Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano tio2 dạng sợi ứng dụng trong lĩnh vực quang điện hóa TT

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN VĂN NGHĨA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO TiO2 DẠNG SỢI ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC QUANG ĐIỆN HÓA NGÀNH: VẬT LÝ CHẤT RẮN MÃ SỐ: 9440104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Người hướng dẫn khoa học TS Đoàn Minh Thủy PGS TS Nguyễn Mạnh Sơn HUẾ, NĂM 2021 Cơng trình hồn thành Khoa Điện, Điện tử Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: TS Đoàn Minh Thủy PGS TS Nguyễn Mạnh Sơn Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Đức Chiến Phản biện 2: PGS.TS Phan Bách Thắng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Duy Anh Tuấn Luận án bảo vệ hội đồng cấp chấm luận án cấp Đại học Huế họp Vào lúc ngày tháng năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Khoa Học, Đại học huế 1 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự gia tăng dân số phát triển đời sống giới dẫn đến gia tăng mạnh nhu cầu lượng tồn cầu Hiện nay, nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt) nguồn lượng người (khoảng 90%) Ngoài thực tế nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt tương lai gần, việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch làm gia tăng lượng phát thải khí CO2, điều làm trầm trọng tình trạng nhiễm mơi trường biến đổi khí hậu Theo báo cáo tổ chức Triển vọng Năng lượng Khí hậu Tồn cầu (GECO) năm 2016, nhu cầu lượng toàn cầu lượng phát thải khí nhà kính dự kiến tăng 37% 30% giai đoạn từ đến 2030 Giải pháp cho vấn đề phải tìm kiếm, khai thác nguồn lượng sạch, bền vững thân thiện với môi trường Đây là vấn đề mang tính cấp bách, thu hút quan tâm nhà nghiên cứu giới Trong thập niên qua nhiều nguồn lượng tái tạo phát triển để thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch lượng gió, địa nhiệt, thủy điện lượng mặt trời Đây nguồn lượng tương đối bền vững Tuy nhiên, nguồn lượng có số hạn chế khiến việc phát triển gặp nhiều thách thức Chẳng hạn, điện tạo tuabin gió khơng thể lưu trữ, thủy điện bị hạn chế xây dựng chi phí cao tác động mơi trường bất lợi xảy Trong tình hình đó, khí hiđrơ lên phương tiện lưu trữ vận chuyển lượng lý tưởng lý sau: Thứ nhất, nguyên tố có nhiều tự nhiên tồn nước lẫn khí sinh học; Thứ hai, hiđrơ nhẹ (0,89g/L) nên có mật độ lượng (~140 kJ/g) lớn loại nhiên liệu khác, chẳng hạn xăng (~40 kJ/g); Thứ ba, thân thiện với mơi trường việc sử dụng không sinh chất ô nhiễm tác động xấu mơi trường Giống điện năng, hiđrơ sản xuất từ nhiều nguồn khác khí tự nhiên, than đá, nước nguồn lượng tái tạo khác Nhiều nhà khoa học tin nguồn lượng hiđrô sinh từ q trình tách nước quang hóa kỹ thuật đầy hứa hẹn, kỹ thuật dựa chuyển đổi ánh sáng mặt trời, nguồn lượng có sẵn vơ tận, thành lượng PEC cơng nghệ tích hợp trình hấp thụ ánh sáng vật liệu bán dẫn q trình điện hóa tế bào quang điện, phản ứng ơxi hóa khử nước diễn điện cực để tách nước thành hiđrô ôxi Fujishima Honda người báo cáo hiệu ứng quang xúc tác tách nước (PEC) điện cực