4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.4. Phƣơng pháp quét thế tuyến tính (Linear sweep voltammetry )
Trong đó: R, K là các đại lƣợng đặc trƣng cho sự tán xạ, hấp thụ và S là hệ số tán xạ. Sử dụng hàm Kubelka-Munk ta có thể xác định đƣợc độ rộng khe năng lƣợng của chất bán dẫn bằng cách vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của đại lƣợng
n
F(R)h vào năng lƣợng photon h chiếu tới mẫu. Trong đó n = 1 đối với vật liệu có khe năng lƣợng chuyển dời trực tiếp và n =1/2 đối với vật liệu có khe năng lƣợng chuyển dời gián tiếp. Ngoại suy đoạn tuyến tính của đồ thị trên ta có thể xác định đƣợc độ rộng khe năng lƣợng của chất bán dẫn.
Phổ UV-Vis-DRS của các mẫu vật liệu đƣợc xác định trên máy Jasco-V670 tại Phòng thí nghiệm thuộc Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
2.3.4. Phƣơng pháp quét thế tuyến tính (Linear sweep voltammetry) [7]
Trong phƣơng pháp này, điện thế áp vào điện cực làm việc đƣợc quét thay đổi theo thời gian. Dòng điện đo đƣợc là một hàm của thời gian. Do cả hai đại lƣợng điện thế áp và dòng điện đo đƣợc cùng thay đổi theo thời gian nên kết quả thƣờng đƣợc biểu diễn ở dạng I-V, vì vậy đƣợc gọi là voltammetry. Phƣơng pháp này còn đƣợc gọi là phƣơng pháp dòng-thời gian quét thế tuyến tính (linear potential sweep chronoamperometry).
Khi điện thế áp lên điện cực làm việc đƣợc quét tuyến tính với tốc độ không đổi, v dV const
dt
, thì
VVin vt (2.6)
Ở đây, Vin là thế ban đầu tại t = 0, dấu cộng ứng với chiều anốt, dấu trừ ứng với chiều quét catốt.
Hình 2.6(a) mô tả sự quét tuyến tính điện thế theo thời gian với điện thế áp ban đầu Vin, tại đó phản ứng điện hóa chƣa diễn ra. Sau khi quét điện thế đến một giá trị nhất định, phản ứng điện hóa sẽ diễn ra, dòng điện sẽ tăng dần với việc tăng điện thế áp lên điện cực. Đến khi sự dịch chuyển của chất đến bề mặt điện cực đạt cực đại thì dòng điện đo đƣợc sẽ đạt cực đại nhƣ Hình 2.6(b). Trong quá trình áp thế lên điện cực, nồng độ chất tham gia phản ứng điện hóa ôxi hóa sẽ giảm dần trên bề mặt điện cực trong khi nồng độ chất sản phẩm khử tăng dần nhƣ mô tả trên Hình 2.6(c).
Hình 2.6. (a) Quét thế tuyến tính theo thời gian với điện thế ban đầu Vin, (b) sự phụ
thuộc của dòng điện theo điện thế áp, (c) sự thay đổi của nồng độ các chất ôxi hóa (Ox) và khử (Red).
2.3.5. Đo thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc
Thuộc tính PEC đƣợc đo bằng máy phân tích điện hóa DY2300 ba điện cực nhƣ mô tả trong Hình 2.7. Những điện cực chế tạo đƣợc sử dụng nhƣ những điện cực làm việc, điện cực đối là điện cực dây Pt và điện cực tham chiếu là Ag/AgCl ngâm trong dung dịch KCl bảo hòa, đèn Xenon 150 W với năng suất phát quang 100 mW.cm-2 đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu suất tách nƣớc cho những cấu trúc chế tạo đƣợc. Trong khi đó, dung dịch điện phân gồm hỗn hợp: Na2S nồng độ 0,25 M và Na2SO3 nồng độ 0,35 M; Điện thế quét tuyến tính đƣợc quét tại tốc độ 10mVs-1, và dòng quang tƣơng ứng theo thế đƣợc ghi lại và hiển thi trên máy tính.
Chúng tôi sử dụng Na2S và Na2SO3 nhằm mục đích chống ăn mòn quang học cho lớp vật liệu CdS và CuInS2 trong suốt quá trình chiếu xạ ánh sáng. Dung dịch điện phân Na2S là nguồn hỗ trợ ion S2-
nhiên các ion S2- sẽ giảm dần theo thời gian dƣới sự chiếu xạ ánh sáng. Do đó Na2SO3 đƣợc đƣa vào trong dung dịch điện phân nhằm duy trì lƣợng ion S2- trong suốt quá trình chiếu xạ ánh sáng xảy ra nhƣ các phản ứng 2.11, 2.12, 2.13.
CdS Cd2+ + S2- (2.7) 2S2- +2h+ S22- (2.8) Na2S 2Na+ + S2- (2.9) Na2SO3 2Na+ + SO32- (2.10) SO32- + S22- S2O32- + S2- (2.11) S2O32- + 4h+ + 3H2O 2SO32- +6H+ (2.12) 3H O2SO S 3H O 3S 32 2 UV 2 2 3 2 (2.13)
Hiệu suất quang điện hóa đƣợc tính theo công thức
2 app 2 total j [mA.cm ] (1.23[V] V [V] ) (%) 100 P [mW.cm ] (2.14)
Trong đó: j là mật độ dòng quang; P là công suất của nguồn sáng; Vapp= Vbias - Vaoc là điện thế hiệu dụng đặt vào hai điện cực, trong đó Vbias là điện thế ngoài đặt vào hai điện cực dƣới sự chiếu sáng và Vaoc là điện thế của điện cực làm việc dƣới điều kiện mở mạch (j = 0) [8].
Chƣơng 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN