LÊ VĂN CƯỜNG
NGHIÊN CỨU TỎNG HOP VAT LIEU COMPOSITE TITAN DIOXIT/GRAPHENE OXIT DANG KHU
UNG DUNG CHE TAO DIEN CUC ANOT TRONG PIN MAT
TROI CHAT MAU NHAY QUANG
(Synthesis of titanium dioxide /reduced graphene oxide composite
materials for fabrication of anodes in dye-sensitized solar cells)
Chuyén nganh: KY THUAT HOA HOC Mã số: 8520301
Trang 3Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHỌC - HCM Cán bộ hướng dan khoa học: TS Phạm Trọng Liêm Châu
(Ghi rõ họ tên, học ham, hoc vi, va chit ky) Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu
(Ghi rð họ, tên, học ham, hoc vi, va chit ky)
Cán bộ chấm nhận xét l: - : : c2 222222 2222222222212 1221512521255 25 2
(Ghi rồ họ, tên, học hàm, học vị, và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: .- - -cc 2c 2222222111211 5151151211211 51 1xx
(Ghi rồ họ, tên, học hàm, học vị, và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM,
ngay thang nam 2020
Thành phân Hội đông đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ - 755-5555 sxs+csss — Chu tịch
2 PGS.TS Nguyén Tran Ha o eccccccesecsesssessessesssesseesesssessessesseesees — Uy vién phan bién 1 3 PGS.TS Nguyễn Thai Hoang o e.eccecceccsessessessesseseesesveseeseeseeeee — Uy vién phan bién 2 4 PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong 22525: — Ủy viên
5 TS Đặng Bảo TTung óc SH nhiệt — Thu ky
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
CHU TICH HOI DONG TRUONG KHOA KY THUAT HOA HOC
Trang 7
LOI CAM ON
Lời đâu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến đẳng sinh thành và người thân đã quan tâm động viên, và giúp đỡ mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này
Tác giả xin bày gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến những người đưa đò tận tâm: Thây TS Phạm Trọng Liêm Châu Thây PGS.TS Nguyễn Hữu Hiêu Thây PGS.TS Nguyễn Thái Hoàng và Thây ThS Nguyễn Cảnh Minh Thăng, những người Thay da
tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn và định hướng cho tác giả
đê có kết quả tốt nhất
Tác giả xin cảm ơn các bạn: Lê Trần Trung Nghĩa, Nguyễn Đức Thịnh, Lê Tiến Phát
Nguyễn Thị Trà My, Hô Hữu Đạt Lê Khắc Hưng và anh Trần Minh Hiền đã luôn dành
thời gian quý báu của mình đê giúp tác giả trong quá trinh thực hiện đề tài cũng như đưa ra những lời khuyên kinh nghiệm hợp lý trong quá trình viết luận văn
Bên cạnh đó tác giả xin gửi lời tri ân đến quý Thây Cô Trường Đại Học Bách Khoa
- Đại Học Quốc Gia TP Hô Chí Minh, đặc biệt là quý Thây Cô Khoa Kỳ Thuật Hóa Học đã tận tâm chỉ dạy và truyền đạt kiến kiến thức trong suốt thời gian học tập vừa
qua Tác giả chân thành cảm ơn tập thê nghiên cứu viên, các anh chị học viên cao học
và các bạn sinh viên của Phòng Thí Nghiệm Trọng Điêm Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí
Minh — Công Nghệ Hóa Học và Dâu Khí (CEPP Lab) Trường Đại Học Bách Khoa —
Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh và Phòng Thí Nghiệm Trọng Diém Đại Học Quốc Gia TP Hô Chí Minh — Hoa Ly Ung Dung (APC Lab), Truong Dai Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia TP Hô Chí Minh đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo kinh nghiệm
tốt nhất cho tác giả thực hiện luận văn này
TP Hô Chí Minh, tháng năm 2020
Trang 9
TOM TAT LUAN VAN
Trong luận văn nay, vat liéu composite titan dioxitgraphene oxit dạng khử
(TiO›/rGO) được tông hợp từ tiền chất titanium isopropoxide (Ti[OCH(CH:)›]: — TiP)
và øraphene oxit (øraphene oxide — GO) băng phương pháp đông kết tủa Trong đó, GO
được tông hợp từ øraphite băng phương pháp Hummers cai tién Sau d6, TiP được phân
tán cùng với GO và được khử băng các chất khử: natri bohidrua, hydrazine hydrate,
axit ascorbic, glucose, va natri citrate; voi cac ti lé khói lượng chất khử trên khối lượng GO bao gém: 1:1, 5:1, 10:1, 15:1, va 20:1 Cac vật liệu composite TiOz/rGO được tông hợp với ti lệ phân trăm khối lượng của GO trên khói lượng tiền chất ban đầu (GO va
TiP) lan hot 1a 0,01; 0,05; 0,25; 1,25; và 6,25%
Tiép theo, các điện cực anot trong pin mặt trời chất màu nhạy quang chế tạo từ các vật liệu composite TiO2/rGO băng phương pháp 1n lụa Bên cạnh do, điện cực anot đối
chứng được chế tạo từ TiOa Đồng thời, các điện cực anot đã chế tạo và điện cực cafot
từ keo platin thương mại được sử dụng đê lắp ráp pin DSSC
Anh hưởng của các điều kiện tông hợp vật liệu composite đến hiệu quả làm việc của
pin DSSC được khảo sát bằng các phương pháp: đường đặc trưng mật độ dòng — thế (1- V) và phô tông trở điện hóa đê chọn vật liệu composite TiO2/rGO phu hop ché tao dién
Cực anot
Ngoài ra, hình thái - câu trúc — đặc tính của vật liệu composite TiO›/rGO phù hợp và
các vật liệu tiền chất được khảo sát băng các phương pháp quang phô tử ngoại khả kiến phô hông ngoại chuyên hóa Fourier, phô Raman phô quang điện tử tia X giản đồ nhiễu xạ tia X phô tán sắc năng lượng tia X đo diện tích bề mặt riêng theo phương pháp