titan dioxide (TiO2) vào năm 1972 tạp chí Nature [26] Kỹ thuật cho phép tạo khí hiđrơ trực tiếp từ lượng mặt trời Trong trường hợp đơn giản nhất, nguyên lý quang điện hóa tách nước dựa vào chuyển hóa lượng ánh sáng thành dòng điện tế bào gồm hai điện cực nhúng dung dịch điện phân Dòng điện dùng điện phân nước Một hai điện cực chất bán dẫn hấp thu ánh sáng, gọi điện cực hoạt động (WE) hay điện cực quang, điện cực kim loại, gọi điện cực đếm (CE) Trong điện cực quang đóng vai trị quan trọng hoạt động PEC Cơ chế trình là, điện cực WE chiếu xạ với lượng lớn kích thước khe lượng TiO2 cặp điện tử/lỗ trống hình thành vùng dẫn (CB) vùng hóa trị (VB) Sau đó, điện tử (e-) di chuyển phía catốt Pt Các điện tử tham gia phản ứng khử tạo khí H2, lỗ trống (h+) thực phản ứng oxy hóa tạo O2 Trong công nghệ PEC, vật liệu bán dẫn dùng làm điện cực quang phải thỏa mãn hai điều kiện sau: Một là, kích thước khe lượng (Eg) phải lớn 1,23 eV, lượng cần thiết để phân tách phân tử nước Hơn nữa, để phản ứng xảy mà khơng cần áp điện ngoài, đáy vùng dẫn phải cao mức oxy hóa nước đỉnh vùng hóa trị phải cao mức sinh hydro, có nghĩa hai mức ơxi hóa khử phải nằm phạm vi khe lượng [37]; Hai là, điện cực ngâm dung dịch điện phân nên phải ổn định mặt hóa học để tránh bị ăn mịn điện hóa Một điều đáng lưu ý là, nói trên, điều kiện để phản ứng tách nước xảy Eg phải lớn 1,23 eV Eg lớn (> eV) hiệu suất chuyển đổi lượng thấp Lý hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại (UV) mà hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến, ánh sáng khả kiến đóng góp gần nửa lượng mặt trời tới trái đất, ánh sáng tử ngoại chiếm khoảng 4% TiO2, có Eg lớn, vật liệu hấp dẫn cho cơng nghệ PEC nhờ vào vị trí đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị bao hai mức ơxi hóa - khử H2O, thỏa mãn yêu cầu bắt buộc cho phản ứng tách nước tự xảy Tuy nhiên hiệu suất chuyển đổi quang hệ vật liệu thấp cho ứng dụng thực tế Vì vậy, lĩnh vực nghiên cứu bị lãng quên thời gian dài Hiện nay, để tăng khả hấp thụ ánh sáng mặt trời điện cực quang, nhóm nghiên cứu thường kết hợp vật liệu TiO2 vật liệu hấp thụ quang tốt vùng khả kiến Một số nghiên cứu gần thực điều kết hợp vật liệu TiO2 với vật liệu có kích thước khe lượng thấp thấp CdS [18], CdSe [39], g-C3N4 [55] Kết cho thấy hiệu suất tách nước tăng đáng kể xạ ánh sáng mặt trời Trong hệ vật liệu này, CdS quan tâm nghiên cứu nhiều khe lượng bé (2,3 eV) vị trí đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị phù hợp với việc kết hợp với TiO2 Những cơng bố nhóm Jingshan Luo cộng [39]; Liu cộng [56]; Zhang cộng [91] cho thấy hiệu suất chuyển đổi quang tăng đáng kể cấu trúc ghép CdS/TiO2 Gần đây, hướng phát triển để tăng hiệu suất tách nước sử dụng hạt nano kim loại phủ lên bề mặt vật liệu Hiệu ứng plasmonic từ kim loại q có có cấu trúc nano cho phép mở rộng vùng bước sóng hấp thụ ánh sáng vận chuyển điện tử "nóng" từ kim loại tới bán dẫn Các cơng bố Fang Xu cộng [93]; Gong cộng [78]; Wang cộng [98] cho thấy phủ kim loại Au nano lên lên bề mặt TiO2 mở rộng vùng hấp thụ điện cực quang phía bước sóng dài, làm tăng