Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính quang điện hóa của vật liệu nano một chiều fe2o3 pha tạp

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, việc đáp ứng nhu cầu lượng toàn cầu chủ yếu dựa vào cung cấp sử dụng nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu thơ, khí tự nhiên,….Nhiên liệu hóa thạch đốt cháy tạo đáng kể khí thải đioxit cacbon (CO2) vào khí quyển, cuối thúc đẩy nóng lên tồn cầu biến đổi khí hậu Theo thống kê, năm 2013 tồn cầu tiêu thụ 90% lượng tạo từ nhiên liệu hóa thạch [1] Nền kinh tế tồn cầu phát triển nhanh chóng, quy mơ cơng nghiệp ngày lớn, đặt nhiều vấn đề nghiêm trọng việc sử dụng lượng Con người nhận thức tài nguyên hóa thạch có nguy cạn kiệt kỷ XXI hiệu ứng nhà kính gây đốt cháy nhiên liệu hóa thạch ảnh hưởng xấu đến khí hậu tồn cầu [2] Vấn đề đặt cần nghiên cứu, khai thác tài ngun an tồn, sẽ, bền vững, tái chế sản xuất lượng để giảm thiểu việc sử dụng dần thay nguồn tài nguyên hóa thạch Nguồn lượng tái tạo biết đến như: lượng gió, lượng nước, lượng mặt trời, lượng sinh học,… người khai thác sử dụng [3] Tuy nhiên, việc sản xuất số nguồn lượng bộc lộ mối nguy hại đến môi trường, bên cạnh khơng ổn định thay đổi vị trí, thời gian yếu tố mơi trường khác Trong đó, việc sản xuất nhiên liệu hydro xem giải pháp tiềm hydro nguyên tố nhiều tự nhiên, tồn nước lẫn khí sinh học; hydro khí nhẹ (0,8988 g/l) nên có mật độ lượng (~140 kJ/g) lớn loại nhiên liệu khác xăng (~40 kJ/g); quan trọng hydro thân thiện với môi trường việc sử dụng sinh chất nhiễm tác động xấu mơi trường [2] Ngồi ra, hydro lưu trữ dạng khí, lỏng kim loại hyđrua vận chuyển qua khoảng cách lớn đường ống phương tiện vận chuyển [4] Tuy nhiên, sản xuất với quy mô lớn dựa đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (tức là, phương pháp phổ biến để chiết xuất hydro cải cách (reformer) nước metan) có chi phí cao gây nhiễm mơi trường Trước u cầu phải tìm ngun liệu thân thiện mơi trường để thay thế, việc sử dụng nước (H2O) nguyên liệu để tạo hydro kì vọng giải vấn đề Nước bị chia tách thành hydro oxi thơng qua q trình điện phân (electrolysis), quang xúc tác (photocatalysis) quang điện hóa (photoelectrochemical) sử dụng lượng mặt trời [5] Một giải pháp mong đợi sử dụng tế bào quang điện hóa (PEC) cho tách nước Có nhiều vật liệu oxit kim loại, sunfua, nitrua, phốt phát chế phẩm khác nghiên cứu cho tách nước PEC Các vật liệu kim loại sunfua nitrua kim loại thường có độ rộng vùng cấm hẹp, ổn định lại cho ứng dụng PEC Mặt khác, vật liệu oxit kim loại thường có độ rộng vùng cấm rộng, nên khả hấp thụ ánh sáng vùng ánh sáng nhìn thấy Do đó, cần thiết phải có điều chỉnh độ rộng vùng cấm vật liệu cách pha tạp (doping) hình thành cấu trúc lõi-vỏ (core-shell) cấu trúc dị thể (heterostructures) nhằm cho phép thu hoạch tối đa ánh sáng [2] Oxit kim loại chuyển tiếp thu hút nhiều quan tâm tính ổn định hóa học cao phong phú Nhiều chất bán dẫn oxit kim loại TiO2, WO3 Fe2O3 nghiên cứu chuyên sâu cho ứng dụng quang điện hóa để tạo hydro từ nước [6] Oxit sắt (Fe2O3) chất bán dẫn loại n có nhiều ưu điểm việc sử dụng làm điện cực quang (photoelectrode) phản ứng tách nước sử dụng ánh sáng mặt trời [6] Fe2O3 thể khả hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tốt coi ứng cử viên lý tưởng cho việc tách nước PEC Với độ rộng vùng cấm khoảng 2,1 - 2,2 eV, theo lý thuyết hiệu suất chuyển đổi quang điện cho Fe2O3 tính 16% [7] Ngồi khả hấp thụ phổ ánh sáng mặt trời tốt, Fe2O3 khoáng chất phong phú bề mặt trái đất rẻ đáng kể so với vàng bạch kim thường sử dụng, thể tính ổn định khơng độc hại [2] Nhiều thí nghiệm thực để đo PEC dựa ứng dụng Fe2O3 Tuy nhiên, tách nước PEC thu hiệu suất thấp giá trị lý thuyết, phần lớn vấn đề liên quan đến dòng điện khả vận chuyển điện tử kém, khả tái hợp điện tích bề mặt lớn, động học truyền tải chậm chiều dài khuếch tán lỗ trống ngắn,… làm hạn chế hiệu suất, ứng dụng thực tế phân tách nước PEC Fe2O3 [2] Do đó, việc pha tạp vật liệu Fe2O3 nguyên tố Zn, Ti, Sn, Zr, Ta,… xem phương pháp nhằm tăng cường điện tích khả di chuyển chúng [6] Trong phương pháp chế tạo vật liệu oxit kim loại, phương pháp thủy nhiệt có ưu điểm q trình thực đơn giản, chi phí thấp, tương đối an tồn, đồng thời sản xuất vật liệu với quy mơ lớn có độ đồng cao Việc tổng hợp vật liệu nano chiều Fe2O3 đế dẫn điện FTO (Fluorinated Tin Oxide: oxit thiếc pha tạp flo) tận dụng lợi diện tích bề mặt riêng lớn vật liệu nano tính dẫn hạt tải theo hướng cấu trúc nano chiều (1D) Việc pha tạp nguyên tố vào cấu trúc vật liệu Fe2O3 kì vọng nâng cao hoạt tính quang điện hóa vật liệu thơng qua việc tăng cường khả truyền tải hạt mang điện khả hấp thụ ánh sáng vật liệu Từ sở lý luận trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp khảo sát hoạt tính quang điện hóa vật liệu nano chiều Fe2O3 pha tạp” Mục tiêu nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu nano chiều Fe2O3 đế dẫn điện FTO phương pháp thủy nhiệt - Pha tạp kim loại Sn vào mẫu vật liệu nano chiều Fe2O3 - Khảo sát hoạt tính quang điện hóa mẫu vật liệu nano chiều Fe2O3 không pha tạp pha tạp chế tạo Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano chiều Fe2O3 - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo nano chiều Fe2O3, hình thái bề mặt, tính chất vật liệu hoạt tính quang điện hóa tách nước vật liệu phạm vi phịng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu sở lí luận tổng hợp tài liệu - Phương pháp thực nghiệm chế tạo mẫu phương pháp thủy nhiệt - Phương pháp khảo sát đặc trưng tính chất vật liệu hiển vi điện tử quét (SEM), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hấp thụ vùng tử ngoại khả kiến (UV-VIS), phổ tán sắc lượng tia X (EDX) - Phương pháp khảo sát hoạt tính quang điện hóa qt tuyến tính (LSV), đặc trưng dòng điện - thời gian (I - t) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Góp phần làm phong phú phương pháp chế tạo Fe2O3 khả ứng dụng vật liệu nano Fe2O3 Góp phần cho việc nghiên cứu sản xuất hydro - Kết đóng góp định mặt thực tiễn, góp phần đưa hướng giải vấn đề khủng hoảng lượng ô nhiễm môi trường Cấu trúc luận văn Luận văn kết cấu gồm phần: Mở đầu Chương Tổng quan lý thuyết Chương Kỹ thuật thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận kiến nghị CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO Fe2O3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể Fe2O3 Oxit sắt hợp chất phổ biến tự nhiên diện gần nơi, bao gồm bầu khí quyển, sinh quyển, thủy thạch Nó khơng vật liệu cơng nghiệp quan trọng mà cịn hợp chất thuận tiện cho nghiên cứu tổng hợp [7] Các oxit Fe(III) (Fe2O3) chất bột không tan nước, Fe2O3 có màu nâu đỏ [8] Khi nung nóng Fe2O3 khơng tan axit bền nhiệt Đặc tính Fe2O3 bền nên tập trung nghiên cứu vào việc chế tạo dạng cấu trúc nano vật liệu nghiên cứu tính chất, ứng dụng Fe2O3 oxit kim loại bán dẫn, hợp chất thuận tiện cho việc nghiên cứu tính chất từ chuyển pha cấu trúc hạt nano Sự tồn Fe2O3 dạng vơ định hình bốn pha tinh thể khác alpha (α), beta (β), gamma (γ) epsilon (ε) [9], pha α-Fe2O3 (hematite) có tinh thể mặt thoi (rhombohedral) lục giác (hexagonal) dạng cấu trúc mạng Al2O3 (corundum) γ-Fe2O3 (maghemite) có cấu trúc lập phương spinel tìm thấy tự nhiên Hai dạng khác Fe2O3 β-Fe2O3 với cấu trúc bixbyite lập phương ε-Fe2O3 với cấu trúc trực giao tổng hợp nghiên cứu rộng rãi năm gần [9] γ-Fe2O3 ε-Fe2O3 có từ tính mạnh, α-Fe2O3 phản sắt từ, β-Fe2O3 vật liệu thuận từ 1.1.1.1 α-Fe2O3 (hematite) Mặc dù từ sớm, phép đo bề mặt tinh thể X-ray kết luận tinh thể α-Fe2O3 (hematite) có cấu trúc mặt thoi (Brag and Bragg, 1924), phải đến năm 1925 chi tiết cấu trúc α-Fe2O3 Pauling Hendricks công bố Cả α-Fe2O3 Al2O3 (corundum) có dạng cấu trúc hematite thường nói có cấu trúc corundum Cấu trúc coi cấu trúc mặt thoi trực giao [9] Cấu trúc lục giác mặt thoi trực giao α-Fe2O3 hình 1.1 1.2 Hình vẽ thiết kế để làm bật lên mối quan hệ hai loại cấu trúc Các điện tích âm oxi có cấu trúc lục giác xếp chặt (đặc trưng xen kẽ hai lớp; nguyên tử lớp nằm đỉnh nhóm tam giác nguyên tử lớp nằm tâm tam giác lớp bên cạnh), cịn điện tích dương sắt chiếm hai phần ba lỗ hổng tám mặt theo dạng đối xứng Nói cách khác, điện tích oxi chiếm lỗ hổng sáu mặt điện tích sắt vị trí lỗ hổng tám mặt xung quanh Tuy nhiên, sáu điện tích oxi xung quanh gần điện tích sắt chịu biến dạng nhỏ Bên cạnh đó, bốn điện tích sắt xung quanh điện tích oxi khơng tạo thành tứ diện thơng thường [10] Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể hematite (α-Fe2O3) [9] Hình 1.2 Mặt phẳng (111) cấu trúc mặt thoi [9] Chú ý rằng, số điện tích sắt nằm số khác nằm mặt phẳng lục giác Trong hình 1.2 vịng biểu diễn vị trí Fe3+ theo cấu trúc lục giác Các đường nét đứt mặt phẳng chứa điện tích O2- Cấu trúc mặt thoi thể hình thơng qua mối quan hệ với cấu trúc lục giác Hình 1.2 miêu tả vị trí điện tích oxi liên hệ với điện tích sắt mặt phẳng (111) cấu trúc mặt thoi Các đường tròn liền nét đường tròn nét đứt tương ứng với điện tích oxi điện tích Fe3+ [9] Hematite (α-Fe2O3) điều chế dễ dàng phương pháp phân hủy nhiệt lẫn kết tủa pha lỏng Tính chất từ phụ thuộc vào nhiều tham số chẳng hạn áp suất, kích cỡ hạt cường độ từ trường Hình 1.3 Minh họa sơ đồ cấu trúc tinh thể hematit [11] Ở hình 1.3(a) hình lục giác tế bào đơn vị, 1.3(c) tế bào nguyên thủy hình thoi Hình bát diện chia sẻ (a) (c) hiển thị 1.3(b) 1.3(d) Điện tích Fe3+ nằm dọc theo trục c Chú thích: Fe = xám O = đỏ Hình 1.4 Một sở tinh thể hematite [12] Hình 1.5 Ơ đơn vị α-Fe2O3 [13] Ơ đơn vị α-Fe2O3 (bên trái) hình 1.5 cho thấy điều chỉnh Fe2O9 chia sẻ mặt bát diện hình thành chuỗi theo hướng c Hình chi tiết (bên phải) điều chỉnh Fe2O9 cho thấy, lực đẩy tĩnh điện điện tích dương Fe3+ tạo liên kết Fe-O dài (vàng) ngắn (nâu) 10 1.1.1.2 γ-Fe2O3 (maghemite) Maghemite (γ-Fe2O3) có cấu trúc lập phương spinel, không bền dễ bị chuyển thành α-Fe2O3 nhiệt độ cao γ-Fe2O3 có cấu trúc tinh thể tương tự Fe3O4 (maghetite) Không giống α-Fe2O3 (các