Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước của vật liệu TiO2/AgI có cấu trúc trật tự thẳng đứng

B GI O D C V O T O

TR ỜNG I H C QUY NH N

CAO TR NG PHÁO

CHẾ T O VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG

IỆN HÓA TÁCH N ỚC TRÊN C SỞ VẬT LIỆU

TiO2 CÓ CẤU TRÚC TRẬT TỰ THẲNG ỨNG

Chuy n ng nh: Vật l chất rắn

M s : 844 4

Ng ời h ớng dẫn: TS OÀN MINH THỦY

LỜI CAM OAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là trung

thực, các kết quả nghiên cứu đƣợc thực hiện tại Trƣờng ại học Quy Nhơn

dƣới sự hƣớng dẫn của TS. oàn Minh Thủy, các tài liệu tham khảo đã đƣợc

trích dẫn chính xác và đầy đủ.

Học viên

Cao Trọng Pháo

LỜI CẢM N

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận đƣợc sự

ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và

ngƣời thân.

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới TS.

oàn Minh Thủy - ngƣời đã hƣớng dẫn trực tiếp, tận tình giúp đỡ, động viên

và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

luận văn.

Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn

Văn Nghĩa - ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, hổ trợ tôi trong việc làm mẫu, đo

đạc và bàn luận kết quả.

Tôi xin đƣợc cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình

giảng dạy của các thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học

tự nhiên, Trƣờng ại học Quy Nhơn. Những kiến thức mà các thầy cô đã hết

lòng truyền đạt là nền tảng tri thức vững chắc cho chúng tôi trong quá trình

học tập cũng nhƣ sau khi ra trƣờng.

Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phòng thí nghiệm

Vật lý chất rắn, Trƣờng ại học Quy Nhơn đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi rất nhiều

trong việc thực hiện các phép đo để đóng góp vào kết quả của luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những ngƣời thân của mình đã luôn bên

cạnh, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn tốt

nghiệp.

Học viên

Cao Trọng Pháo

MỤC LỤC

LỜI CAM OAN

LỜI CẢM ƠN

DANH M C C C BẢNG

DANH M C C C HÌNH VẼ

MỞ ẦU .................................................................................................................. 1

1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1

2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu............................................................. 3

3. ối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu........................................... 4

4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 4

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................... 4

6. Cấu trúc luận văn ....................................................................................... 4

CH NG TỔNG QUAN ................................................................................. 6

1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO TiO2 ....................................... 6

1.1.1. Cấu trúc tinh thể của TiO2 ................................................................ 6

1.1.2. Một số tính chất của vật liệu TiO2 .................................................... 8

1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano TiO2 ................................................... 11

1.2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU AgI...................................................... 13

1.2.1. Cấu trúc tinh thể của AgI................................................................ 14

1.2.2. Một số phƣơng pháp tổng hợp AgI cấu trúc nano.......................... 15

1.2.3. Ứng dụng của bạc iodua trong lĩnh vực quang xúc tác .................. 18

1.3. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CdS ..................................................... 19

1.3.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu CdS .................................................. 19

1.3.2. Tính chất vật lý của vật liệu CdS.................................................... 21

1.4. NGUYÊN LÝ CỦA TẾ B O QUANG IỆN HO ........................... 22

1.4.1. Nguyên lý chung............................................................................. 22

1.4.2. Cơ chế quang điện hóa tách nƣớc của vật liệu bán dẫn.................. 23

1.4.3. Các tham số đánh giá phẩm chất vật liệu làm điện cực quang....... 25

1.4.4. Mật độ dòng quang [36].................................................................. 27

1.5. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THU C LĨNH VỰC

CỦA Ề T I ............................................................................................... 29

1.5.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc................................................... 29

1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ................................................... 33

CH NG 2 THỰC NGHIỆM.......................................................................... 35

2.1. THỰC NGHIỆM CHẾ T O MẪU...................................................... 35

2.1.1. Hóa chất .......................................................................................... 35

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị.......................................................................... 35

2.2. QUY TRÌNH CHẾ T O MẪU............................................................ 35

2.2.1. Chuẩn bị đế FTO............................................................................ 35

2.2.2. Quy trình chế tạo điện cực TiO2/FTO ........................................... 36

2.2.3. Quy trình chế tạo điện cực quang AgI/TiO2/FTO cấu trúc thanh

nano .......................................................................................................... 36

2.3. C C PHƢƠNG PH P KHẢO S T VẬT LIỆU................................. 38

2.3.1. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)............................... 38

2.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................... 38

2.3.3. Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại – khả kiến (UV-Vis￾DRS).... ..................................................................................................... 40

2.3.4. o thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc ........................................ 41

CH NG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................... 43

3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC V VI CẤU TRÚC ................ 43

3.1.1. Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD)................................................... 43

3.1.2. Kết quả ảnh hiển vi điện tử quét..................................................... 45

3.1.3. Kết quả phổ UV-Vis phản xạ khuếch tán của vật liệu.................... 47

3.2. THU C TÍNH QUANG IỆN HÓA CỦA IỆN CỰC QUANG ..... 49

KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................. 56

DANH M C T I LIỆU THAM KHẢO.............................................................. 57

QUYẾT ỊNH GIAO Ề T I LUẬN VĂN TH C SĨ (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh

ABPE

Hiệu suất chuyển đổi ánh

sáng thành dòng điện dƣới

tác dụng của thế mạch ngoài

Applied Bias Photon-tocurrent

Efficiency

CB Vùng dẫn Conduction Band

ALD Phƣơng pháp lắng đọng đơn

lớp nguyên tử từ pha hơi Atomic layer deposition

CVD Lắng đọng hơi hoá học Chemical Vapor Deposition

Eg Năng lƣợng vùng cấm Band gap energy

EDX Phổ tán sắc năng lƣợng tia X Energy-dispersive X-ray

spectroscopy

FTO Kính phủ lớp dẫn điện ôxít

thiếc pha tạp flo Fluorinated Tin Oxide

IPCE Hiệu suất chuyển đổi dòng

photon tới thành dòng điện

Incident Photon-to-current

Conversion Efficiency

LSV Quét thế tuyến tính Linear Sweep Voltammetry

PEC Tế bào quang điện hóa Photo Electrochemical Cell

QE Hiệu suất lƣợng tử Quantum Eficiency

SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope

STH Hiệu suất chuyển đổi ánh

sáng thành hyđrô Solar-to-hydrogen

UV Bức xạ tử ngoại Ultraviolet

UV-Vis Quang phổ tử ngoại - khả

kiến

Ultraviolet-Visible

spectroscopy

VB Vùng hoá trị Valence Band

XRD Nhiễu xạ tia X X-ray diffraction