mật độ dịng quang Hiệu suất chuyển đổi quang kỹ thuật PEC định vật liệu làm điện cực quang Một điện cực quang lý tưởng cho hiệu suất cao ổn định phải thỏa mãn yêu cầu: hấp thụ ánh sáng cao khả vận chuyển điện tử nhanh Các yếu tố phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể cịn phụ thuộc vào hình thái cấu trúc vật iệu Các hình thái cấu trúc nano chiều dây nano, ống nano nano nghiên cứu nhiều dạng cấu trúc cải thiện khả vận chuyển hạt tải giảm mát quang nhờ vào chúng có đường dẫn liên tục khả chống phản xạ [35] Phương pháp phun tĩnh điện (electrospinning) cho thấy đơn giản hiệu việc chế tạo vật liệu cấu trúc nano chiều dạng sợi với loại vật liệu khác nhau, đặc biệt, phương pháp có khả điều khiển độ xốp màng điện cực cách dễ dàng cách điều khiển kích thước sợi nano Kỹ thuật phun tĩnh điện phát minh Mỹ năm 1902, đến năm cuối kỷ 20 nhà khoa học ý đến kỹ thuật chế tạo vật liệu nano chiều Bằng phương pháp M.G Mali cộng [59]; Li [52]; chế tạo thành công điện cực quang TiO2 có cấu trúc sợi Tuy có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ PEC việc nghiên cứu cấu trúc vật liệu điện cực quang nhằm tăng hiệu suất chuyển đổi, để đưa kỹ thuật PEC vào ứng dụng thực tế, hướng nghiên cứu nhận quan tâm lớn Mặt khác, cơng trình cơng bố dừng lại mức độ khảo sát vật liệu điện cực quang, đo hiệu suất dòng quang sinh hiệu suất chuyển đổi quang, có cơng trình nghiên cứu thu trực tiếp khí hiđrơ sinh phản ứng PEC 6 Với lý trên, chọn đề tài luận án là: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano TiO2 dạng sợi ứng dụng lĩnh vực quang điện hóa” PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Khảo sát điều kiện chế tạo điện cực quang có cấu trúc nano chiều TiO2 đế dẫn ITO phương pháp phun tĩnh điện điện - Chế tạo vật liệu nano tổ hợp CdS/Au/TiO2 vật liệu sợi TiO2 để đảm bảo điện cực quang hấp thụ tỷ phần lớn phổ ánh sáng mặt trời - Thiết kế thu nhận lượng hiđrô sinh từ phản ứng CẤU TRÚC LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, nội dung luận án trình bày chương CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 NĂNG LƯỢNG HIĐRƠ 1.1.1 Vai trị tầm quan trọng lượng hiđrô 1.1.2 Các phương pháp sản xuất hiđrơ 1.2 CƠNG NGHỆ QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƯỚC [41] 1.2.1 Nguyên lý cấu trúc tế bào quang điện hóa (PEC) 1.2.2 Cơ chế phản ứng tách nước 1.2.3 Mơ hình lượng PEC 1.2.4 Các tham số đánh giá phẩm chất vật liệu làm điện cực quang 1.2.5 Vật liệu làm điện cực quang 1.3 VẬT LIỆU TiO2 1.3.1 Cấu trúc vật liệu TiO2 1.3.2 Cấu trúc dải lượng TiO2 1.4 VẬT LIỆU TiO2 PHA TẠP, VẬT LIỆU CdS VÀ KIM LOẠI Au 1.4.1 Vật liệu TiO2 pha tạp 1.4.2 Vật liệu CdS 1.4.3 Tổng quan kim loại Au cấu trúc nano 1.5 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước CHƯƠNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN Thực nghiệm chế tạo mẫu - Chúng khảo sát ảnh hưởng yếu tố lên hình thành sợi TiO2 trình phun: Tỉ lệ tiền chất/polyme (quyết định độ nhớt dung dịch phun), điện trường tốc độ phun Sau tối ưu hóa điều kiện chế tạo mẫu, chúng tơi khảo sát tính chất quang điện hóa vật liệu với