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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

ĐỖ TIẾN QUANG

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU THUỘC TÍNH

QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƢỚC CỦA VẬT LIỆU

ZnO/AgI CÓ CẤU TRÚC XỐP

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 nguồn tài liệu tham

khảo đã đƣợc trích dẫn đầy đủ.

Học viên

Đỗ Tiến Quang

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Nhật Hiếu hiện đang

công tác tại khoa Khoa học Tự nhiên trƣờng Đại học Quy Nhơn. Thầy là

ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình tôi trong suốt quá trình học tập và

nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề

tài“Chế tạo và nghiên cứu thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc của vật

liệu ZnO/AgI/CdS”. Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô công

tác tại phòng thí nghiệm khoa Vật lý đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá

trình làm thực nghiệm.

Cuối cùng, tôi xin chân cảm ơn gia đình, bạn bè, những ngƣời thân yêu

đã luôn động viên, quan tuyâm, hỗ trợ tôi về mọi mặt để tôi hoàn thành luận

văn tốt nghiệp.

Học viên

Đỗ Tiến Quang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

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

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

2. Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài ........................................................ 3

3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu............................................................... 5

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................ 5

5. Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................. 5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................ 7

1.1. GIỚI THIỆU VẬT LIỆU OXIT KẼM (ZnO) .......................................... 7

1.1.1. Cấu trúc của vật liệu ZnO ................................................................ 8

1.1.1.1. Cấu trúc Rocksalt (lập phương đơn giản kiểu NaCl)............. 8

1.1.1.2. Cấu trúc Cubic Zinc Blende (lập phương giả kẽm)................ 9

1.1.1.3. Cấu trúc wurtzite................................................................... 10

1.1.2. Tính chất của vật liệu ZnO............................................................. 10

1.1.2.1. Tính chất điện của vật liệu ZnO.................................................. 11

1.1.2.2. Tính chất quang của vật liệu ZnO............................................... 12

1.1.3. Ứng dụng của vật liệu ZnO............................................................ 13

1.2. GIỚI THIỆU VẬT LIỆU BẠC IOT (AgI)............................................. 14

1.2.1. Cấu trúc của vật liệu AgI ............................................................... 15

1.2.2. Tính chất của vật liệu AgI.............................................................. 17

1.2.3. Ứng dụng của vật liệu AgI............................................................. 17

1.3. HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƢỚC................................. 18

1.3.1. Nguyên lý....................................................................................... 18

1.3.2. Cơ chế phản ứng ............................................................................ 20

1.3.3. Mô hình dải của tế bào quang điện hóa ......................................... 21

1.3.4. Các yêu cầu của vật liệu quang điện cực ....................................... 23

1.3.5. Hiệu suất của tế bào quang điện hóa tách nƣớc............................. 24

1.4. Phƣơng pháp tổng hợp điện hóa ............................................................. 25

1.5. Lắng đọng bể hóa học ............................................................................. 26

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU......................................... 27

2.1. THIẾT BỊ CHẾ TẠO MẪU.................................................................... 27

2.2. CÁC DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG...................................... 27

2.2.1. Dụng cụ .......................................................................................... 28

2.2.2. Hóa chất ......................................................................................... 28

2.3. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU .............................................................. 28

2.3.1. Chuẩn bị điện cực đế ITO.............................................................. 28

2.3.2. Lắng đọng các cầu PS lên đế ITO.................................................. 29

2.3.3. Quy trình chế tạo điện cực ZnO cấu trúc xốp bằng phƣơng pháp

lắng đọng điện hóa ................................................................................... 29

2.3.4. Quy trình chế tạo điện cực ZnO/AgI ............................................. 30

2.4. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT MẪU..................................... 30

2.4.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)............................................... 30

2.4.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM).................................................... 32

2.4.2.1. Định nghĩa ............................................................................ 32

2.4.2.2. Cấu tạo.................................................................................. 33

2.4.2.3. Nguyên lý chung của phương pháp ...................................... 34

2.4.3. Đo phổ hấp thụ UV-Vis................................................................. 35

2.4.4. Đo thuộc tính quang điện hóa tách nƣớc (PEC) ............................ 36

2.4.5. Phƣơng pháp phổ tán sắc năng lƣợng (EDS)................................. 37

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................. 38

3.1. HÌNH THÁI CẤU TRÚC VI MÔ .......................................................... 38

3.2. THUỘC TÍNH CẤU TRÚC TINH THỂ................................................ 42

3.3. THUỘC TÍNH QUANG ĐIỆN HÓA TÁCH NƢỚC............................ 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................ 57

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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh

CB Vùng dẫn Conduction Band

AgI Bạc I-ốt Silver iodide

Eg Năng lƣợng dải trống Bandgap energy

ITO

Kính phủ lớp dẫn điện

trong suốt ITO Indium Tin Oxide

PEC Tế bào quang điện hóa Photo Electrochemical Cell

PS Vật liệu polystyrene Polystyrene

SEM

Kính hiển vi điện tử

quét

Scanning Electron Microscope

UV-Vis Phổ tử ngoại - khả kiến Ultraviolet - Visible -Spectroscopy

VB Vùng hoá trị Valence Band

XRD Nhiễu xạ tia X X-ray diffraction

ZnO Kẽm Oxít Zinc Oxide

CBD Lắng đọng bể hóa học Chemical bath deposition