Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước của vật liệu cds zno có cấu trúc xốp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG XUÂN KỲ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HĨA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU CdS/ZnO CÓ CẤU TRÚC XỐP Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Ngƣời hƣớng dẫn: TS HOÀNG NHẬT HIẾU LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực Các kết nghiên cứu đƣợc thực Trƣờng Đại học Quy Nhơn, dƣới hƣớng dẫn thầy TS Hoàng Nhật Hiếu Các nguồn tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ Học viên Đặng Xn Kỳ LỜI CẢM ƠN Để hồn thành q trình nghiên cứu hoàn thiện đề tài “Chế tạo nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc vật liệu CdS/ZnO có cấu trúc xốp”, tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Hoàng Nhật Hiếu công tác khoa Vật lý trƣờng Đại học Quy Nhơn Thầy ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình bảo tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô công tác phịng thí nghiệm khoa Vật lý hỗ trợ, giúp đỡ tơi suốt q trình làm thực nghiệm Cuối cùng, tơi xin chân cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời thân yêu động viên, quan tâm, hỗ trợ tơi mặt để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Học viên Đặng Xuân Kỳ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vật liệu oxit kẽm (ZnO) 1.1.1 Cấu trúc vật liệu ZnO 1.1.2 Tính chất vật liệu ZnO 1.1.3 Ứng dụng vật liệu ZnO 11 1.2 Giới thiệu vật liệu Cadmium Sulphide (CdS) 12 1.2.1 Cấu trúc vật liệu CdS 14 1.2.2 Tính chất vật liệu CdS 15 1.2.3 Ứng dụng vật liệu CdS 16 1.3 Hiệu ứng quang điện hóa tách nƣớc 17 1.3.1 Nguyên lý 17 1.3.2 Cơ chế phản ứng 18 1.3.3 Mơ hình dải tế bào quang điện hóa 19 1.3.4 Các yêu cầu vật liệu quang điện cực 21 1.3.5 Hiệu suất tế bào quang điện hóa tách nƣớc 22 1.4 Phƣơng pháp tổng hợp điện hóa 23 1.5 Lắng đọng bể hóa học 24 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 25 2.1 Thiết bị chế tạo mẫu 25 2.2 Các dụng cụ hóa chất sử dụng 26 2.2.1 Dụng cụ 26 2.2.2 Hóa chất 26 2.3 Quy trình chế tạo mẫu 27 2.3.1 Quy trình chế tạo cầu Polystyrene (PS) 27 2.3.2 Chuẩn bị điện cực đế ITO 28 2.3.3 Lắng đọng cầu PS lên đế ITO (bằng hai phƣơng pháp) 28 2.3.4 Quy trình chế tạo điện cực ZnO cấu trúc xốp phƣơng pháp lắng đọng điện hóa 29 2.3.5 Quy trình chế tạo điện cực CdS/ZnO 30 2.4 Một số phƣơng pháp khảo sát mẫu 31 2.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33 2.4.3 Đo phổ hấp thụ UV-Vis 37 2.5 Đo thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc (PEC) 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Hình thái cấu trúc vi mơ 39 3.2 Thuộc tính cấu trúc tinh thể 43 3.3 Thuộc tính hấp thụ quang 44 3.4 Thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CB Conduction Band Vùng dẫn CdS Cadmium Sulphide Ca mi (II) sunfua Eg Band gap energy Năng lƣợng vùng cấm ITO Indium Tin Oxide PEC Photo Electrochemical Cell Tế bào quang điện hóa PS Polystyrene Vật liệu polystyrene SEM UV-Vis Scanning Electron Microscope Ultraviolet - Visible Spectroscopy Kính phủ lớp dẫn điện suốt ITO Kính hiển vi điện tử quét Phổ tử ngoại - khả kiến VB Valence Band Vùng hoá trị XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X ZnO Zinc Oxide Kẽm Oxít CBD Chemical bath deposition Lắng