thời gian phun khác nhau: phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút 25 phút - Đối với điện cực CdS/TiO2, chọn thời gian thủy nhiệt giờ, để tối ưu hóa hiệu suất tách nước - Trong điện cực Au/TiO2, chúng tơi tối ưu hóa hiệu suất tách nước thông qua thời gian chiếu xạ tử ngoại Thời gian khảo sát là: phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút - Cuối cùng, chúng tơi chế tạo điện cực có cấu trúc đa lớp CdS/Au/TiO2 Au/CdS/TiO2 so sánh hiệu suất chúng chọn hệ tổ hợp hệ vật liệu có hiệu suất tốt Từ kết đó, chế tạo điện cực quang ứng dụng mơ hình PEC thử nghiệm thu khí hiđrơ Hình 2.3 Tóm tắt quy trình chế tạo mẫu CdS/Au/TiO2 Au/CdS/TiO2 nano sợi CHƯƠNG TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA CỦA VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 3.1.TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 3.1.1 Chọn điều kiện phun tĩnh điện 3.1.1.1 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng TTip/PVP 3.1.1.2 Sự ảnh hưởng điện trường lên hình thái vật liệu 3.1.1.3 Sự ảnh hưởng tốc độ phun lên hình thái vật liệu Sau khảo sát ảnh hưởng thông số chế tạo ảnh SEM chúng tơi chọn qui trình chế tạo sợi TiO2: tốc độ phun: 0,4 ml/giờ; điện trường: 0,6 kV/cm, tỷ lệ khối lượng TTiP/PVP 2:1 dung dịch PVP có phần trăm khối lượng 8% 3.1.2 Kết phân tích cấu trúc vi cấu trúc sợi TiO2 3.1.2.1 Kết XRD Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X sợi Ti2+/PVP sợi TiO2 nung 500oC 3.1.2.2 Kết SEM, TEM Hình 3.7 Ảnh SEM (a), giản đồ phổ EDS (b) giản đồ phân bố đường kính sợi TiO2 nung 500oC (c) Hình 3.8 Ảnh TEM (a) HR-TEM (b) sợi TiO2 nung 500oC 10 Sau nung, TiO2 có cấu trúc tinh thể anatát toàn polyme PVP bị đốt cháy hồn tồn q trình nung Đường kính trung bình sợi TiO2 132  16 nm 3.1.3 Kết phổ quang electron tia X (XPS) Hình 3.9 Phổ XPS sợi TiO2: phổ XPS Ti2p (b) phổ XPS O1s (c) 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA Hiệu suất cao ứng với thời gian phun 20 phút Hiệu suất chúng tơi tính 0,027% (tại điện 0,2 V ứng với mật độ dòng điện 80 A/cm2) (Hình 3.10) Hình 3.10 Sự phụ thuộc mật độ dòng quang (a); Hiệu suất chuyển đổi quang (b) theo thời gian phun điện cực quang Dựa kết chọn điều kiện phun thời gian phun 20 phút để tiến hành phủ thêm lớp bán dẫn CdS lên bề mặt sợi TiO2 nhằm tăng cường khả làm việc điện cực vùng ánh sáng khả kiến 11 CHƯƠNG TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA CỦA VẬT LIỆU NANO TỔ HỢP TiO2 CẤU TRÚC DẠNG SỢI 4.1 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CdS/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 4.1.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu Hình 4.1 Phổ XRD mẫu CdS/TiO2-1h; CdS/TiO2-2h CdS/TiO23h 4.1.2 Kết phân tích hình thái bề mặt ảnh SEM, TEM Hình 4.2 (a) Ảnh SEM mẫu CdS/TiO2 sợi (b) ảnh phân bố đường kính sợi Hình 4.3 Ảnh TEM (a) HR-TEM (b) mẫu CdS/TiO2 12 TiO2 có pha anatát; CdS có pha lục giác Lớp CdS bao phủ toàn hạt TiO2 Đường kính trung bình sợi CdS/TiO2 từ 173  16 (nm) (Hình 4.2(b)) 4.1.3 Kết phân tích phổ phản xạ khuếch tán vật liệu Hình 4.4 Phổ UV-Vis-DRS (a) phụ thuộc hàm (F(R)*h)1/2 