luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano tio2 dạng sợi ứng dụng trong lĩnh vực quang điện hóa

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN HUẾ, NĂM 2021 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 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Đoàn Minh Thủy PGS.TS Nguyễn Mạnh Sơn Các số liệu kết trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Văn Nghĩa LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn TS Đoàn Minh Thủy, PGS TS Nguyễn Mạnh Sơn Tôi nghiên cứu sinh may mắn có tập thể thầy hướng dẫn nhà khoa học đầy đam mê nhiệt huyết với nghiên cứu khoa học giảng dạy đào tạo Q thầy định hướng cho tơi tư khoa học, truyền lửa đam mê nghiên cứu tận tình bảo, tạo nhiều thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tơi cịn có may mắn nhận nhiều giúp đỡ, chia sẻ học thuật từ giảng viên khoa Vật lý (cũ) – Trường Đại học Khoa học Huế , Đại học Huế Ngoài ra, thời gian học tập nghiên cứu, nhận giúp đỡ nhiều anh, chị, em nghiên cứu sinh khoa Vật lý (cũ)– Trường Đại học Khoa học Huế , Đại học Huế Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên thuộc tổ môn Vật lý khoa học vật liệu, khoa Khoa học tự nhiên, Đại học Quy Nhơn động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho để thực tốt luận án Cuối xin dành tình cảm đặc biệt biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình: Bố, Mẹ vợ Những người quan tâm chia sẻ khó khăn, thơng cảm, động viên, hỗ trợ tôi, cho nghị lực tạo động lực để thực thành công luận án Quy Nhơn, ngày tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Văn Nghĩa MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT HIĐRÔ 1.1.1 Phương pháp chuyển hóa hydrocarbon nhiệt 1.1.2 Phương pháp điện phân nước 10 1.1.3 Phương pháp sinh học 11 1.1.4 Phương pháp sử dụng hệ quang hóa 11 1.2 CÔNG NGHỆ QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƯỚC 12 1.2.1 Nguyên lý cấu trúc PEC 12 1.2.2 Cơ chế phản ứng tách nước 13 1.2.3 Mơ hình lượng PEC 15 1.2.4 Các tham số đánh giá phẩm chất vật liệu làm điện cực quang 16 1.2.5 Vật liệu làm điện cực quang 21 1.3 VẬT LIỆU TiO2 24 1.3.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu TiO2 24 1.3.2 Cấu trúc dải lượng TiO2 26 1.3.3 Các ứng dụng quang xúc tác khác TiO2 26 1.4 VẬT LIỆU TiO2 PHA TẠP, VẬT LIỆU CdS VÀ KIM LOẠI Au 29 1.4.1 Vật liệu TiO2 pha tạp 29 1.4.2 Vật liệu CdS 31 1.4.3 Tổng quan kim loại Au cấu trúc nano 34 1.5 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 39 i 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 39 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 48 1.6 TỔNG KẾT CHƯƠNG 48 CHƯƠNG 50 2.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU 50 2.1.1 Phương pháp phun tĩnh điện 50 2.1.2 Phương pháp hóa ướt [81] 56 2.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu 57 2.2.1 Tổng hợp điện cực TiO2 nano sợi đế ITO 57 2.2.2 Tổng hợp điện cực CdS/TiO2 nano sợi đế ITO 58 2.2.3 Tổng hợp điện cực Au/TiO2 nano sợi đế ITO 59 2.2.4 Tổng hợp điện cực có cấu trúc đa lớp CdS/Au/TiO Au/CdS/TiO2 59 2.2.5 Thiết kế hệ thu khí hiđrơ dựa vào điện cực chế tạo 60 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT MẪU 61 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 61 2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét 62 2.3.3 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 63 2.3.4 Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến 64 2.3.5 Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) 64 2.3.6 Phương pháp quét tuyến tính (Linear sweep voltammetry) 65 2.3.7 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nước 66 CHƯƠNG 68 3.1.TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 68 3.1.1 Chọn điều kiện phun tĩnh điện 68 3.1.2 Kết phân tích cấu trúc vi cấu trúc sợi TiO 73 3.1.3 Kết phổ quang điện tử tia X (XPS) 76 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA 77 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 79 ii CHƯƠNG 81 4.1 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CdS/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 81 4.1.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu 81 4.1.2 Kết phân tích hình thái bề mặt ảnh SEM, TEM 82 4.1.3 Kết phân tích phổ phản xạ khuếch tán vật liệu 83 4.1.4 Kết phân tích phổ quang điện tử tia X 84 4.1.5 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước 86 4.1.6 Cơ chế truyền điện tích điện cực quang CdS/TiO 89 4.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU Au/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 90 4.2.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu 90 4.2.2 Kết phân tích SEM, TEM 91 4.2.3 Kết phân tích phổ hấp thụ vật liệu 92 4.2.4 Kết phân tích phổ quang điện tử tia X 93 4.2.5 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước 94 4.2.6 Cơ chế truyền điện tích điện cực quang Au/TiO 98 4.3 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CdS/Au/TiO2 CẤU TRÚC NANO SỢI 98 4.3.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu 99 4.3.2 Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu 100 4.3.3 Kết phân tích phổ hấp thụ vật liệu 101 4.3.4 Kết phân tích thuộc tính quang điện hóa tách nước 103 4.3.5 Cơ chế truyền điện tích điện cực quang CdS/Au/TiO .106 4.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU KHÍ HIĐRƠ 107 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 108 KẾT LUẬN 110 CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 iii Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 iv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VỄ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sơ đồ bình điện phân sử dụng màng polyme 10 Hình 1.2 Minh họa ba loại hệ sản xuất hiđrô từ tách nước sử dụng lượng mặt trời 12 Hình 1.3 Cấu trúc hệ quang điện hóa tách nước ba điện cực 13 Hình 1.4 Cơ chế phản ứng quang điện hóa 14 Hình 1.5 Sơ đồ lượng hệ điện hóa điện cực bán dẫn - kim loại: (a) chưa tiếp xúc, (b) tiếp xúc chưa chiếu ánh sáng, (c) ảnh hưởng chiếu sáng (d) ảnh hưởng chiếu sáng ngồi 15 Hình 1.6 Đặc trưng j - V điện cực quang bán dẫn loại n chiếu sáng .20 Hình 1.7 Phổ phân bố lượng ánh sáng mặt trời 21 Hình 1.8 Giản đồ cho thấy khe lượng vật liệu ôxít khác so sánh với mức chân không mức điện cực hiđrô chất điện phân pH = 122 Hình 1.9 Cấu trúc tinh thể TiO2: (a) rutile; (b) anatase (c) brookite 24 Hình 1.10 Mạng tinh thể lý tưởng khuyết tật mạng TiO2 25 Hình 1.11 Cấu trúc vùng lượng giản đồ mật độ trạng thái rutile (a) anatase (b) 26 Hình 1.12 Cấu trúc CdS: lập phương giả kẽm (zinc blende) (a) lục giác (wurtzite) (b) 31 Hình 1.13 Cấu trúc lập phương tâm mặt Fm-3m tinh thể Au 35 Hình 1.14 Dạng sản phẩm nano vàng sản xuất giới với kích thước khác có màu sắc khác tuỳ thuộc kích thước hạt 36 Hình 1.15 Mơ hình mơ tả tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 39 Hình 1.16 Ảnh SEM điện cực TiO2 nano ống mật độ dòng quang theo nhiệt độ điện phân 41 Hình 1.17 Ảnh SEM điện cực TiO2 nano cấu trúc trật tự thẳng đứng 41 v 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 cm 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 Hướng nghiên cứu thời gian tới Tiếp tục nghiên cứu phát triển cấu trúc tổ hợp bán dẫn nên vật liệu TiO ZnO Bằng phương pháp phun tĩnh điện phương pháp thủy nhiệt nhóm nghiên cứu, bao gồm nghiên cứu sinh chế tạo thành vật liệu tổ hợp CdS/Au/ZnO có cấu trúc phân nhánh đế ITO cho hiệu suất tách nước cao so với cấu trúc CdS/Au/TiO trình bày luận án Hình 4.28 Ảnh SEM vật liệu tổ hợp CdS/Au/ZnO/ITO cấu trúc phân nhánh công bố công trình nghiên cứu sinh Nghiên cứu hồn thiện mơ hình PEC theo hướng tồn tế bào (hai điện cực anôt ca-tốt làm từ vật liệu bán dẫn) Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thêm hệ thống thu khí hiđrơ để đưa ứng dụng vào thực tế 111 CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ I Các cơng trình liên quan trực tiếp đến đề tài [1] Van Nghia Nguyen, Minh Thuy Doan, Minh Vuong Nguyen (2018), "Photoelectrochemical water splitting properties of CdS/TiO 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] Thuy, Nguyen Van Nghia; Hoang Nhat Hieu; Nguyen Minh Vuong; Doan Minh "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 TiO 2/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 TiO nanofiber surface modification by Au nanoclusters for enhanced photoelectrochemical water splitting performance", Proceedings of IWAMSN 2018, pp 399 - 403 112 [8] Nghia Nguyen Van; Dai Nguyen Xuan; Khanh Nguyen Quang; Vuong Nguyen Minh; Thuy Doan Minh and Hieu Hoang Nhat, "Optimization TiO nanofibers electrode for hydrogen generation from photoelectrochemical water splitting", Proceedings of IWAMSN 2018, pp 334 - 