điện tích oxi có cấu trúc lập phương xếp chặt sắt xuất lỗ hổng tám mặt), cấu trúc tinh thể γ-Fe2O3 Fe3O4, điện tích oxi có cấu trúc lập phương xếp chặt với lỗ hổng mặt (octahedral and tetrahedral sites) bị sắt chiếm chỗ Sự khác biệt γ-Fe2O3 Fe3O4 xuất Fe (II) γ-Fe2O3 xuất chỗ trống vị trí điện tích dương γ-Fe2O3 làm giảm tính đối xứng Bán kính Fe (II) lớn Fe (III) liên kết Fe (II)-O dài yếu liên kết Fe (III)-O [9] γ-Fe2O3 vật liệu feri từ, có từ tính thấp khoảng 10% so với Fe3O4 có khối lượng riêng nhỏ α-Fe2O3 Dưới 15 nm [9], γ-Fe2O3 trở thành vật liệu siêu thuận từ Maghemite (γ-Fe2O3) điều chế khử nước nhiệt (thermal dehydratation) gamma sắt(III) oxit-hidroxit, oxi hóa cách cẩn thận sắt (II, III) oxit 1.1.1.3 ε-Fe2O3 Epsilon pha chuyển tiếp hematite maghemite Tài liệu khoa học ε-Fe2O3 công bố lần năm 1934 (Forestier and Guiot - Guillain) Đặc điểm cấu trúc chi tiết pha epsilon Klemm công bố năm 1998 sau Mader Cho đến cách thông thường để tạo epsilon Fe2O3 γ ε α-Fe2O3, điều chế ε-Fe2O3 dạng tinh khiết mà thường có lẫn thêm pha alpha gamma ε-Fe2O3 thường không bền bị chuyển hóa thành α-Fe2O3 nhiệt độ 500 - 700 °C [9] 76 Hình 3.16 biểu diễn phổ J-t mẫu Sn-F80 giá trị vừa chiếu sáng vừa tắt ánh sáng để thấy diện đại lượng mật độ dòng quang điện thời (transient) mẫu Trong hình 3.16 (a) ta thấy, mật độ dòng quang điện thời có giá trị dương chiếu sáng thể tích tụ lỗ trống bề mặt tiếp xúc điện cực với dung dịch điện phân mà khơng có di chuyển điện tích vào dung dịch điện phân Tương tự, mật độ dịng quang điện thời có giá trị âm tắt ánh sáng biểu phản ứng ngược điện tử cảm ứng (photoinduced electrons) tái hợp với lỗ trống tích tụ (hình 3.16(b)) [64] Điều làm giảm nồng độ hạt mang điện sinh vật liệu, làm giảm hiệu suất hoạt tính quang điện hóa vật liệu 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu đề tài, đưa số kết luận sau: Đã chế tạo mẫu vật liệu nano Fe2O3 có cấu trúc dạng thẳng đứng đế dẫn điện FTO phương pháp thuỷ nhiệt Kết khảo sát hình thái bề mặt kĩ thuật SEM cho thấy mẫu vật liệu F04 tổng hợp điều kiện nhiệt độ 100 oC thời gian 16 với tỉ lệ nồng độ FeCl3/CO(NH2)2 2/3 có độ đồng độ xốp cao, nano có đường kính trung bình 50 nm, chiều dày lớp vật liệu 2 m Kết khảo sát cấu trúc kĩ thuật XRD, UV-Vis cho thấy vật liệu nano Fe2O3 có cấu trúc tinh thể dạng hematite ( -Fe2O3) bờ hấp thụ quang vùng ánh sáng nhìn thấy với bề rộng vùng cấm quang học 1,91 eV Đã tiến hành pha tạp Sn vào mẫu vật liệu nano Fe2O3 Kết SEM EDX cho thể có mặt Sn vật liệu Fe2O3 Phổ UVVis mẫu Fe2O3 pha tạp 80 mM Sn (mẫu Sn-F80) cho thấy bờ hấp thụ quang học tương tự mẫu không pha tạp giá trị độ rộng vùng cấm quang học tương đương mẫu không pha tạp Đã khảo sát hoạt tính quang điện hóa điện cực chế tạo Khi pha tạp Sn vào cấu trúc nano Fe2O3 hiệu suất chuyển đổi quang điện hoá tăng cường rõ rệt Với nồng pha tạp 80 mM, mẫu Sn-F80 đạt hiệu suất cao (1,07% 0,3 V), gấp lần mẫu Fe2O3 khơng pha tạp Sự tăng cường hoạt tính quang điện hóa vật liệu Fe2O3 pha tạp Sn giải thích việc cải thiện tính chất điện, tăng nồng độ hạt tải nâng cao khả hấp thụ quang học hệ vật liệu 78 KIẾN NGH Trên sở kết thu từ nghiên cứu này, chúng tơi có số kiến nghị sau: Nghiên cứu sâu chế tăng cường hoạt tính quang điện hóa vật liệu pha tạp nguyên tố kim loại Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số