vs (h) ( b ) mẫu CdS/TiO2 Sự có mặt hạt nano CdS xung quanh sợi TiO2 cho thấy hấp thụ mở rộng sang vùng ánh sáng khả kiến 4.1.4 Kết phân tích phổ quang electron tia X 13 Hình 4.5 Phổ XPS TiO2 CdS/TiO2 với thời gian thủy nhiệt CdS 800C: (a) phổ tổng; (b) đỉnh Ti 2p; (c) đỉnh O 1s; (d) đỉnh Cd 3d (e) đỉnh S 2p 4.1.5 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước Hình 4.6 Mật độ dòng quang điện hiệu suất chuyển đổi quang điện cực CdS/TiO2 với thời gian phủ CdS khác Hiệu suất tăng tăng thời gian mọc CdS đạt giá trị cực đại 3,2% ứng với điện cực với thời gian phủ CdS 4.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU Au/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 4.2.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu Au có pha lập phương tâm mặt; TiO2 pha anatát Hình 4.9 Giản đồ XRD mẫu Au/TiO2 với thời gian chiếu xạ phút, 10 phút, 15 phút 14 4.2.2 Kết phân tích SEM, TEM Kích thước trung bình hạt Au theo thời gian 10 phút, 15 phút 20 phút 16,1 ± 2.6 nm, 20,8 ± 1,9 nm 28,5 ± 2,9 nm Hình 4.10 (a-d) Ảnh FE-SEM mẫu Au/TiO2 thời gian 5, 10, 15, 20 phút Hình 4.11 Ảnh (a) TEM (b) HR-TEM mẫu Au/TiO2 chiếu xạ 15 phút 4.2.3 Kết phân tích phổ hấp thụ vật liệu Các mẫu Au/TiO2 có vùng hấp thụ từ 450 nm - 650 nm, vùng hấp thụ thụ đặc trưng hạt nano Au hiệu 15 ứng SPR Mặc khác, với thời gian chiếu tăng lên đỉnh vùng hấp thụ dịch chuyển phía bước sóng dài Hình 4.11 Phổ hấp thụ mẫu TiO2/Au với thời gian chiếu xạ khác 4.2.4 Kết phân tích phổ quang electron tia X Hình 4.13 Phổ XPS TiO2 Au/TiO2 với thời gian chiếu xạ 15 phút: (a) phổ tổng; (b) đỉnh O 1s; (c) đỉnh Ti 2p; (d) đỉnh Au 4f 4.2.5 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước 16 Hình 4.14 Mật độ dịng quang điện hiệu suất chuyển đổi quang điện cực Au/TiO2 với thời gian chiếu xạ khác Hiệu suất chuyển đổi quang tăng thời gian chiếu xạ tăng đạt giá trị cực đại 0,52% (tại 0,5 V) ứng với điện cực có thời gian chiếu xạ 15 phút 4.3 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CdS/Au/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 4.3.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu Hình 4.17 Giản đồ XRD mẫu TiO2; Au/TiO2 CdS/Au/TiO2 TiO2 có pha anatát; CdS có pha lục giác; Au có pha lập phương tâm mặt 4.3.2 Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu Hình 4.18 (a) Ảnh FE-SEM (b) Ảnh mặt cắt mẫu CdS/Au/TiO2 17 4.3.3 Kết phân tích phổ hấp thụ vật liệu Hình 4.22 Phổ hấp thụ mẫu TiO2, Au/TiO2 CdS/Au/TiO2 Phổ hấp thụ mẫu CdS/Au/TiO2 cho thấy điện cực có khả hấp thụ ánh sáng từ vùng tử ngoại đến vùng khả kiến 680nm 4.3.4 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước Hình 4.23 Mật độ dịng quang điện hiệu suất chuyển đổi quang điện cực Au/TiO2, CdS/TiO2, Au/CdS/TiO2 CdS/Au/TiO2 Hình 4.24 Sự phụ thuộc dịng quang điện vào thời gian điện phân chế độ bật-tắt ánh sáng điện cực CdS/TiO2, Au/CdS/TiO2 CdS/Au/TiO2 18 Hiệu suất chuyển đổi quang tăng tương ứng theo cấu trúc đạt giá trị cực đại 4% (tại 0,3V) ứng với điện cực có cấu trúc CdS/Au/TiO2 4.3.5 Cơ chế truyền điện tích điện cực quang CdS/Au/TiO2 mơ hình PEC Hình 