338 II Các cơng trình cơng bố khác [1] Nguyễn Văn Nghĩa, Hoàng Nhật Hiếu, Nguyễn Đức Toàn, Nguyễn Phi Hùng, Đồn Minh Thủy (2017), " Tính chất hoạt tính quang xúc tác vật liệu ZnO chế tạo phương pháp phun điện", Tạp chí khoa học công nghệ đại học khoa học Huế, tập (số 1), tr 47-54 [2] 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) 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Albetran H., Dong Y., Low I M (2015) "Characterization and optimization of electrospun TiO2/PVP nanofibers using Taguchi design of experiment method" Journal of Asian Ceramic Societies, vol 3(3), pp.292–300 https://doi.org/10.1016/j.jascer.2015.05.001 [2] Anandhakumar S., Rajaram R., Mathiyarasu J (2013) "Unusual seedless approach to gold nanoparticle synthesis: Application to selective rapid naked eye detection of mercury" Analys.t, vol 139(14), p.3356–3359 https://doi.org/10.1039/c4an00480a [3] Ansari S A., Khan M., Ansari O (2016)."Nitrogen-doped titanium dioxide (Ndoped TiO2 for visible light photocatalysis" New Journal of Chemistry, Vol.40, pp 3000–3009 https://doi.org/10.1039/C5NJ03478G [4] Barakat M A (2011) "New trends in removing heavy metals from industrial wastewater" Arabian Journal of Chemistry, vol.4(4), pp.361–377 https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2010.07.019 [5] Berman D., Walker M J., Krim J (2010) "Contact voltage-induced softening of RF microelectromechanical system gold-on-gold contacts at cryogenic temperatures" Journal of Applied Physics, vol.108(4) https://doi.org/10.1063/1.3459893 [6] Bhardwaj N., Kundu S C (2010) "Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique" Biotechnology Advances, vol.28(3), pp.325–347 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.01.004 [7] Biernat K., Malinowski A., Malwwina G (2013) "The Possibility of Future Biofuels Production Using Waste Carbon Dioxide and Solar Energy" In Biofuels Economy, Environment and Sustainability Figure (pp 123–172) IntechOpen Limited, UK Retrieved from http://dx.doi.org/10.5772/53831 [8] Blitz J P (1998) "Diffuse reflectance spectroscopy" In F M Mirabella, Modern techniques in appliied molecular spectrocopy John Wiley & Son, Inc., London, (pp 185–219) [9] Boppella R., Kochuveedu S T., Kim H., Jeong M J., Mota F M., Park J H., Kim D H (2017) "Plasmon-Sensitized Graphene/TiO2 Inverse Opal Nanostructures with Enhanced Charge Collection Efficiency for Water Splitting" ACS Applied Materials & Interfaces, (9), 7075–7083 https://doi.org/10.1021/acsami.6b14618 [10] Chaguetmi S., Mammeri F., Pasut M., Nowak S., Lecoq H., Decorse P., Ammar S (2013) "Synergetic effect of CdS quantum dots and TiO nanofibers for photoelectrochemical hydrogen generation" Journal of Nanoparticle Research, vol.15(12) https://doi.org/10.1007/s11051-013-2140-1 [11] Chen X., Shen S., Guo L., Mao S S (2010) "Semiconductor-based Photocatalytic Hydrogen Generation" Chem Rev., vol.110, pp.6503–6570 [12] Chen Z., Huyen N D., Miller, E (2013) Photoelectrochemical water splitting: standards, experimental, methods and protocols Springer, New York, USA 114 [13] Cho I S., Chen Z., Forman A J., Kim D R., Rao P M., Jaramillo T F., Zheng X (2011) Branched TiO2 nanorods for photoelectrochemical hydrogen production Nano Letters., vol 11(11), pp 4978-4984 https://doi.org/10.1021/nl2029392 [14] Chu S., Li W., Yan Y., Hamann T., Shih I., Wang D., Mi Z (2017) "Roadmap on solar water splitting : current status and future prospects Roadmap on solar water splitting : current status and future prospects" Nano Futures, vol 1, 28 pages [15] Chun S., Jung Y., Kim J., Kim D (2011) "The analysis of CdS thin film at the processes of manufacturing CdS/CdTe solar cells" Journal of Crystal Growth, vol 326(1), pp 152–156 https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2011.01.086 [16] Cong Y., Zhang J., Chen F., Anpo M., He, D (2007) "Preparation, photocatalytic activity, and mechanism of nano-TiO Co-doped with nitrogen and iron (III)" Journal of Physical Chemistry C, Vol.111(28), pp.10618–10623 https://doi.org/10.1021/jp0727493 [17] Dang R., Ma X (2017) "CdS nanoparticles decorated anatase TiO nanotubes with enhanced visible light photocatalytic activity" J Mater Sci: Mater Điện tử, vol.28(12), pp.8818–8823 https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.10.069 [18] Deshmukh P R., Patil U M., Gurav K V, Kulkarni S B., Lokhande C D (2012) "Chemically deposited TiO2/CdS bilayer system for photoelectrochemical properties" Bull Mater Sci., vol.35(7), pp.1181–1186 [19] Dholam R., Patel N., Adami M., Miotello A (2009) "Hydrogen production by photocatalytic water-splitting using Cr- or Fe-doped TiO composite thin films photocatalyst" International Journal of Hydrogen Energy, vol.34(13), 5337–5346 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.05.011 [20] Dubey P K., Kumar R., Pandey A C., Tiwari, R S., & Srivastava, O N (2017) Synthesis of self-aligned and vertically oriented carbon incorporated titania nanotube for improved photoelectrochemical hydrogen generation International Journal of Hydrogen Energy, 42(8), 4782–4792 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.12.016 [21] Ebraheem S., El-saied A (2013) "Band Gap Determination from Diffuse Reflectance Measurements of Irradiated Lead Borate Glass System Doped with TiO by Using Diffuse Reflectance Technique" Materials Sciences and Applications, Vol.2013(4), pp.324–329 [22] Epp J (2016) - X-ray diffraction ; techniques for materials characterization Materials Characterization Using Nondestructive Evaluation (NDE) Methods Elsevier Ltd, Nertherland https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100040-3.00004-3 [23] Feng X., Shankar K., Varghese O K., Paulose M., Latempa T J., Grimes C A (2008) "Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications" Nano Letters, 8(11), 3781–3786 https://doi.org/10.1021/nl802096a [24] Filippatos P P., Kelaidis N., Vasilopoulou M., Davazoglou D., Lathiotakis N N., Chroneos A (2019) "Defect processes in F and Cl doped anatase TiO 2" Scientific 115 Reports, Vol.9(1), 1–10 https://doi.org/10.1038/s41598-019-55518-8 [25] Frasco M F., Chaniotakis N (2009) "Semiconductor quantum dots in chemical sensors and biosensors" Sensors, Vol.9(9), pp.7266–7286 https://doi.org/10.3390/s90907266 [26] Fujishima A., Honda K (1972) "Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode" Nature, Vol 238(5358), 37–38 https://doi.org/10.1038/238037a0 [27] Gao M., Zhu L., Ong W L., Wang J., Ho G W (2015) "Structural design of TiO2-based photocatalyst for H2 production and degradation applications" Catalysis Science and Technology, 5(10), 4703–4726 https://doi.org/10.1039/c5cy00879d [28] Gao X., Liu X., Zhu Z., Gao Y., Wang Q., Zhu F., Xie Z (2017) "Enhanced visible light photocatalytic performance of CdS sensitized TiO nanorod arrays decorated with Au nanoparticles as điện tử sinks" Scientific Reports, vol.7(1), 1–10 https://doi.org/10.1038/s41598-017-01124-5 [29] Gao Z.-D., Qu Y.-F., Zhou X., Wang L., Song Y.-Y., Schmuki P (2016) "PtDecorated g-C3N4/TiO2 Nanotube Arrays with Enhanced Visible-Light Photocatalytic Activity for H2 Evolution" Chemistry Open, vol.5(3), 197–200 https://doi.org/10.1002/open.201500219 [30] Gratzel M (2001) "Photoelectrocchemical cells" Nature, vol 414, 338–344 https://doi.org/10.1016/S0140-6736(06)68542-5 [31] Gréget R., Nealon G L., Vileno B., Turek P., Mény C., Ott F., … Gallani J L (2012) "Magnetic properties of gold nanoparticles: A room-temperature quantum effect" Chem Phys Chem., vol 13(13), pp 3092–3097 [32] Haukka S., Lakomaa E., Jylha O., Vilhunen J., Hornytzkyj S (1993) "Dispersion and Distribution" Langmuir, 9, 3497–3506 https://doi.org/10.1021/la00036a026 [33] Hosseini A., Kumar P., Mahdi N., Zhang Y., Shankar K (2018) "All-solidstate formation of titania nanotube arrays and their application in photoelectrochemical water splitting" Journal of Materials Science: Materials in Điện tửics, 29(19), 16590–16597 https://doi.org/10.1007/s10854-018-9752-2 [34] Hou K., Hughes R (2001) "The kinetics of methane steam reforming over a Ni/α-Al2O3 catalyst" Chemical Engineering Journal, 82(1–3), 311–328 https://doi.org/10.1016/S1385-8947(00)00367-3 [35] Hu L., Chen G (2007)." Analysis of optical absorption in silicon nanowire Arrays for photovoltaic applications" Nano Letters https://doi.org/10.1021/nl071018b [36] Huang X., El-Sayed M A (2010) "Gold nanoparticles: Optical properties and implementations in cancer diagnosis and photothermal therapy" Journal of Advanced Research, 1(1), 13–28 https://doi.org/10.1016/j.jare.2010.02.002 [37] Jafari T., Moharreri E., Amin A S., Miao R., Song W., Suib S L (2016) "Photocatalytic water splitting - The untamed dream: A review of recent advances" 116 Molecules, 21(7), 29 pp https://doi.org/10.3390/molecules21070900 [38] Jiang D., Xu Y., Hou B., Wu, D., Sun Y (2007) "Synthesis of visible lightactivated TiO2 photocatalyst via surface organic modification" Journal of Solid State Chemistry, 180(5), 1787–1791 https://doi.org/10.1016/j.jssc.2007.03.010 [39] Jingshan L., Lin M., Tingchao H., Chin F., N., Shijie W., Handong S., Hong J F (2012) "TiO2/(CdS,CdSe,CdSeS) Nanorod Heterostructures and Photoelectrochemical Properties" Journal of Physical Chemistry C, 116, 11956– 11963 https://doi.org/dx.doi.org/10.1021/jp3031754 [40] Kang Q., Cao, J., Zhang, Y., Liu, L., Xu, H., Ye J (2013) "Reduced TiO nanotube arrays for photoelectrochemical water splitting" Journal of Materials Chemistry A, 1(18), 5766–5774 https://doi.org/10.1039/c3ta10689f [41] Karol R V d., M Graătzel (2012) Photoelectrochemical Hydrogen Production Springer Sci Bus Me., Switzerland https://doi.org/10.1007/978-1-46141380-6 [42] Khan S U M., Al-Shahry, M., Ingler W B (2002) "Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO 2" Science, 297(5590), 2243–2245 https://doi.org/10.1126/science.1075035 [43] Kim J., Lee J., Kim J., Kim S S (2018) "Applied sciences Synthesis of Aligned TiO2 Nanofibers Using Electrospinning" Appl Sci., Vol.8, 309 https://doi.org/10.3390/app8020309 [44] Krysa J., Zlamal M., Kmen, S., Brunclikova, M., Hubicka, Z (2015) "TiO and Fe2O3 Films for Photoelectrochemical Water Splitting" Molecules, 20(1), 1046– 1058 https://doi.org/10.3390/molecules20011046 [45] Kumar A., Jose R., Fujihara, K., Wang, J., Ramakrishna S (2007) "Structural and optical properties of electrospun TiO nanofibers" Chemistry of Materials, 19(26), 6536–6542 https://doi.org/10.1021/cm702601t [46] Kumar P N., Deepa, M., Srivastava, A K (2015) "Ag plasmonic nanostructures and a novel gel electrolyte in a high efficiency TiO 2/CdS solar cell" Physical Chemistry Chemical Physics, 17(15), 10040–10052 https://doi.org/10.1039/c4cp05820h [47] Le H V., Le L T., Tran P D., Chang J S., Dieu T U T., Liem N Q (2019) "Hybrid amorphous MoSx-graphene protected Cu2O photocathode for better performance in H2 evolution" International Journal of Hydrogen Energy, 44(29), pp 14635–14641 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.129 [48] Lee J., Rahman M M., Sarker S., Nath, D N C., Ahammad, S A J., Lee J K (2011) "Metal Oxides and Their Composites for the Photoelectrode of Dye Sensitized Solar CellsƠ In B Attaf , Advances in Composite Materials for Medicine and Nanotechnology (pp 181–210) IntechOpen Limited, London, UK https://doi.org/10.5772/15280 [49] Li C., Zhu, X., Zhang, H., Zhu, Z., Liu B., Cheng C (2015) "3D ZnO/Au/CdS Sandwich Structured Inverse Opal as Photoelectrochemical Anode with Improved 117 Performance" Adv Mater Interfaces, Vol.2, pp.1–7 [50] Li J., Cushing S K., Zheng P., Senty T., Meng, F., Bristow A D., … Wu N (2014) "Solar hydrogen generation by a CdS-Au-TiO sandwich nanorod array enhanced with Au nanoparticle as điện tử relay and plasmonic photosensitizer" Journal of the American Chemical Society, 136(23), 8438–8449 https://doi.org/10.1021/ja503508g [51] Li L., Dai H., Feng, L., Luo, D., Wang, S., Sun X (2015) "Enhance photoelectrochemical hydrogen-generation activity and stability of TiO nanorod arrays sensitized by PbS and CdS quantum dots under UV-visible light" Nanoscale Research Letters, 10(1), pp https://doi.org/10.1186/s11671-015-1129-3 [52] Li Y., Gao F., Zhao, L., Ye, Y., Liu, J., Tao Y (2016) "Reversing CdS and ZnS preparation order on electrospun TiO2 and its effects on photoelectrochemical property" Micro & Nano Letters, 11, 731–733 https://doi.org/10.1049/mnl.2016.0134 [53] Liao C.-H., Huang C.