thời gian, nhiệt độ, … trình pha tạp nguyên tố kim loại lên hoạt tính quang điện hóa vật liệu Nghiên cứu pha tạp/đồng pha tạp nguyên tố kim loại, phi kim và/hoặc chế tạo cấu trúc dị thể vật liệu nano Fe2O3 nhằm tăng cường hoạt tính quang điện hóa hệ vật liệu Nghiên cứu nâng cao độ ổn định độ bền vật liệu nano Fe2O3 cho phản ứng quang điện hóa tách nước 79 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Pham Thi Minh Huong, Ngo Thi Hien Thao, Nguyen Thi Minh Thuc, Nguyen Tan Lam and Tran Nam Trung*, Ex-situ and In-situ Synthesis of Fe-doped TiO2 Nanorods Array With Enhanced Photoelectrochemical Activity, The 7th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA), 6th - 9th November 2019, Phan Thiet, Vietnam, 2019, 415-418 80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Kment S., Riboni F., Pausova S cộng (2017) “Photoanodes based on TiO2 and α-Fe2O3 for solar water splitting – superior role of 1D nanoarchitectures and of combined heterostructures” Chem Soc Rev, 46(12), 3716–3769 Wang M., Pyeon M., Gönüllü Y cộng (2015) “Constructing Fe2O3/TiO2 core–shell photoelectrodes for efficient photoelectrochemical water splitting Nanoscale, 7(22), 10094–10100 Owusu P.A Asumadu-Sarkodie S (2016) “A review of renewable energy sources, sustainability issues and climate change mitigation” Cogent Eng, 3(1) Liao C.-H., Huang C.-W., Wu J.C.S (2012) “Hydrogen Production from Semiconductor-based Catalysts, Photocatalysis via Water Splitting” 2(4), 490–516 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” Renew Sustain Energy Rev, 89, 228–248 Poornajar M., Nguyen N., Ahn H.-J cộng (2019) “Fe2O3 Blocking Layer Produced by Cyclic Voltammetry Leads to Improved Photoelectrochemical Performance of Hematite Nanorods” Surfaces, 2(1), 131–144 Shen S., Lindley S.A., Chen X cộng (2016) “Hematite heterostructures for photoelectrochemical water splitting: rational materials design and charge carrier dynamics” Energy Environ Sci, 9(9), 2744–2775 81 Hồng Nhâm (2005), “Hố vơ tập III, NXB Giáo dục, Hà Nội Hoàng Thanh Cao (2012), “Chế tạo hạt nano Fe2O3 vơ định hình tính chất” , ano-fe2o3-vo-dinh-hinh-va-cac-tinh- accessed: 10 Morrish 21/07/2020 A.H WORLD “Canted (1995), Antiferromagnetism: Hematit”, SCIENTIFIC 11 Tamirat A.G., Rick J., Dubale A.A cộng (2016) “Using hematite for photoelectrochemical water splitting: a review of current progress and challenges” Nanoscale Horiz, 1(4), 243–267 12 (2020) Sắt(III) oxit Wikipedia tiếng Việt, , accessed: 06/04/2020 13 Sivula K., Zboril R., Le Formal F cộng (2010) “Photoelectrochemical Water Splitting with Mesoporous Hematite Prepared by a Solution-Based Colloidal Approach” J Am Chem Soc, 132(21), 7436–7444 14 Grigorescu S., Lee C.-Y., Lee K cộng (2012) “Thermal air oxidation of Fe: rapid photoelectrochemical water hematite splitting nanowire performance” growth and Electrochem Commun, 23, 59–62 15 Dubey S., Soon C.S., Chin S.L cộng (2016) “Performance Analysis of Innovative Top Cooling Thermal Photovoltaic (TPV) Modules Under Tropics” Volume 1: Biofuels, Hydrogen, Syngas, and Alternate Fuels; CHP and Hybrid Power and Energy Systems; Concentrating Solar Power; Energy Storage; Environmental, Economic, and Policy Considerations of Advanced Energy Systems; Geothermal, 