đọng bể hóa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số vật lí vật liệu ZnO dạng khối Bảng 1.2 Tính chất cadmium sulfide 13 Bảng 1.3 Các thông số vật liệu CdS 15 Bảng 3.1 So sánh hiệu suất số cấu trúc dựa vào vật liệu CdS/ZnO 48 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO dạng lập phƣơng rocksalt Hình 1.2 Cấu trúc lập phƣơng giả kẽm Blend Hình 1.3 Cấu trúc kiểu wurtzite lục giác xếp chặt Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể CdS kiểu lục giác (a) kiểu lập phƣơng (b) 14 Hình 1.5 Cấu trúc hệ tách nƣớc quang điện hóa ba điện cực 17 Hình 1.6 Cơ chế phản ứng quang điện hóa 18 Hình 1.7 Sơ đồ dải lƣợng hệ điện hóa điện cực bán dẫn – kim loại: chƣa tiếp xúc (a), tiếp xúc nhƣng chƣa chiếu sáng (b), tiếp xúc chiếu sáng (c) tiếp xúc chiếu sáng ngồi (d) 20 Hình 1.8 Giản đồ cho thấy khe lƣợng vật liệu xít khác so sánh với mức chân không mức điện cực hydrogen chất điện phân 21 Hình 2.1 Các thiết bị đƣợc chụp phịng thí nghiệm vật lí chất rắn trƣờng Đại học Quy Nhơn: (a) Máy rung rửa siêu âm, (b) Tủ sấy, (c) Cân phân tích điện tử, (d) Máy khuấy từ, (e) Bộ dụng cụ tổng hợp PS, (f) Máy khuấy từ có gia nhiệt, (g) Bộ dụng cụ lắng đọng điện hóa, (h) Lị nung 25 Hình 2.2 Quy trình chế tạo cầu PS 27 Hình 2.3 Sơ đồ tóm tắt quy trình chế tạo loại điện cực 30 Hình 2.4 Nhiễu xạ tia X mặt tinh thể 31 Hình 2.5 Thiết bị nhiễu xạ tia X D8 advance Eco (Bruker) 32 Hình 2.6 Sơ đồ ngun lí cấu tạo máy XRD 33 Hình 2.7 Sơ đồ hoạt động kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 Hình 2.8 Tƣơng tác điện tử với mẫu 35 Hình 2.9 Cấu tạo hệ đo điện hóa ba điện cực 38 Hình 3.1: Ảnh SEM cầu PS (a) phƣơng pháp nhỏ phủ, cấu trúc ZnO lỗ xốp (b) phƣơng pháp nhỏ phủ; cầu PS (c) phƣớng pháp bay tự xếp, cấu trúc ZnO lỗ xốp (d) phƣớng pháp bay tự xếp 39 Hình 3.2: Ảnh SEM cấu trúc ZnO-P với thời gian lắng đọng điện hóa khác nhau: (a) phút, (b) phút, (c) phút (d) 11 phút 41 Hình 3.3: (a, b) ảnh SEM bề mặt mặt cắt ngang cấu trúc ZnO-P với thời gian lắng đọng điện phút (c, d) ảnh SEM bề mặt mặt cắt ngang cấu trúc CdS/ZnO-P 42 Hình 3.4: Phổ XRD hai cấu trúc ZnO-P CdS/ZnO-P 43 Hình 3.5: Phổ UV-vis cấu trúc 44 Hình 3.6: Thuộc tính PEC hai cấu trúc ZnO-A ZnO-P, (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng 45 Hình 3.7: Thuộc tính PEC cấu trúc ZnO màng ZnO-P với thời gian lắng đọng điện khác (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang 46 Hình 3.8: Thuộc tính PEC cấu trúc CdS/ZnO màng mỏng, CdS/ZnO-P9, (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng 47 Hình 3.9: Mật độ dịng quang theo thời gian 0.2V dƣới điều kiện chóp tắt ánh sáng cấu trúc 50 Hình 3.10: Độ ổn định dòng quang theo thời gian dƣới điều kiện chiếu sáng liên tục 50 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Khí hyđrơ, sản phẩm từ q trình tách nƣớc quang điện hóa (PEC) sử dụng ánh sáng mặt trời đƣợc xem xét nguồn lƣợng tƣơng lai, dựa ngun lý chuyển đổi lƣợng mặt trời, nguồn lƣợng có sẵn vơ tận [1-2] Trong kỹ thuật PEC, điện cực quang đóng vai trò quan trọng định hiệu suất tách nƣớc Do đó, hầu hết nghiên cứu tập trung việc tìm kiếm vật liệu nhƣ thiết kế cấu trúc nano phù hợp cho điện cực quang nhằm để nâng cao hiệu suất chuyển đổi lƣợng hƣớng tới khả ứng dụng thực tế kỹ thuật ZnO với thiết kế cấu trúc nano khác nhƣ dây