4.25 Cơ chế truyền điện tích cấu trúc CdS/Au/TiO2 4.3.5 Thiết kế hệ thống thu nhận khí hiđrơ qua mơ hình PEC Hình 4.27 Hệ thống thu khí (trái) thể tích khí hiđrơ thu theo thời gian chiếu sáng Hiệu điện mạch 0,3V, nguồn sáng kích thích đèn Xenon 150 W với cường độ sáng 100 mW/cm2, dung dịch điện phân hỗn hợp Na2S nồng độ 0,25 M Na2SO3 nồng độ 0,35 M Hình 4.27(d) cho thấy thể tích khí hiđrơ sinh tăng tương đối tuyến tính theo thời gian chiếu sáng Điện cực 19 CdS/Au/TiO2 cho thể tích khí hiđrơ sinh 35 mL/cm2 sau chiếu sáng KẾT LUẬN Bằng phương pháp phun điện tổng hợp thành cơng vật liệu TiO2 có cấu trúc sợi Kết ảnh SEM phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy TiO2 có dạng sợi nano cấu trúc tinh thể kiểu anatase nhiệt độ nung 500oC Thuộc tính quang điện hóa tách nước khảo sát với mẫu có thời gian phun khác Kết cho thấy rằng, chiếu sáng nguồn sáng đèn Xenon công suất 150W, suất phát 100 mW.cm-2 , quang điện cực ứng với thời gian phun 20 phút cho hiệu suất 0,027%, mật độ dòng quang tương ứng 80 A/cm2 Bằng phương pháp phương pháp hóa ướt chúng tơi thực mọc trực tiếp hạt tinh thể nano CdS cấu trúc vật liệu TiO2 dạng sợi CdS mọc TiO2 có cấu trúc lục giác Ảnh TEM cho thấy hạt CdS có kích thước trung bình khoảng 10 nm Vật liệu có khả hấp thụ ánh sáng vùng bước sóng bé 520 nm Thuộc tính quang điện hóa tách nước xác định sau CdS mọc cấu trúc TiO2 nano sợi, kết cho thấy hiệu suất đạt cấu trúc CdS/TiO2 nano sợi 3,2% ứng với thời gian phủ CdS Vật liệu plasmonic Au có cấu trúc nano đính bề mặt sợi vật liệu TiO2 phương pháp khử Au3+  Au hỗ trợ ánh sáng tử ngoại Kết phép đo: XRD, SEM, TEM, HR-TEM, XPS cho thấy Au đính sợi TiO2 có 20 cấu trúc lập phương tâm mặt,kích thước tinh thể khoảng 15 nm Vật liệu có đỉnh hấp thụ vùng khả kiến từ 500 nm đến 620 nm hiệu ứng SPR Au Thuộc tính quang điện hóa tách nước xác định sau Au đính cấu trúc TiO2 nano sợi, kết cho thấy hiệu suất đạt cấu trúc Au/TiO2 nano sợi 0,52% (tại 0,5 V, tương ứng với mật độ dòng 0,9 mA/cm2) ứng với thời gian chiếu UV 15 phút Điện cực có độ hồi đáp cao, bị ăn mịn điện hóa q trình điện phân Đã chế tạo thành cơng điện cực quang có cấu trúc tổ hợp đa lớp CdS/Au/TiO2 Điện cực chế tạo có khả làm việc vùng bước sóng kích thích bé 680 nm Cấu trúc cho hiệu suất cao 4% 0,3V (đối với điện cực Ag/AgCl) kích thích ánh sáng đèn Xenon Điện cực có độ hồi đáp tốt độ bền điện hóa cao Cơ chế truyền điện tích cấu trúc bàn luận Đã thiết kế thành công hệ thống thu khí hiđrơ sinh phản ứng quang điện hóa tách nước theo qui mơ phịng thí nghiệm Thể tích khí hyđrơ thu sau h 35 mL ứng với điện cực có diện tích cm2 Kết lượng khí hiđrơ thu từ hệ thống triển vọng cho việc ứng dụng vào thực tế Các kết luận án mật độ dòng quang hiệu suất chuyển đổi quang có giá trị xấp xỉ với số cơng trình cơng bố trước 21 CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LĨNH VỰC ĐỀ TÀI [1] Van Nghia Nguyen, Minh Thuy Doan, Minh Vuong Nguyen (2018), "Photoelectrochemical water splitting properties of CdS/TiO2 nanofiers-based photoanode", Journal of Materials Science: Materials in electronics, Vol 