82 Ocean, and Emerging Energy Technologies; Photovoltaics; Posters; Solar Chemistry; Sustainable Building Energy Systems; Sustainable Infrastructure and Transportation; Thermodynamic Analysis of Energy Systems; Wind Energy Systems and Technologies, Charlotte, North Carolina, USA, American Society of Mechanical Engineers, V001T08A001 16 Goodlet G., Faty S., Cardoso S cộng (2004) “The electronic properties of sputtered chromium and iron oxide films” Corros Sci, 46(6), 1479–1499 17 Hanaor D.A.H Sorrell C.C (2011) “Review of the anatase to rutile phase transformation J Mater Sci, 46(4), 855–874 18 Phạm Thị Thủy Triều, Bùi Thị Hằng (2018), “Tổng hợp Fe2O3 phương pháp sol-gel ứng dụng cho pin sắt - khí” , accessed: 24/06/2020 19 Khan U., Akbar A., Yousaf H cộng (2015) “Ferromagnetic Properties of Al-doped Fe2O3 Thin Films by Sol-gel” Mater Today Proc, 2(10), 5415–5420 20 Cesar I., Kay A., Gonzalez Martinez J.A cộng (2006) “Translucent Thin Film Fe2O3 Photoanodes for Efficient Water Splitting by Sunlight:  Nanostructure-Directing Effect of Si-Doping” J Am Chem Soc, 128(14), 4582–4583 21 Chen X Mao S.S (2007) “Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications” Chem Rev, 107(7), 2891–2959 83 22 Yang Z., Wang B., Cui H cộng (2015) “Hydrothermal Synthesis of Crystal-Controlled TiO2 Nanorods: Rutile and Brookite as Highly Active Photocatalysts” Phys Chem 23 Boudjemaa A., Boumaza S., Trari M cộng (2009) “Physical and photo-electrochemical characterizations of α-Fe2O3 Application for hydrogen production” Int J Hydrog Energy, 34(10), 4268–4274 24 Wang S., Wang L., Yang T cộng (2010) “Porous α-Fe2O3 hollow microspheres and their application for acetone sensor” J Solid State Chem, 183(12), 2869–2876 25 Cao W., Tan O.K., Zhu W cộng (2000) “Mechanical Alloying and Thermal Decomposition of (ZrO2)0.8–(α-Fe2O3)0.2 Powder for Gas Sensing Applications” J Solid State Chem, 155(2), 320–325 26 Nguyễn Phan Thắng (2012), “Cải thiện đặc tính nhạy khí vật liệu nano α-fe2o3” ,accessed: 08/07/2020 27 Đỗ Trà Hương (2013), “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại vật liệu oxit nano MnO2, , accessed: 09/07/2020 28 Tang W., Li Q., Gao S cộng (2011) “Arsenic (III,V) removal from aqueous solution by ultrafine α-Fe2O3 nanoparticles synthesized from solvent thermal method” J Hazard Mater, S0304389411005541 29 Afkhami A Moosavi R (2010) “Adsorptive removal of Congo red, a carcinogenic textile dye, from aqueous solutions by maghemite nanoparticles J Hazard Mater, 174(1–3), 398–403 84 30 Fang J.-M., Wang Z.-Q., Gong W.-Q cộng (2008) “Ceramic Filter Balls Loaded withα-Fe2O3 and Their Application to NH3-N Wastewater Treatment” Chin J Chem, 26(3), 459–462 31 Hristodor C.-M., Vrinceanu N., Pode R cộng (2013) “Preparation and thermal stability of Al2O3-clay and Fe2O3-clay nanocomposites, with potential application as remediation of radioactive effluents” J Therm Anal Calorim, 111(2), 1227–1234 32 Kitaura H., Takahashi K., Mizuno F cộng (2008) “Mechanochemical synthesis of α-Fe2O3 nanoparticles and their application to all-solid-state lithium batteries” J Power Sources, 183(1), 418–421 33 KumarBairagi, Goyal, NishithVerma (2019) “Cobalt-Dispersed Reduced Graphene Oxide Nanocomposite for the Selective lectrochemical Detection of Methyl