5. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.2. Cơ chế phản ứng:
Khi ánh sáng ion hóa vật liệu bán dẫn loại n, làm cho của các electron trong vùng dẫn và lỗ trống trong vùng hóa trị hình thành:
2h 2e- + 2h’ (1) Trong đó: là tần số h là hằng số Planck h’ là lỗ trống
e- là electron
Hình 1.9: Cấu trúc của hệ quang điện hóa tách nƣớc.
Khi năng lƣợng của các photon bằng hoặc lớn hơn vùng cấm thì phản ứng mới có thể xảy ra. Thay đổi điện thế ở mặt phân cách giữa điện cực với dung
dịch điện phân. Ta có một điện trƣờng tại mặt phân cách giữa điện cực với dung dịch điện phân để tránh sự tổ hợp của các điện tích dẫn
Ánh sáng làm xuất hiện các điện tử và lỗ trống dẫn đến việc phân li nƣớc thành oxi và hydro.
2h’ + H2O → O2 + 2H+ (2)
Quá trình này diễn ra trên bề mặt phân cách giữa quang anode và dung dịch điện phân. ion H+ di chuyển đến cathode và Khí oxy di chuyển về phía anode. Các electron đƣợc tạo ra nhƣ phản ứng (1) ở quang anode đƣợc chuyển qua mạch ngoài đến cathode, kết quả là biến đổi ion H+ thành khí H2 :
2H+ + 2e H (3)
H nh 1.10: Cơ chế phản ứng quang điện hóa [25].
Ta có thể đƣợc viết lại phản ứng chung của hiệu ứng quang điện hóa tách nƣớc:
2h + H2O → O2 + H2 (4)
Phản ứng (4) xảy ra khi năng lƣợng của các photon hấp thụ bởi quang anode lớn hơn năng lƣợng ngƣỡng Ei: Ei =
Với: là giá trị enthalpy bằng 237.141 kJ/mol. NA = 6.022 x 1023 mol-1.
Hiệu suất: Ei= h = 1.23 eV
Theo kết quả trên thì hiệu ứng quang điện hóa tách nƣớc có thể xảy ra khi lực điện động của tế bào là bằng hoặc lớn hơn 1.23eV [25].