2018(1), DOI: https://doi.org/10.1007/s10854-018-0363-8 (Tạp chí SCI, IF 2,4) [2] Van Nghia Nguyen, Minh Vuong Nguyen, Thi Hong Trang Nguyen, Minh Thuy Doan, Loan Le Thi Ngoc, Ewald Janssens, Anupam Yadav, Pin-Cheng Lin, Manh Son Nguyen and Nhat Hieu Hoang (2020), " Surface-Modified Titanium Dioxide Nanofibers with Gold Nanoparticles for Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting", Catalysts, Vol.10(261); doi:10.3390/catal10020261 (Tạp chí SCI, IF 3,5) [3] Van Nghia Nguyen, Manh Son Nguyen, Minh Thuy Doan, Nhat Hieu Hoang (2019), "Fabrication of Electrode TiO2 Nanofibers for Hydrogen Generation from Photoelectrochemical Water Splitting", Journal of Nanoscience and Nanoengineering, Vol.5(1), pp 1-6 [4] Van Nghia Nguyen; Manh Son Nguyen and Minh Thuy Doan (2020), "Fabrication CdS/Au/TiO2 sandwich nanofibers for enhanced photoelectrochemical water-splitting efficiency", Hue University Journal of Science: Natural science, Vol.129(1B), pp 15-23 [5] Nguyen Van Nghia; Hoang Nhat Hieu; Nguyen Minh Vuong; Doan Minh Thuy, "Photocatalytic Activity of TiO2 Nanofiber Prepared By Electrospinning Method", Proceedings of IWAMSN 2016, pp 170 - 174 [6] Nguyen Van Nghia; Hoang Nhat Hieu; Nguyen Minh Vuong; Doan Minh Thuy, "Tính chất quang điện hóa tách nước điện cực TiO2/CdS cấu trúc sợi nano", Tuyển tập hội nghị VLCR toàn quốc 2017 (SPMS 2017), Tr 686-689 [7] N V Nghia; N T T Huyen; N T H Trang; N M Vuong; D M Thuy, H N Hieu and L T N Loan, "A facile method of TiO2 nanofiber surface modification by Au nanoclusters for enhanced photoelectrochemical water splitting performance", Proceedings of IWAMSN 2018, pp 399 - 403 22 [8] Nghia Nguyen Van; Dai Nguyen Xuan; Khanh Nguyen Quang; Vuong Nguyen Minh; Thuy Doan Minh and Hieu Hoang Nhat, "Optimization TiO2 nanofibers electrode for hydrogen generation from photoelectrochemical water splitting", Proceedings of IWAMSN 2018, pp 334 - 338 [9] Nguyễn Văn Nghĩa, Hoàng Nhật Hiếu, Nguyễn Đức Toàn, Nguyễn Phi Hùng, Đoàn Minh Thủy (2017), " Tính chất hoạt tính quang xúc tác vật liệu ZnO chế tạo phương pháp phun điện", Tạp chí khoa học cơng nghệ đại học khoa học Huế, tập (số 1), tr 47-54 [10] H N Hieu, N V Nghia, N M Vuong and H Van Bui (2020), " Omnidirectional Au embedded ZnO/CdS core/shell nanorods for enhanced photoelectrochemical water-splitting efficiency", Chem Commu., Vol.56, pp 3975-3978 (Tạp chí SCI, IF 6,2)  ... nghiên cứu thu trực tiếp khí hiđrơ sinh phản ứng PEC 6 Với lý trên, chọn đề tài luận án là: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano TiO2 dạng sợi ứng dụng lĩnh vực quang điện hóa? ?? PHẠM VI NGHIÊN... VI NGHIÊN CỨU - Khảo sát điều kiện chế tạo điện cực quang có cấu trúc nano chiều TiO2 đế dẫn ITO phương pháp phun tĩnh điện điện - Chế tạo vật liệu nano tổ hợp CdS/Au /TiO2 vật liệu sợi TiO2 để... Tóm tắt quy trình chế tạo mẫu CdS/Au /TiO2 Au/CdS /TiO2 nano sợi CHƯƠNG TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA CỦA VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 3.1.TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 3.1.1 Chọn điều