nano, ống nano, nano, cấu trúc nano phân nhánh ba chiều …[3-8] cho thấy hiệu suất đƣợc cải thiện đáng kể nhờ vào khả bẫy ánh sáng cao vận chuyển điện tử nhanh Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi lƣợng chƣa đạt cực đại, bề dày hiệu vật liệu điện cực khơng đủ để hấp thụ tồn ánh sáng chiếu tới điện cực Để tăng bề dày hấp thụ hiệu vật liệu có nhiều cách nhƣ: xếp chồng cấu trúc nano thiết kế cấu trúc chặt khít… nhiên việc làm hạn chế khả thấm dung dịch điện phân vào bên màng điện cực làm giảm vùng tiếp xúc phản ứng xúc tác điện hóa vật liệu với dung dịch điện phân Một số phƣơng pháp hóa gần cho thấy việc chế tạo thành cơng cấu trúc lỗ xốp trật tự hình cầu sử dụng cầu polystyrene (PS) đa lớp xếp chặt nhƣ vật liệu khuôn, khe hở cầu đƣợc điền đầy vật liệu ZnO dạng keo nhờ lực mao dẫn Cuối cầu PS đƣợc đốt cháy hình thành cấu trúc xốp trật tự ZnO [9] Với mong muốn tiềm kiếm cấu trúc nano phù hợp, có khả hấp 46 thấy rằng, cấu trúc vách dày lỗ xốp thuận lợi trình vận chuyển điện tử Thuộc tính PEC phụ thuộc thời gian lắng đọng điện hóa cấu trúc ZnO-P đƣợc đo để tối ƣu hiệu suất PEC theo bề dày nhƣ trình bày hình 3.7 Hình 3.7: Thuộc tính PEC cấu trúc ZnO màng ZnO-P với thời gian lắng đọng điện khác (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang Hình 3.7 (a) đƣờng cong ghi lại mật độ dòng quang theo cấu trúc ZnO-P với thời gian lắng đọng điện hóa khác 5, 7, 11 phút cấu trúc ZnO màng mỏng chế tạo với điều kiện điện hóa với thời gian phút, tƣơng ứng hình 3.7 (b) hiệu suất PEC tính tốn từ mật độ dịng quang Kết cho thấy, hiệu suất PEC đạt cực đại với mẫu ZnO-P9, hiệu suất có giá trị 0,5 % cao gấp 1,3 lần hiệu suất 0,4 % cấu trúc màng mỏng Hiệu suất cao cấu trúc lỗ xốp đƣợc giải thích với hai lý do: Thứ nhất, cấu trúc lỗ xốp hấp thụ quang vùng ánh sáng nhìn thấy mạnh hơn, sinh nhiều hạt tải Thứ hai, cấu trúc lỗ xốp có diện tích bề mặt riêng lớn hơn, tạo nhiều vùng phản ứng điện hóa Hơn nữa, cấu trúc lỗ xốp giúp cho dung dịch điện phân thấm dễ dàng đến tồn diện tích bề mặt màng So sánh hiệu suất PEC cấu 47 trúc ZnO-P với thời gian điện hóa khác cho thấy, thời gian điện hóa thấp (nhỏ phút) hiệu suất PEC thấp Cụ thể, hiệu suất 0,39% cho mẫu ZnO-P5, 0,46 % cho mẫu ZnO-P7 Kết cho thấy phù hợp với kết phân tích SEM Ở thời gian điện hóa thấp, cấu trúc chƣa ổn định vật liệu tạo cấu trúc chƣa đủ nhiều để hấp thụ toàn ánh sáng tới vách chƣa đủ dày để vận chuyển điện tử dễ dàng Ngƣợc lại, thời gian điện hóa dài, nghĩa bề dày màng xốp dày hiệu suất PEC lại giảm Cụ thể, mẫu ZnO-P11 hiệu suất PEC giảm xuống cịn 0,39 % Điều điện tử bị tái hợp vận chuyển đến điện cực với quảng đƣờng dài Do đó, điều kiện chế tạo luận văn, bề dày màng vật liệu xốp 2,07 m, tƣơng ứng với thời gian phút lắng đọng điện hóa tối ƣu cho hiệu suất PEC cao hệ vật liệu ZnO Để tăng cƣờng thêm hiệu suất PEC, CdS đƣợc mọc thêm cấu trúc ZnO-P9 để hình thành cấu trúc CdS/ZnO-P9 cấu trúc đối chứng CdS/ZnO màng mỏng đƣợc đo so sánh nhƣ cho thấy hình 3.8 Hình 3.8: Thuộc tính PEC cấu trúc CdS/ZnO màng mỏng, CdS/ZnO-P9, (a) mật độ dòng quang (b) hiệu suất chuyển đổi quang tƣơng ứng Hình 3.8 (a) mật độ dịng quang theo đƣợc đo tối dƣới chiếu sáng nguồn sáng đèn Xenon theo mức từ -1,6 V đến 0,6 V, 48 dung dịch điện phân sử dụng Na2S (0.25M) Na2SO3 (0.35M) tƣơng ứng