Nicotinate” Proceedings, 15(1), 18 34 Yin S , Qiwu Zhang, Fumio Saito and T.S (2003) “Preparation of Visible Light-Activated Titania Photocatalyst by Mechanochemical Method” Chem Lett, 8–10 35 Li X., Chen L., Liu H cộng (2017) “Effect of Cr-doping on the electronic structure and work function of α-Fe2O3 thin films” Phys Chem Chem Phys, 19(38), 26248–26254 36 Xuemei Zhou, Gang Liu J.Y and W.F (2012) “Surface plasmon resonance-mediated photocatalysis by noble metal-based composites under visible light” J Mater Chem, 21337–21354 37 Astruc C.W and D (2014) “Nanogold plasmonic photocatalysis for organic synthesis and clean energy conversion” Chem Soc Rev, 43, 7188– 7216 85 38 Bohn C.D., Agrawal A.K., Walter E.C cộng (2012) “Effect of Tin Doping on α-Fe2O3 Photoanodes for Water Splitting” J Phys Chem C, 116(29), 15290–15296 39 Shunichi Fukuzumi, Dachao Hong and Y.Y (2013) “Bioinspired Photocatalytic Water Reduction and Oxidation with Earth-Abundant Metal Catalysts” J Phys Chem Lett, 3458–3467 40 Huang M.-C., Chang W.-S., Lin J.-C cộng (2015) “Magnetron sputtering process of carbon-doped α-Fe2O3 thin films for photoelectrochemical water splitting” J Alloys Compd, 636, 176–182 41 Wang L., Lee C.-Y., Schmuki P (2013) “Ti and Sn co-doped anodic α-Fe2O3 films for efficient water splitting” Electrochem Commun, 30, 21–25 42 Maeda K (2011) “Photocatalytic water splitting using semiconductor particles: History and recent developments” J Photochem Photobiol C Photochem Rev, 12(4), 237–268 43 Liao C.-H., Huang C.-W., Wu J.C.S (2012) “Hydrogen Production from Semiconductor-based Catalysts, 44 Jiang C., Photocatalysis via Water Splitting” 2(4), 490–516 Moniz S.J.A., Wang A cộng (2017) “Photoelectrochemical devices for solar water splitting – materials and challenges” Chem Soc Rev, 46(15), 4645–4660 45 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” Renew Sustain Energy Rev, 89, 228–248 86 46 Li Y Zhang J.Z (2009) “Hydrogen generation from photoelectrochemical water splitting based on nanomaterials” Laser Photonics Rev, 4(4), 517–528 47 Pradhan G.K Parida K.M (2011) “Fabrication, Growth Mechanism, and Characterization of α-Fe2O3 Nanorods” ACS Appl Mater Interfaces, 3(2), 317–323 48 Ni H., Ni Y., Zhou Y cộng (2012) “Microwave–hydrothermal synthesis, characterization and properties of rice-like α-Fe2O3 nanorods” Mater Lett, 73, 206–208 49 Milan R., Cattarin S., Comisso N cộng (2016) “Compact hematite buffer layer as a promoter of nanorod photoanode performances” Sci Rep, 6(1), 35049 50 Mulmudi H.K., Mathews N., Dou X.C cộng (2011) “Controlled growth of hematite (α-Fe2O3) nanorod array on fluorine doped tin oxide: Synthesis and photoelectrochemical properties” Electrochem Commun, 13(9), 951–954 51 Li Z., Lai X., Wang H cộng (2009) “Direct hydrothermal synthesis of single-crystalline hematite nanorods assisted by 1,2propanediamine” Nanotechnology, 20(24), 245603 52 Park J.W., Subramanian A., Mahadik M.A cộng (2018) “Insights into the enhanced photoelectrochemical performance of hydrothermally controlled hematite nanostructures for proficient solar water oxidation” Dalton Trans, 47(12), 4076–4086 53 Kumar P., Sharma “Electrodeposited P., zirconium-doped photoelectrochemical water 2777–2784 Shrivastav R cộng α-Fe2O3 thin (2011) film for splitting” Int