Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nước của vật liệu ZnO/AgI có cấu trúc phân nhánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN PHƢỚC BÌNH

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH QUANG

ĐIỆN HÓA TÁCH NƢỚC TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU

ZnO/AgI CÓ CẤU TRÚC PHÂN NHÁNH

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 8440104

Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Hoàng Nhật Hiếu

LỜI CAM ĐOAN

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 Đại học Quy

Nhơn dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Hoàng Nhật Hiếu; các tài liệu tham

khảo đã đƣợc trích dẫn đầy đủ.

Học viên cao học

Nguyễn Phƣớc Bình

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập v nguy n cứu chuy n ng nh Vật L Ch t Rắn

Khoa Khoa học tự nhi n Trƣờng Đại học Quy Nhơn đến nay tôi đã ho n

th nh luận v n tốt nghiệp với đề t i: “Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính

quang điện hóa tách nƣớc trên cơ sở vật liệu ZnO/AgI có cấu trúc phân

nhánh Luận v n n y đƣợc ho n th nh với sự hỗ trợ r t nhiều từ phía lãnh

đạo nh trƣờng qu thầy cô giáo gia đ nh v ạn Tôi xin ch n th nh cảm

ơn s u sắc đến:

- Qu thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy lớp cao học vật lý ch t rắn khóa

22 đặc biệt là quý thầy cô thuộc khoa Khoa học tự nhi n trƣờng Đại học Quy

Nhơn Qu thầy cô đã giảng dạy v hƣớng dẫn nhiệt tình, trách nhiệm trong

quá tr nh giảng dạy và nghiên cứu suốt kh a học gi p tôi c kiến thức chuy n

ng nh để vận dụng thực hiện luận v n n y

- Xin gửi lời cảm ơn ch n th nh tới TS Ho ng Nhật Hiếu trƣờng Đại

học Quy Nhơn l thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn tận t nh hƣớng dẫn tôi trong

suốt quá tr nh học tập nghi n cứu v ho n th nh luận v n n y

- Qua đ y tôi cũng ch n th nh cảm ơn các cán ộ, giảng viên, nhân

viên Phòng Thí nghiệm Bộ môn Vật Lý ch t rắn -Trƣờng Đại học Quy Nhơn

đã tận t nh gi p đỡ cũng nhƣ tạo điều kiện trong suốt thời gian làm thực

nghiệm.

- Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn đồng nghiệp hỗ trợ về chuy n môn

v gi p đỡ tôi ho n th nh đề t i

Qu Nhơn ng 5 7

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU............................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài......................................................................................1

2. Mục tiêu của đề tài...................................................................................3

3 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ........................................3

4 Phƣơng pháp nghi n cứu .........................................................................3

5. Nội dung nghiên cứu................................................................................4

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

7. C u trúc của đề tài....................................................................................4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..............................................................................6

1.1. Tổng quang hiệu ứng quang điện h a tách nƣớc........................................6

1.1. 1. Nguyên lý và c u trúc của tế o quang điện hóa ............................6

1.1 2 Cơ chế phản ứng ................................................................................7

1.1.3. Mô hình dải của tế o quang điện hóa .............................................9

1.1.4. Hiệu su t của tế o quang điện h a tách nƣớc...............................11

1.1.5. Các yêu cầu của vật liệu điện cực quang.........................................12

1.2. Tổng quan vật liệu oxit kẽm (ZnO) ..........................................................12

1.2.1. C u trúc của vật liệu ZnO................................................................13

1.2.2. Tính ch t của vật liệu ZnO ..............................................................16

1.2.3. Ứng dụng của vật liệu ZnO..............................................................24

1.3. Tổng quan vật liệu AgI .............................................................................25

1.3.1. C u trúc của vật liệu AgI.................................................................25

1.3.2. Tính ch t của vật liệu AgI................................................................27

1.3.3. Ứng dụng của vật liệu AgI...............................................................28

1.4. Ứng dụng của hệ vật liệu ZnO/AgI...........................................................28

1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong v ngo i nƣớc của hệ vật liệu

ứng dụng l m điện cực quang trong kỹ thuật quang điện h a tách nƣớc........31

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU ..........................................34

2.1. Quy trình chế tạo mẫu...............................................................................34

2.1.1. Quy trình chế tạo điện cực ZnO c u trúc phân nhánh .....................34

2.1.2. Quy trình chế tạo điện cực ZnO-3D/AgI c u trúc phân nhánh .......36

2.2. Một số phƣơng pháp khảo sát mẫu ...........................................................37

2 2 1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................37

2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .....................................................40

2.2.3 Phƣơng pháp phổ UV-Vis................................................................42

2 2 4 Phƣơng pháp phổ tán sắc n ng lƣợng (EDS) ..................................43

2.2.5 Đo thuộc t nh quang điện h a tách nƣớc (PEC)..............................43

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................44

3.1. Kết quả phân tích hình thái bề mặt bằng ảnh SEM ..................................44

3.2. Kết quả phân tích c u trúc bằng đo phổ XRD..........................................47

3.3. Kết quả phân tích thuộc t nh quang điện hóa tách nƣớc...........................49

KẾT LUẬN CHUNG.......................................................................................57

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................59

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ITO Kính phủ lớp dẫn điện trong suốt ITO (Indium Tin Oxide)

FTO Kính phủ lớp dẫn điện trong suốt FTO (Fluorine-doped Tin Oxide)

PEC Tế o quang điện hóa (Photo Electrochemical Cell)

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

UV-Vis Vùng bức xạ tử ngoại – nhìn th y.(Ultraviolet - Visible -Spectroscopy)

XRD Nhiễu xạ tia X (X - Ray diffraction )

STH Hiệu su t chuyển đổi ánh sáng th nh hiđrô (Solar – To - Hydrogen)

EDS Phổ tán sắc n ng lƣợng (Energy Dispersive Spectroscopy)

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1: Các thông số vật lí của vật liệu ZnO dạng khối . ...........................16

Bảng 1. 2: Số nguy n tử v n ng lƣợng hạt nano h nh cầu ............................21

Bảng 1. 3: Bảng độ d i đặc trƣng của một số t nh ch t của vật liệu ..............21

Bảng 1. 4: Bảng các thông số của hợp ch t AgI..............................................27