Brunauer-Emmett-Teller, phân tích nhiệt trọng lượng: kính hiên vi điện tử quét và kính
Trang 11
ABSTRACT
In this thesis, titantum dioxide/reducing graphene oxide (TiO2/rGO) composite materials were successfully synthesized from titanium isopropoxide precursors
(Ti[OCH(CH3)2]4 - TiP) and graphene oxide (graphene oxide - GO) In particular, GO
was synthesized from graphite (Gi) by improved Hummers method TiP was then dispersed with GO and reduced with reducing agents: sodium bohidride, hydrazine hydrate, ascorbic acid, glucose, and sodium citrate; with reducing agent weight to GO volume ratios including: 1:1, 5:1, 10:1, 15:1, and 20:1 to create the composite materials TiO2/rGO and rGO with mass ratios of GO were 0.01, 0.05, 0.25, 1.25, and 6.25%
Next, the anode electrodes of the dye-sensitized solar cell (DSSC) were made from TiO2/rGO materials using the screen-printing method Besides, the control anode electrode is made from TiO2 Manufactured anode electrodes and cathode electrodes from commercial Plantinum paste were used to assemble DSSCs
The influence of material synthesis conditions on the electrochemical characteristics and performance of the DSSC was investigated by the current density line - potential (J- V) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to verify the appropriate material
In addition, the morphology - structure - characteristics of suitable TiO2/rGO materials and precursor materials were investigated by ultraviolet—visible spectrophotometry (UV-Vis), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, spectrum X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), measuring specific surface areas
according to Brunauer-Emmett-Teller (BET), thermogravimetric analysis (TGA), field
Trang 13
LOI CAM DOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân
tac gia và được thực hiện dưới sự hướng dân của Thây TS Phạm Trọng Liêm Châu và
Thây PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu tại Phòng Thí Nghiệm Trọng Điêm Đại Học Quốc
Gia — TP.HCM Công nghệ Hóa Học và Dâu Khí (CEPP Lab) Trường Đại Học Bách Khoa cùng với sự hỗ trợ, tư vấn từ Phòng Thí Nghiệm Trọng Điêm Hóa Lý Ứng Dụng (APC Lab), Truong Dai Hoc Khoa Hoc Tu Nhién — Dai Hoc Quốc Gia TP Hô Chí
Minh
Các số liệu, kết quả nghiên cứu, và kết luận trong luận văn này là hoàn toàn trung
thực, chưa từng được công bố trong bất cứ một công trình nào khác trước đây
Tác giả xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
Trang 17DANH MUC CAC TU VIET TAT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
s-Si Single-crystalline silicon solar cell Pin mặt trời silic đơn tinh thê p-SI Poly-crystalline silicon solar cell Pin mặt trời silic đa tinh thê
a-Si Amorphous silicon solar cell Pin mat trời silic vô định hình
CdTe Cadmium telluride solar cells Pin cadimi telluride CIS Cooper-indium-selenide solar cell Pin d6ng-indium-selen CIGS Cooper-indium-gallium-diselenide Pin dong-indium-gallium-
solar cell diselenit
CZTS Copper-zinc-tin-sulfide solar cell Pin déng-kém-thiéc sulfide
OPV Organic photovoltaics Pin hữu cơ
PEC Photoelectronchemical Pin mặt trời quang điện hóa
7 Pin mặt trời chất màu nhạy
DSSC Dye-sensitized solar cell
quang
FTO Fluorine-doped tin oxide Thuy tinh oxit dẫn điện độn flo
¬ Thủy tỉnh oxit dẫn điện độn
ITO Indium-doped tin oxide — indium TCO Transparent conducting oxide Thuy tinh oxit dan dién Poly(3.4- Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT:PS ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) poly(styrenesulfonate)
HOMO Highest occupied molecular orbital Vân đạo chứa điện tử cao nhất
LUMO Lowest uoccupied molecular orbital Vân đạo trống thấp nhất CVD Chemical vapor deposition Lăng đọng hơi hóa học
Gr Graphene Graphene
Gi Graphite Graphite
GiO Graphite oxide Graphite oxit
GO Graphene oxide Graphene oxit
rGO Reduced graphene oxide Graphene oxit dang khử
TiP Titanium isopropoxide Titan isopropoxit
J-V Current density — voltage Mật độ dòng - thé
Electrochemical impedance oe
Trang 19HSE GBL ACN UV-VIS FTIR EDX BET TGA DTA FE-SEM TEM High stability electrolyte y-Butyrolactone Acetonitrile Ultraviolet—visible spectroscopy Fourier-transform infrared spectroscopy X-ray photoelectron spectroscopy X-ray diffraction Energy-dispersive X-ray spectroscopy Brunauer-Emmett-Teller Thermogravimetric analysis Differential thermal analysis Field emission scanning electron
microscopes
Transmission electron microscopy
Chat điện ly độ ôn định cao
y-Butyrolactone Acetonitrile
Quang phô tử ngoại khả kiến Phô hông ngoại chuyên hóa Fourier Phô quang điện tử tia X Nhiéu xa tia X Phô tán sắc năng lượng tia X Brunauer-Emmett-Teller
Phân tích nhiệt trọng lượng Phân tích nhiệt vi sai Kính hiên vi điện tử quét độ
phan giải cao