6. Cấu trúc luận văn
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano TiO2
1.1.4.1. Ứng dụng sản xuất nguồn năng lượng sạch hyđrô
Đối mặt với tình trạng khủng hoảng năng lượng, con người đang tìm đến những nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch để dần thay thế năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt. Hyđrô được xem như một giải pháp hữu hiệu, vừa đảm bảo khả năng tạo năng lượng lớn, vừa thân thiện với môi trường vì sản phẩm tạo ra chỉ là nước. Với thế điện cực phù hợp, hoạt tính xúc tác mạnh, độ bền hoá học cao, có một phần phổ hấp thụ ánh sáng thuộc phổ bức xạ mặt trời, hiệu suất chuyển hóa và hiệu suất lượng tử cao, tương thích với sự biến đổi các chất và các môi trường phản ứng, đặc biệt là giá thành thấp, TiO2 được sử dụng như một chất xúc tác quang để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học có thể lưu trữ trong phân tử như hyđrô thông qua phản ứng quang điện hóa tách nước.
1.1.4.2. Ứng dụng làm điện cực cho pin mặt trời quang điện hóa
Hiện nay, nhiều nghiên cứu quan tâm đến pin mặt trời thế hệ thứ ba, trong đó có pin mặt trời quang điện hóa sử dụng chất nhạy quang. Điện cực làm việc được chế tạo từ tấm thuỷ tinh có phủ lớp ôxít dẫn điện trong suốt
như FTO, ITO,... trên lớp này có phủ các hạt nano TiO2. Trên các hạt nano TiO2 có phủ một đơn lớp chất màu nhạy quang (chất quang này liên kết chặt chẽ với các hạt nano TiO2). Hiện nay, hiệu suất cao nhất của pin mặt trời quang điện hóa sử dụng chất nhạy quang có giá trị vào khoảng 11,1% [26], hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho thấy, pin mặt trời quang điện hóa sử dụng chất nhạy quang sử dụng điện cực TiO2 có cấu trúc ống, dây, thanh nano đã chứng minh được ưu thế vượt trội về hiệu suất so với điện cực TiO2 có cấu trúc hạt nano [27],[28].
1.1.4.3. Ứng dụng trong xúc tác quang xử lý môi trường
TiO2 là chất xúc tác quang thân thiện với môi trường và hiệu quả, nó được sử dụng cho quá trình phân hủy các chất ô nhiễm khác nhau như loại bỏ các chất độc vô cơ, diệt khuẩn và vi sinh vật, ôxi hóa chất hữu cơ. Nhờ vào sự hấp thụ các photon có năng lượng lớn hơn năng lượng vùng cấm của TiO2 mà các electon bị kích thích từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, tạo các cặp electron – lỗ trống. Những cặp này sẽ di chuyển ra bề mặt để thực hiện phản ứng ôxi hóa khử, các lỗ trống có thể tham gia trực tiếp vào phản ứng ôxi hóa các chất độc hại hoặc có thể tham gia vào giai đoạn trung gian tạo thành các gốc tự do hoạt động để tiếp tục ôxi hóa các hợp chất chất hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước ít độc hại nhất. Chính vì vậy TiO2 được sử dụng để xử lý nước, không khí ô nhiễm; sản xuất sơn, gạch men, kính tự làm sạch; diệt vi khuẩn, vi rút, nấm,…
1.1.4.4. Các ứng dụng khác của nano TiO2
TiO2 còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: vật liệu gốm, chất tạo màu, chất độn, làm sensor để nhận biết các khí trong môi trường ô nhiễm, làm vật liệu sơn trắng do khả năng tán xạ ánh sáng cao, tiêu diệt tế bào ung thư, ứng dụng tính chất siêu thấm ướt. Với các ưu điểm như hằng số điện môi cao, trong suốt, chiết suất lớn, nano TiO2 có nhiều ứng dụng trong việc
chế tạo các linh kiện điện tử.