-W., Wu J C S (2012) "Hydrogen Production from Semiconductor-based Photocatalysis via Water Splitting" Catalysts, Vol.2(4), 490– 516 https://doi.org/10.3390/catal2040490 [54] Liu C M., Li, X P., Zu X T "Microstructure and photoluminescence of carbon and nitrogen dual doped TiO2 powders" Chinese Journal of Physics, 47(2), 207–214 [55] Liu C., Wang F., Zhang J., Wang K., Qi, Y., Lian, Q., Chen Z (2018) "Efficient Photoelectrochemical Water Splitting by g-C 3N4/TiO2 Nanotube Array Heterostructures" Nano-Micro Letters, 10(2), 37 https://doi.org/10.1007/s40820-0180192–0196 [56] Liu J., Meng C., Liu Z (2015) "Fabrication of Heterogeneous TiO 2-CdS Nanotubular Arrays on Transparent Conductive Substrate and Their Photoelectrochemical Properties" Nanomaterials and Nanotechnology, 5(33), pp https://doi.org/10.5772/61970 [57] Liu S X., Qu, Z P., Han, X W., Sun C L (2004) A mechanism for enhanced photocatalytic activity of silver-loaded titanium dioxide Catalysis Today, 93–95, 877–884 https://doi.org/10.1016/j.cattod.2004.06.097 [58] Luo J., Chen J., Wang, H., Liu H (2016) "Ligand-exchange assisted preparation of plasmonic Au/TiO2 nanotube arrays photoanodes for visible-lightdriven photoelectrochemical water splitting" Journal of Power Sources, 303, 287– 293 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.11.016 [59] Mali M G., An S., Liou M., Al-Deyab S S., Yoon S S (2015) "Photoelectrochemical solar water splitting using electrospun TiO nanofibers" Applied Surface Science, 328, 109–114 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.12.022 [60] Mendiola A S Y., Hernández R M A., Guzmán-Mar J L., Garza-Tovar, L L., & Hinojosa L (2019) "Phosphorous-doped TiO nanoparticles: synthesis, characterization, and visible photocatalytic evaluation on sulfamethazine degradation" Environmental Science and Pollution Research, 26(5), 4180–4191 118 https://doi.org/10.1007/s11356-018-2314-6 [61] Mor G K., Shankar K., Paulose M., Varghese, O K., Grimes C A (2005) "Enhanced photocleavage of water using titania nanotube arrays" Nano Letters, 5(1), 191–195 https://doi.org/10.1021/nl048301k [62] "Mor, G K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O K., Grimes C A (2005) Enhanced Photocleavage of Water Using Titania Nanotube Arrays Nano Letters, 5(1), 191–195 https://doi.org/10.1021/nl048301k [63] Naimi Y., Antar A (2018) "Hydrogen Generation by Water Electrolysis" In E Murat, Advances In Hydrogen Generation Technologies (pp 1–18) IntechOpen Limited, London, UK https://doi.org/10.5772/intechopen.76814 [64] Nguyen V N., Doan, M T., Nguyen M V (2019) "Photoelectrochemical water splitting properties of CdS/TiO2 nanofibers-based photoanode" Journal of Materials Science: Materials in Điện tửics, 30(1), 926–932 https://doi.org/10.1007/s10854-018-0363-8 [65] Nowotny J., Sorrell C C., Sheppard L R., Bak T (2005) "Solar-hydrogen : Environmentally safe fuel for the future" International Journal Hydrogen Energy, 30, 521–544 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.06.012 [66] Qin D D., Bi Y P., Feng X J., Wang, W., Barber, G D., Wang, T., … Mallouk T E (2015) Hydrothermal Growth and Photoelectrochemistry of Highly Oriented, Crystalline Anatase TiO2 Nanorods on Transparent Conducting Electrodes Chemistry of Materials, 27(12), 4180–4183 https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b00782 [67] Quang N D., Kim D., Hien, T T., Kim, D., Hong, S.-K., Kim C (2016) "Three-Dimensional Hierarchical Structures of TiO /CdS Branched Core-Shell Nanorods as a High-Performance Photoelectrochemical Cell Electrode for Hydrogen Production" Journal of The Electrochemical Society, 163(6), H434–H439 https://doi.org/10.1149/2.1041606jes [68] Ren S., Wang, Y., Fan, G., & Gao, R (2017) Sandwiched ZnO @ Au @ CdS nanorod arrays with Sandwiched ZnO @ Au @ CdS nanorod arrays with enhanced visible-light-driven photocatalytical performance Nanotechnology, 28, pages [69] Reza A., M Noor, A S., Maarof M (2012) "Application of Surface Plasmon Resonance Based on a Metal Nanoparticle" In K Y Kim , Plasmonics - Principles and Applications (pp 253–282) IntechOpen Limited, London, UK https://doi.org/10.5772/51219 [70] Samat M H., Ali A M M., Taib M F M., Hassan O H., Yahya M Z A (2016) "Hubbard U calculations on optical properties of 3d transition metal oxide TiO2" Results in Physics, 6, 891–896 https://doi.org/10.1016/j.rinp.2016.11.006 [71] Santara B., Giri, P K., Imakita, K., Fujii M (2014) "Microscopic origin of lattice contraction and expansion in undoped rutile TiO nanostructures" Journal of Physics D: Applied Physics, 47(21), pp https://doi.org/10.1088/0022119 3727/47/21/215302 [72] 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" Renewable and Sustainable Energy