Màng MoS2 và TiO2/MoS2 được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. Tiền chất để thực hiện phản ứng là thiocetamide và sodium molybdate, tỷ lệ và nồng độ dung dịch được trình bày chi tiết trong phần thực nghiệm. Đối với màng MoS2 thì đế thủy tinh trước khí đưa vào bình thủy nhiệt được tạo một lớp mầm MoS2 mỏng bằng phương pháp bốc bay nhiệt. Trong khi đế FTO/TiO2 được sử dụng trực tiếp không cần tạo lớp mầm. Quá trình thủy nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ 200oC trong 10 giờ. Sau khi thủy nhiệt, bình thủy nhiệt được để nguội tự nhiên, các mẫu sau đó được lấy ra rửa lại trong nước cất và được sấy khô trước khi đem sử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau lần lượt là 120°C, 300°C và 400°C. Màng MoS2 trên đế thủy tinh được dùng để khảo sát đặc tính cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X để tìm ra nhiệt độ thích hợp nhất hình thành nên MoS2. Hình 3.6 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu sau khi được xử lý nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. Ta có thể thấy sự khác biệt rõ ràng ở các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu được ủ nhiệt ở nhiệt độ khác nhau. Quá trình ủ nhiệt đã khiến MoS2 hình thành nên các cấu trúc tinh thể khác nhau. Sử dụng phần mềm “X’Pert HighScore Plus” để phân tích dữ liệu thu được từ quá trình đo nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy tại nhiệt độ 120°C màng nhận được tương ứng với pha tinh thể monoclinic của vật liệu Mo2S3 với sự xuất hiện của một số đỉnh nhiễu xạ ứng của pha này như tại 2θ = 10,5°; 14,9°; 21,084°;… lần lượt ứng với các chỉ số miller (hkl) là (001), (100), (002). Ở nhiệt độ 300°C xuất hiện các đỉnh của pha MoS2 với tinh thể hexagonal (2H) tương ứng với các đỉnh tại 2θ = 14,391°; 29,015°; 32,692° cùng với chỉ số miller tương ứng là (002), (004) và (100) cụ thể số liệu tính toán như trong hình 3.7. Cuối cùng ở 400°C màng gần như chuyển hẳn sang pha Mo3S4. Như vậy nhiệt độ tối ưu để MoS2 hình thành pha 2H là 300°C và đây cũng là nhiệt độ để chúng tôi chế tạo màng TiO2/MoS2 cho các bước tiếp theo.
53
Hình 3. 6: Giản đồ XRD của MoS2 được ủ tại các nhiệt độ 120°C, 300°C và 400°C
Hình 3. 7: Bảng kết quả tính toán chỉ số Miller từ các đỉnh nhiễu xạ tia X
Hình thái học bề mặt của màng MoS2 phủ lên trên lớp màng TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt được khảo sát thông qua chụp ảnh SEM. Trên hình 3.8 là
54
hình ảnh SEM của bề mặt màng TiO2 và TiO2/MoS2 sau khi thủy nhiệt được ủ nhiệt ở 120°C và 300°C. Ta có thể thấy màng MoS2 đã phủ kín bề mặt màng TiO2.
Hình 3. 8: Hình ảnh SEM bề mặt màng (a) TiO2 phủ trải và màng MoS2 thủy nhiệt trên bề mặt TiO2 được ủ tại các nhiệt độ lần lượt là (b) 120oC , (c) 300oC
Có thể nhận thấy sau khi thủy nhiệt màng MoS2 đã tạo liên kết và phủ kín trên bề mặt của màng TiO2. Đối với màng MoS2 được ủ nhiệt tại 120°C (hình 3.8b), màng hình thành các lá nano có kích thước khoảng 50nm – 60 nm xếp chồng lên nhau tạo lên độ xốp của màng. Khi ủ nhiệt ở 300°C (hình 3.8c), các lớp lá xếp chặt hơn và có độ liên kết lớn hơn. Như vậy có thể thấy bằng phương pháp thủy nhiệt chúng tôi đã ra lớp màng MoS2 có cấu trúc dạng lá nano lên trên lớp vật liệu TiO2 nano xốp.
55
Tính chất quang của hệ vật liệu TiO2/MoS2 được khảo sát bằng phương pháp đo phổ hấp thụ uv-vis. Hình 3.9 là phổ hấp thụ uv-vis của các mẫu TiO2; MoS2 và TiO2/MoS2 thủy nhiệt. Mẫu TiO2/MoS2 có đỉnh hấp thụ đặc trưng của TiO2 ở vùng tử ngoại dưới 400nm ngoài ra sự có mặt của lớp màng MoS2 đã giúp làm cải thiện độ hấp thụ phần đuôi kéo dài của mẫu TiO2/MoS2 trong khoảng từ 400nm đến 900nm và còn xuất hiện đỉnh hấp thụ tại vùng 800nm. Điều này chứng tỏ cấu trúc dị thể TiO2/MoS2 đã cho phép mở rộng phổ hấp thụ của hệ vật liệu ra vùng nhìn thấy. Điều này đem đến khả năng nâng cao được hiệu suất cho quá trình quang điện hóa của các vật liệu điện cực sau này.