hình 3.8 (b) hiệu suất PEC tính tốn đƣợc Kết đo tính tốn cho thấy, hiệu suất PEC cấu trúc màng mỏng sau mọc thêm CdS tăng từ 0,4 % lên đến 1,8 %, tăng lên gấp 4,5 lần Điều cho thấy vai trò hấp thụ quang vật liệu CdS việc nâng cao hiệu suất PEC 4,5 lần Trong cấu trúc xốp hiệu suất tăng từ 0,5 % lên đến 3,8 %, tăng gấp 7,6 lần So sánh hiệu suất PEC hai loại cấu trúc cho thấy, với cấu trúc CdS/ZnO màng mỏng hiêu suất 1,8 % Với cấu trúc CdS/ZnO-P9 lỗ xốp hiệu suất 3,8 %, tăng gấp 2,1 lần Sự khác lớn hiệu suất PEC hai cấu trúc đƣợc giải thích nhờ vào thuận lợi cấu trúc lỗ xốp mang lại: Thứ nhất, hiệu ứng bẫy ánh sáng xảy mạnh cấu trúc lỗ xốp, điều cho thấy từ phổ hấp thụ UV-Vis Thứ hai, cấu trúc lỗ xốp có diện tích bề mặt riêng lớn, điều khơng tạo vùng phản ứng điện hóa lớn mà cịn tạo điều kiện thuận lớn cho q trình mọc CdS toàn bề mặt vật liệu ZnO nhờ vào khả thấm cao dung dịch mọc CdS đến tồn bề mặt ZnO thơng qua lỗ xốp Kết hiệu suất PEC đạt đƣợc nghiên cứu 3,8 % cao so sánh với nghiên cứu gần hệ vật liệu CdS/ZnO nhƣ tổng kết bảng 3.1 Bảng 3.1 So sánh hiệu suất số cấu trúc dựa vào vật liệu CdS/ZnO Cấu trúc ZnO nanorod/CdS quantum dots ZnO/CdS core/shell nanowire Nguồn sáng Dung dịch điện phân Mật độ dòng Hiệu suất (mA/cm ) (%) Tài liệu AM 1.5G, 100 W/cm2 0.1 M Na2S and 0.2 M Na2SO3 5.3 at 0.4 V (vs SCE) 2.8 [34] AM 1.5G, 100 W/cm2 1M Na2S 7.23 at V (vs SCE) 3.53 [35] 49 Cấu trúc Mật độ dòng Hiệu suất (mA/cm ) (%) Tài liệu 350 W Xe lamp with a 0.25 M Na2S UV-light cut- + 0.35 M off filter (λ > Na2SO3 420 nm) 21.53 at 1.2 V (vs Ag/AgCl) 3.45 [36] AM 1.5G, 100 W/cm2 1.15 at V (vs Ag/AgCl) 0.75 [37] Nguồn sáng Dung dịch điện phân arrays ZnO/CdS/Au Nanotube Arrays ZnO@CdS Heterostructur e 3D-Branched ZnO/CdS Nanowire Arrays ZnO/CdS Core/Shell Array Urchin-like CdS/ZnO nanowire array 3D ZnO/Au/CdS Sandwich Structured Inverse Opal 0.5 M Na2SO4 Xenon 500 W 0.5 M Na2S 70 mW.cm-2 3.58 at V 3.1 (vs Ag/AgCl) [38] AM 1.5G, 100 W/cm2 0.1 M Na2SO4 8.5 at 0.4 V 2.75 (vs Ag/AgCl) [39] AM 1.5G, 100 W/cm2 M Na2S 9.0 at 0.5 V 4.5 (vs Hg/HgCl) [40] AM 1.5G, 100 W/cm2 0.25 M Na2S + 0.35 Na2SO3 5.7 at V (vs Ag/AgCl) [41] [42] CdS/Ag/ZnO nanorods 0.25 M Na2S Xenon 500 W + 0.35 100 W/cm2 Na2SO3 at V (vs SCE) Au-embedded ZnO/CdS core/shell nanorods 0.25 M Na2S Xenon 150 W + 0.35 75 W/cm2 Na2SO3 3.6 at V (vs 3.2 Ag/AgCl) 3.13 [43] Dựa vào thành công đạt đƣợc hiệu suất PEC, 50 ý đánh giá khả ứng dụng thực tế điện cực chế tạo đo độ hồi đáp dòng quang theo thời gian dƣới điều kiện chóp tắt ánh sáng độ bền làm việc điện cực theo thời gian dƣới chiếu sáng liên tục ánh sáng nhƣ trình bày chi tiết hình 3.9 3.10 Hình 3.9: Mật độ dòng quang theo thời gian 0.2V dƣới điều kiện chóp tắt ánh sáng cấu trúc Hình 3.10: Độ ổn định dịng quang theo thời gian dƣới điều kiện chiếu sáng liên tục 51 Hình 3.9 kết đo mật độ dịng quang 0,2 V (vs Ag/AgCl) dƣới điều kiện on-off ánh sáng vòng đo cấu trúc ZnO, CdS/ZnO màng mỏng cấu trúc ZnO-P9, CdS/ZnO-P9 lỗ xốp Kết cho thấy, dòng quang bật nhanh phục hồi nhanh suốt vòng on-off ánh sáng cho bốn cấu trúc Điều chứng minh rằng, cấu trúc chế tạo có độ hồi đáp quang tốt Hình 3.10 kết đo mật độ dòng quang 0,2 V (vs Ag/AgCl) dƣới chiếu sáng liên tục ánh sáng khoảng thời gian 1800 giây mẫu điện cực CdS/ZnO-P9 Dựa vào kết quả, chúng