J Hydrog Energy, 36(4), 87 54 Rioult M., Magnan H., Stanescu D cộng (2014) “Single Crystalline Hematite Films for Solar Water Splitting: Ti-Doping and Thickness Effects” J Phys Chem C, 118(6), 3007–3014 55 Annamalai A., Shinde P.S., Subramanian A cộng (2015) “Bifunctional underlayer TiO2 for α-Fe2O3 nanorod based photoelectrochemical cells: enhanced interface and Ti4+ doping” J Mater Chem A, 3(9), 5007–5013 56 Fu Z., Jiang T., Liu Z cộng (2014) “Highly photoactive Ti-doped α-Fe2O3 nanorod arrays photoanode prepared by a hydrothermal method for photoelectrochemical water splitting” Electrochimica Acta, 129, 358 – 363 57 Raman C V (1928) “A new radiation” 398(March) 58 Bumbrah G.S Sharma R.M (2015) “Raman spectroscopy – Basic principle, instrumentation and selected applications for the (phần 1) characterization of drugs of abuse” Egypt J FORENSIC Sci 59 Quang phổ Raman - Cơ sở phương pháp , accessed: 21/08/2020 60 Reimer L (2013), “Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis” 61 (2020) Nhiễu xạ tia X Wikipedia tiếng Việt, , accessed: 21/08/2020 62 A L Patterson (1939) “The Scherrer Formula for X-Ray Particle Size Determination” Phys Rev, 56, 978–982 63 (2017) Phổ tán sắc lượng tia X Wikipedia tiếng Việt, , accessed: 21/08/2020 64 Gurudayal, Chiam S.Y., Kumar M.H cộng (2014) “Improving the Efficiency of Hematite Nanorods for Photoelectrochemical Water Splitting by Doping with Manganese” ACS Appl Mater Interfaces, 6(8), 5852–5859 89 PHỤ LỤC Nồng độ Thời gian Nhiệt độ Tiền chất pha tạp tổng hợp Kí hiệu Tiền chất Tiền chất mẫu A B Tỉ lệ tổng (giờ) hợp (oC) 120 120 16 100 16 100 120 16 100 1/3 16 100 1/3 16 120 16 100 16 100 Sn (mM) nồng độ A/B N1 N2 N3 N4 U1 U3 U5 U7 F1 F2 FeCl3.6H2O NaNO3 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3.6H2O NaNO3 (0,2 M) (1 M) FeCl3.6H2O NaNO3 (0,2 M) (0,2 M) FeCl3.6H2O NaNO3 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,2 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M)) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,1 M) (0,2 M) FeCl3 CO(NH2)2 1/3 1/5 1/1 1/3 1/3 1/1 1/2 4/2 90 F3 F4 F02 F04 F06 F08 F04@750 Sn-F20 Sn-F40 Sn-F80 Sn-F160 Sn-F320 (0,4 M) (0,2 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,15 M)) (0,2 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,25 M) (0,2 M) FeCl3 CO(NH2)2 0,2 M 0,6 M FeCl3 CO(NH2)2 0,4 M 0,6 M FeCl3 CO(NH2)2 0,6 M 0,6 M FeCl3 CO(NH2)2 0,8 M 0,6 M FeCl3 CO(NH2)2 0,4 M 0,6 M FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) FeCl3 CO(NH2)2 (0,2 M) (0,6 M) 1,5/2 16 100 2,5/2 16 100 1/3 16 100 2/3 16 100 3/3 16 100 4/3 16 100 2/3 16 100 2/3 20 16 100 2/3 40 16 100 2/3 80 2/3 160 2/3 320 16 16 16 100 100 100 ... cứu - Tổng hợp vật liệu nano chiều Fe2O3 đế dẫn điện FTO phương pháp thủy nhiệt - Pha tạp kim loại Sn vào mẫu vật liệu nano chiều Fe2O3 - Khảo sát hoạt tính quang điện hóa mẫu vật liệu nano chiều. .. mang điện khả hấp thụ ánh sáng vật liệu 4 Từ sở lý luận trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp khảo sát hoạt tính quang điện hóa vật liệu nano chiều Fe2O3 pha tạp? ?? Mục tiêu nghiên. .. có cấu trúc nano đế FTO tiến hành pha tạp vật liệu nano Fe2O3 với kim loại Sn Các vật liệu nano Fe2O3 không pha tạp pha tạp sử dụng làm điện cực quang để khảo sát tính chất quang điện hố tách