Reviews, 89, 228– 248 https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.063 [73] Scimeca M., Bischetti, S., Lamsira, H K., Bonfiglio, R., Bonan E (2018) "Energy dispersive X-ray (EDX) microanalysis: A powerful tool in biomedical research and diagnosis" European Journal of Histochemistry, 62(1), 89–99 https://doi.org/10.4081/ejh.2018.2841 [74] Sharma J., Beard B C (1990) "Fundamentals of X-Ray photođiện tử spectroscopy and its application of explosives and propellants" In S N Bulusu, Chemistry and Physics of Energetic Materials (pp 569–585) Kluwer Academic Publishers, London, UK [75] Shen S., Guo, L., Che, X., Ren, F., Kronawitter C X, Mao S S (2010) Effect of Noble Metal in CdS/M/TiO for Photocatalytic Degradation of Methylene Blue under Visible Light International Journal of Green Nanotechnology: Materials Science & Engineering, 1(2), 94–104 [76] Silvano D G (2009) Cadmium Sulfide Quantum Dots : Growth and Optical Properties., Thesis Ph.D, Universita Degli Studi Di Roma [77] Singh L., Wahid Z A (2015) "Methods for enhancing bio-hydrogen production from biological process: A review" Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 21, 70–80 https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.05.035 [78] Su F., Wang, T., Lv, R., Zhang, J., Zhang P., Lu, J., Gong J (2013) "Dendritic Au/TiO2 nanorod arrays for visible-light driven photoelectrochemical water splitting" Nanoscale, 5(19), 9001–9009 https://doi.org/10.1039/c3nr02766j [79] Sun S., Ding H., Zha, Y., Chen W., Xu Z (2019) "Surface organic modification of CaCO3-TiO2 composite pigment" Minerals, 9(2) https://doi.org/10.3390/min902011 [80] Tamirat A G., Rick, J., Dubale, A A., Su, W N., Hwang B J (2016) "Using hematite for photoelectrochemical water splitting: A review of current progress and challenges" Nanoscale Horizons, 1(4), 243–267 https://doi.org/10.1039/c5nh00098j [81] Tan C., Zhang H (2015) "Wet-chemical synthesis and applications of nonlayer structured two-dimensional nanomaterials" Nature Communications, vol.6, 1– 13 https://doi.org/10.1038/ncomms8873 [82] Tanaka A., Hashimoto, K., Kominami H (2017) "A very simple method for the preparation of Au/TiO2 plasmonic photocatalysts working under irradiation of visible light in the range of 600-700 nm" Chemical Communications, vol.53(35), 4759– 4762 https://doi.org/10.1039/c7cc01444a [83] Tang L., Deng, Y., Zeng, G., Hu W., Wang J., Zhou, Y., … Fang W (2016) "CdS/Cu2S co-sensitized TiO2 branched nanorod arrays of enhanced photoelectrochemical properties by forming nanoscale heterostructure" Journal of 120 Alloys and Compounds, 662, 516–527 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.206 [84] Tran P D., Tran T V, Orio M., Torell S., Truong Q D., Nayuki, K., … Artero V (2016) "Coordination polymer structure and revisited hydrogen evolution catalytic mechanism for amorphous" Nature Materials, 15, 640–646 https://doi.org/10.1038/NMAT4588 [85] Tsai J C., Hon, M H., Leu I C (2013) "Growth of aligned single-crystalline TiO2 nanorod arrays on transparent conducting oxide coated glass" Japanese Journal of Applied Physics, 52(6 PART 2) https://doi.org/10.7567/JJAP.52.06GG09 [86] Uddin J (2018) "Terahertz multispectral imaging for the analysis of gold nanoparticles’ size and the number of unit cells in comparison with other techniques" International Journal of Biosensors & Biođiện tửics, 4(3), 159–164 https://doi.org/10.15406/ijbsbe.2018.04.00118 [87] Vu A T., Nguyen Q T., Bui T H L., Tran M C., Dang, T P., Tran T K H (2010) Synthesis and characterization of TiO photocatalyst doped by transition metal 3+ 3+ 5+ ions (Fe , Cr and V )" Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 1(1) https://doi.org/10.1088/2043-6254/1/1/015009 [88] Vuong N M., Hien T T., Quang, N D., Chinh, N D., Lee, D S., Kim, D., Kim, D (2016) H2 and NH3-treated ZnO nanorods sensitized with CdS for photoanode enhanced in photoelectrochemical performance" Journal of Power Sources, 317, 169–176 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.03.106 [89] Wang P., Zhang Y., Su L., Gao W., Zhang B., Chu, H., … Yu W W (2015) "Photoelectrochemical properties of CdS/CdSe sensitized TiO nanocable arrays" Electrochimica Acta, 165, 110–115 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.02.234 [90] Wang Y., Sun, C., Zhao, X., Cui, B., Zeng, Z., Wang, A., … Cui H (2016)." The Application of Nano-TiO2 Photo Semiconductors in Agriculture" Nanoscale Research Letters, 11, 1–7 https://doi.org/10.1186/s11671-016-1721-1 [91] Xie Z., Liu, X., Wang W., Liu C., Li Z., Zhang Z (2014) "Enhanced photoelectrochemical properties of TiO2 nanorod arrays decorated with CdS nanoparticles" Science and Technology of Advanced Materials, 15(5), 10 pp https://doi.org/10.1088/1468-6996/15/5/055006 … Li D (2013) [92] Xu C., Song Y., Lu, L., Cheng, C., Liu, D., Fang, X., with improved "Electrochemically hydrogenated TiO2 nanotubes Research Letters, photoelectrochemical water splitting performance" Nanoscale 8(1), 391 https://doi.org/10.1186/1556-276X-8-391 [93] Xu Fang, Mei, J., Zheng, M., Bai, D., Wu D., Gao, Z., Jiang K (2017) "Au nanoparticles modified branched TiO2 nanorod array arranged with ultrathin nanorods for enhanced photoelectrochemical water splitting" Journal of Alloys and Compounds, 693, 1124–1132 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.273 [94] Xu Feiyan, Zhang, J., Zhu, B., Yu, J., Xu J (2018) "CuInS sensitized TiO2 hybrid nanofibers for improved photocatalytic CO reduction" Applied Catalysis B: 121 Environmental, 230(2010), 194–202 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.02.042 [95] Yadav H M., Kim, J S., Pawar S H (2016) "Developments in photocatalytic antibacterial activity of nano TiO2: A review" Korean Journal of Chemical Engineering, 33(7), 1989–1998 https://doi.org/10.1007/s11814-016-0118-2 [96] Yan D., Bazant, M Z., Biesheuvel, P M., Pugh M C., Dawson F P (2017) "Theory of linear sweep voltammetry with diffuse charge: Unsupported electrolytes, thin films, and leaky membranes" Physical Review E, 95(3) https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.033303 [97] Yan J., Yang, S., Xie, Z., Li, X., Zhou, W., Zhang, X., … Peng F (2017) "Heterostructured CoO/3D-TiO2 nanorod arrays for photoelectrochemical water splitting hydrogen production" Journal of Solid State Electrochemistry, 21(2), 455– 461 https://doi.org/10.1007/s10008-016-3375-4 [98] Yanyan D., Shaochen, Z., Zhihong, C., Jianmin, L., Mei, Z., Fu, W., … Chuanyi W (2018) "Hierarchical TiO2 nanowires/microflowers photoanode modified with Au nanoparticles for efficient photoelectrochemical water splitting" Catalysis Science and Technology, 8(5), 1395–1403 https://doi.org/10.1039/C7CY02641B [99] Zhai T., Fang, X., Zeng, H., Xu, X., Bando, Y., Golberg D (2010) "Vaporphase synthesis of one-dimensional ZnS , CdS , and Zn xCd1–xS nanostructures" Pure Appl Chem., 82(11), 2027–2053 https://doi.org/10.1351/PAC-CON-09-09-18 [100] Zhang G., Miao, H., Hu, X., Mu, J., Liu, X., Han, T., … Wan J (2017) "A facile strategy to fabricate Au/TiO2 nanotubes photoelectrode with excellent photoelectrocatalytic properties" Applied Surface Science, 391, 345–352 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.03.042 [101] Zhen D., Zhong, F., Yang, D., Cai, Q., Liu Y (2019) "Photoelectrochemical aptasensor based on a ternary CdS/Au/TiO nanotube array for ultrasensitive detection of cytochrome c" Materials Express, 9(4), 319–327 https://doi.org/10.1166/mex.2019.1499 [102] Zhou W., Wang Z L (2007) Scanning Microscopy for Nanotechnology: Techniques and Applications Springer Sci Bus Me, Nertherland [103] Zhu M., Zhai, C., Qiu L., Lu C., Paton, A S., Du, Y., Goh M C (2015) "New Method to Synthesize S-Doped TiO2 with Stable and Highly Efficient Photocatalytic Performance under Indoor Sunlight Irradiation" ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 3(12), 3123–3129 https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b01137 [104] Zhu T., Gao S (2014) "The Stability , electronic Structure , and Optical Property of TiO2 Polymorphs" J Phys Chem C, 118, 11385–11396 122 ... ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano TiO2 dạng sợi ứng dụng lĩnh vực quang điện hóa? ?? MỤC TIÊU LUẬN ÁN Mục tiêu luận án chế tạo vật liệu nano tổ hợp TiO có cấu trúc nano sợi, chế tạo phương... 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... tính chất vật liệu sử dụng luận án Chương 3: Tính chất quang điện hóa vật liệu TiO2 cấu trúc dạng sợi Chương 4: Tính chất quang điện hóa vật liệu nano tổ hợp TiO cấu trúc nano sợi CHƯƠNG TỔNG QUAN