tơi tính đƣợc phần trăm mật độ dòng quang giảm khoảng thời gian 1800 giây là: Io  I I 2,9  2,4 100%  100%  100%  17% I0 I0 2,9 Nhƣ sau khoảng thời gian đo 1800 giây mật độ dòng quang giảm 17 % Điều dặm mịn quang xảy vật liệu CdS, kết cho thấy mật độ dòng quang tƣơng đối ổn định theo thời gian 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất quang điện hóa tách nƣớc vật liệu CdS/ZnO cấu trúc xốp đế ITO * Kết đạt đƣợc nhƣ sau: Chế tạo đƣợc vật liệu ZnO cấu trúc xốp thông qua kết phân tích ảnh SEM: - Bằng phƣơng pháp nhỏ phủ phƣơng pháp bay tự xếp gắn thành công đƣợc cầu PS lên đế điện cực ITO - Sử dụng phƣơng pháp lắng đọng điện hóa để lắng đọng thành cơng ZnO lên đế ITO gắn cầu PS - Ăn mòn cầu PS Toluen 24h - Nung mẫu nhiệt độ 450 C 1h, tốc độ gia nhiệt 2,5 độ/phút, ta thu đƣợc mẫu ZnO cấu trúc xốp - Phủ CdS lên mẫu ZnO cấu trúc xốp 30 phút thu đƣợc mẫu CdS/ZnO cấu trúc xốp Phổ XRD cho thấy mẫu ZnO cấu trúc xốp tinh thể ZnO có cấu trúc wurtzite CdS mọc ZnO có cấu trúc tinh thể với pha lập phƣơng trục với pha lục giác ZnO Kết đo phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy điện cực quang ZnO xốp; CdS/ZnO xốp hấp thụ mạnh ánh sáng vùng nhìn thấy Kết đo thuộc tính PEC cho thấy dƣới xạ ánh sáng đèn Xenon (150W) cƣờng độ sáng I = 75 mWcm-2 điện cực cấu trúc ZnO-P9 xốp với thời gian lắng đọng điện hóa phút cho hiệu suất cao nhât 0,5% Điện cực CdS/ZnO-P9 sau mọc CdS với thời gian 30 phút cho hiệu suất 53 3,8 %, giá trị hiệu suất cao so với nghiên cứu gần hệ vật liệu CdS/ZnO Độ hồi đáp quang độ bền làm việc điện cực đƣợc đo kiểm tra Kết cho thấy điện cực cấu trúc CdS/ZnO-P9 có độ hồi đáp quang tốt theo vòng on-off ánh sáng Điện cực cho thấy độ bền làm việc tốt, dƣới chiếu sáng liên tục khoảng thời gian 1800 giây, mật độ dịng quang giảm khoảng 17 % * Những đóng góp - Góp phần đa dạng thêm hệ vật liệu phƣơng pháp chế tạo điện cực quang ứng dụng tách nƣớc quang điện hóa - Điện cực quang chế tạo cho hiệu suất PEC cao kết tốt đạt đƣợc luận văn * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đây cấu trúc có tiềm ứng dụng làm điện cực quang hệ quang điện hóa sản suất khí hydro tốt 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bak, T., Nowotny, J., Rekas, M., & Sorrell, C (2002) Photoelectrochemical hydrogen generation from water using solar energy Materials-related aspects International Journal of Hydrogen Energy, 27(10), 991–1022 doi:10.1016/s0360-3199(02)00022-8 [2] Osterloh, F E., & Parkinson, B A (2011) Recent developments in solar water-splitting photocatalysis MRS Bulletin, 36(01), 17– 22 doi:10.1557/mrs.2010.5 [3] Garnett, E., & Yang, P (2010) Light Trapping in Silicon Nanowire Solar Cells Nano Letters, 10(3), 1082–1087 doi:10.1021/nl100161z [4] Shankar, K., Basham, J I., Allam, N K., Varghese, O K., Mor, G K., Feng, X., … Grimes, C A (2009) Recent Advances in the Use of TiO2 Nanotube and Nanowire Arrays for Oxidative Photoelectrochemistry The Journal of Physical Chemistry C, 113(16), 6327– 6359 doi:10.1021/jp809385x [5] Cho, I S., Chen, Z., Forman, A J., Kim, D R., Rao, P M., Jaramillo, T F., & Zheng, X (2011) Branched TiO2Nanorods for Photoelectrochemical Hydrogen Production Nano Letters, 11(11), 4978– 4984 doi:10.1021/nl2029392 [6] Majumder, T., Hmar, J J L., Roy, J N., & Mondal, S P (2016) Spectral Dependent Photoelectrochemical Behaviors of CdS Sensitized ZnO Nanorods Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 16(4), 4065– 4070 doi:10.1166/jnn.2016.11628 55 [7] Hamann, T W., Jensen, R A., Martinson, A B F., Van Ryswyk, H., & Hupp, J T (2008) Advancing beyond current generation dye-sensitized solar cells Energy & Environmental Science, 1(1), 66 doi:10.1039/b809672d [8] Leschkies, K S., Divakar, R., Basu, J., Enache-Pommer, E., Boercker, J E., Carter, C B., … Aydil, E S (2007) Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices Nano Letters, 7(6), 1793–1798 doi:10.1021/nl070430o [9] Liu, Z., Jin, Z., Li, W., & Liu, X (2006) Ordered porous ZnO thin films formed by dip-coating method using PS templates Journal of Sol-Gel Science and Technology, 40(1), 25–30 doi:10.1007/s10971-006-8421-8 [10] Kim, T W., & Choi, K.-S (2016) Improving Stability and Photoelectrochemical Performance of BiVO4 Photoanodes in Basic Media by Adding a ZnFe2O4 Layer The Journal of Physical Chemistry Letters, 7(3), 447–451 doi:10.1021/acs.jpclett.5b02774 [11] 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 Performance Advanced Materials Interfaces, 2(18), 1500428 doi:10.1002/admi.201500428 [12] Sberveglieri, G., Groppelli, S., Nelli, P., Tintinelli, A., & Giunta, G (1995) A novel method for the preparation of NH3 sensors based on ZnOIn thin films Sensors and Actuators B: Chemical, 25(1-3), 588– 590 doi:10.1016/0925-4005(95)85128-3 [13] Rodriguez, J A., Jirsak, T., Dvorak, J., Sambasivan, S., & Fischer, D (2000) Reaction of NO2with Zn and ZnO: Photoemission, XANES, and Density Functional Studies on the Formation of NO3 The Journal of 56 Physical Chemistry B, 104(2), 319–328 doi:10.1021/jp993224g [14] Chen, C., Liu, J., Liu, P., & Yu, B (2011) Investigation of Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Using Nano-Sized ZnO Catalysts Advances in Chemical Engineering and Science, 01(01), 9– 14 doi:10.4236/aces.2011.11002 [15] Lu, F., Cai, W., Micro/Nanoarchitectures: & Zhang, Solvothermal Y (2008) ZnO Synthesis and Hierarchical Structurally Enhanced Photocatalytic Performance Advanced Functional Materials, 18(7), 1047–1056 doi:10.1002/adfm.200700973 [16] Qiu, Y., Yan, K., Deng, H., & Yang, S (2011) Secondary Branching and Nitrogen Doping of ZnO Nanotetrapods: Building a Highly Active Network for Photoelectrochemical Water Splitting Nano Letters, 12(1), 407–413 doi:10.1021/nl2037326 [17] Gupta, M., Sharma, V., Shrivastava, J., Solanki, A., Singh, A P., Satsangi, V R., … Shrivastav, R (2009) Preparation and characterization of nanostructured ZnO thin films for photoelectrochemical splitting of water Bulletin of Materials Science, 32(1), 23–30 doi:10.1007/s12034009-0004-1 [18] Zhang, Q., Dandeneau, C S., Zhou, X., & Cao, G (2009) ZnO Nanostructures for Dye-Sensitized Solar Cells Advanced Materials, 21(41), 4087–4108 doi:10.1002/adma.200803827 [19] Wang, G., Wang, H., Ling, Y., Tang, Y., Yang, X., Fitzmorris, R C., … Li, Y (2011) Hydrogen-Treated TiO2Nanowire Arrays for Photoelectrochemical Water Splitting Nano Letters, 11(7), 3026– 3033 doi:10.1021/nl201766h 57 [20] Boettcher, S W., Spurgeon, J M., Putnam, M C., Warren, E L., TurnerEvans, D B., Kelzenberg, M D., … Lewis, N S (2010) EnergyConversion Properties of Vapor-Liquid-Solid-Grown Silicon Wire-Array Photocathodes Science, 327(5962), 185– 187 doi:10.1126/science.1180783 [21] Mocanu, A., Isopencu, G., Busuioc, C., Popa, O.-M., Dietrich, P., & Socaciu-Siebert, L (2019) Bacterial cellulose films with ZnO nanoparticles and propolis extracts: Synergistic antimicrobial effect Scientific Reports, 9(1) doi:10.1038/s41598-019-54118-w [22] Rodriguez, J A., Jirsak, T., Dvorak, J., Sambasivan, S., & Fischer, D (2000) Reaction of NO2with Zn and ZnO: Photoemission, XANES, and Density Functional Studies on the Formation of NO3 The Journal of Physical Chemistry B, 104(2), 319–328 doi:10.1021/jp993224g [23] Pimentel, A., Ferreira, S., Nunes, D., Calmeiro, T., Martins, R., & Fortunato, E (2016) Microwave Synthesized ZnO Nanorod Arrays for UV Sensors: A Seed Layer Annealing Temperature Study Materials, 9(4), 299 doi:10.3390/ma9040299 [24] Chen, C., Liu, J., Liu, P., & Yu, B (2011) Investigation of Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Using Nano-Sized ZnO Catalysts Advances in Chemical Engineering and Science, 01(01), 9– 14 doi:10.4236/aces.2011.11002 [25] Kim, K., Jeong, S., Woo, J Y., & Han, C.-S (2012) Successive and large-scale synthesis of InP/ZnS quantum dots in a hybrid reactor and their application to white LEDs 065602 doi:10.1088/0957-4484/23/6/065602 Nanotechnology, 23(6), 58 [26] Abdullah, H., Kuo, D.-H., Kuo, Y.-R., Yu, F.-A., & Cheng, K.-B (2016) Facile Synthesis and Recyclability of Thin Nylon Film-Supported n-Type ZnO/p-Type Ag2O Nano Composite for Visible Light Photocatalytic Degradation of Organic Dye The Journal of Physical Chemistry C, 120(13), 7144–7154 doi:10.1021/acs.jpcc.5b12153 [27] Huang, Y.-H., Park, B V., Chen, Y.-F., Gaba, R C., Guzman, G., & Lokken, R P (2019) Locoregional Therapy of Hepatocellular- Cholangiocarcinoma versus Hepatocellular Carcinoma: A Propensity Score–Matched Study Journal of Vascular and Interventional Radiology doi:10.1016/j.jvir.2019.03.024 [28] Ishizaki, H., Imaizumi, M., Matsuda, S., Izaki, M., & Ito, T (2002) Incorporation of boron in ZnO film from an aqueous solution containing zinc nitrate and dimethylamine-borane by electrochemical reaction Thin Solid Films, 411(1), 65–68 doi:10.1016/s0040- 6090(02)00189-x [29] Liu, Z., Jin, Z., Li, W., & Liu, X (2006) Ordered porous ZnO thin films formed by dip-coating method using PS templates Journal of Sol-Gel Science and Technology, 40(1), 25–30 doi:10.1007/s10971-006-8421-8 [30] Meng, Q.-B., Fu, C.-H., Einaga, Y., Gu, Z.-Z., Fujishima, A., & Sato, O (2002) Assembly of Highly Ordered Three-Dimensional Porous Structure with Nanocrystalline TiO2Semiconductors Chemistry of Materials, 14(1), 83–88 doi:10.1021/cm0101576 [31] Holland, B T., Blanford, C F., Do, T., & Stein, A (1999) Synthesis of Highly Ordered, Three-Dimensional, Macroporous Structures of Amorphous or Crystalline Inorganic Oxides, Phosphates, and Hybrid Composites Chemistry of Materials, 11(3), 795–805 doi:10.1021/cm980666g 59 [32] Liu, Z., Jin, Z., Li, W., Qiu, J., Zhao, J., & Liu, X (2006) Synthesis of PS colloidal crystal templates and ordered ZnO porous thin films by dipdrawing method Applied Surface Science, 252(14), 5002– 5009 doi:10.1016/j.apsusc.2005.07.018 [33] Marotti, R (2004) Bandgap energy tuning of electrochemically grown ZnO thin films by thickness and electrodeposition potential Solar Energy Materials and Solar Cells, 82(1-2), 85– 03 doi:10.1016/j.solmat.2004.01.008 [34] Nie, Q., Yang, L., Cao, C., Zeng, Y., Wang, G., Wang, C., & Lin, S (2017) Interface optimization of ZnO nanorod/CdS quantum dots heterostructure by a facile two-step low-temperature thermal treatment for improved photoelectrochemical water splitting Chemical Engineering Journal, 325, 151–159 doi:10.1016/j.cej.2017.05.021 [35] Tak, Y., Hong, S J., Lee, J S., & Yong, K (2009) Fabrication of ZnO/CdS core/shell nanowire arrays for efficient solar energy conversion Journal of Materials Chemistry, 19(33), 5945 doi:10.1039/b904993b [36] Wei, R.-B., Kuang, P.-Y., Cheng, H., Chen, Y.-B., Long, J.-Y., Zhang, M.-Y., & Liu, Z.-Q (2017) Plasmon-Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting on Gold Nanoparticle Decorated ZnO/CdS Nanotube Arrays ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 5(5), 4249– 4257 doi:10.1021/acssuschemeng.7b00242 [37] Ye, Y.-Q., Gu, G.-H., Wang, X.-T., Ouyang, T., Chen, Y., & Liu, Z.-Q (2019) 3D cross-linked BiOI decorated ZnO/CdS nanorod arrays: A costeffective hydrogen evolution photoanode with high photoelectrocatalytic activity International Journal doi:10.1016/j.ijhydene.2019.06.059 of Hydrogen Energy 60 [38] Bai, Z., Yan, X., Li, Y., Kang, Z., Cao, S., & Zhang, Y (2015) 3DBranched ZnO/CdS Nanowire Arrays for Solar Water Splitting and the Service Safety Research Advanced Energy Materials, 6(3), 1501459 doi:10.1002/aenm.201501459 [39] Bai, R., Kumar, D., Chaudhary, S., & Pandya, D K (2018) SelfAssembled Vertically Aligned Hetero-Epitaxial ZnO/CdS Core/Shell Array by all CBD Process: Platform for Enhanced Visible-Light-Driven PEC Performance The Journal of Physical Chemistry C, 122(26), 14408– 14419 doi:10.1021/acs.jpcc.8b04675 [40] Hieu, H N., Dung, N Q., Kim, J., & Kim, D (2013) Urchin-like nanowire array: a strategy for high-performance ZnO-based electrode utilized in photoelectrochemistry Nanoscale, 5(12), 5530 doi:10.1039/c3nr00889d [41] 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 Performance Advanced Materials Interfaces, 2(18), 1500428 doi:10.1002/admi.201500428 [42] Yang, X., Li, H., Zhang, W., Sun, M., Li, L., Xu, N., … Sun, J (2017) High Visible Photoelectrochemical Activity of Ag NanoparticleSandwiched CdS/Ag/ZnO Nanorods ACS Applied Materials & Interfaces, 9(1), 658–667 doi:10.1021/acsami.6b12259 [43] H N Hieu, N V Nghia, N M Vuong, H Van Bui, Omnidirectional Au-embedded ZnO/CdS core/shell nanorods for enhanced photoelectrochemical water-splitting efficiency, doi: 10.1039/c9cc09559d ... nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc điện cực quang dựa vật liệu ZnO có cấu trúc xốp? ?? để nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Nhƣ phân tích cho thấy, cấu trúc nano xốp cấu trúc. .. thấy - Nghiên cứu hiệu suất tách nƣớc quang điện hóa cấu trúc chế tạo dƣới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Vật liệu ZnO có cấu trúc xốp. .. đích nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo thành công điện cực ZnO có cấu trúc xốp sử dụng cầu PS nhƣ vật liệu khuôn 3 - Kết cặp thêm điện cực ZnO cấu trúc xốp vật liệu có khe lƣợng nhỏ nhƣ CdS để tăng