I. Luận Văn Thạc Sĩ
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc chế tạo và nghiên cứu tính chất quang điện hóa của cấu trúc dị thể ZnO-TiO2. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lí Chất rắn, Khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Quy Nhơn. Mục tiêu chính là tạo ra các vật liệu quang điện hiệu quả, đặc biệt là trong lĩnh vực ứng dụng quang điện hóa như tách nước để sản xuất hydro. Công nghệ nano và phương pháp chế tạo thủy nhiệt được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nano ZnO-TiO2.
1.1. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích chính của luận văn thạc sĩ là chế tạo thành công vật liệu nano TiO2 có cấu trúc dạng thanh thẳng đứng trên đế dẫn điện (FTO) và cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc đánh giá tính chất quang điện hóa của các vật liệu này, đặc biệt là sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt. Khoa học vật liệu và công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các vật liệu quang điện hiệu quả.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính là vật liệu quang điện ZnO và TiO2. Phạm vi nghiên cứu bao gồm chế tạo và nghiên cứu tính chất quang điện hóa của cấu trúc dị thể ZnO-TiO2. Các phương pháp như phương pháp chế tạo thủy nhiệt và phân tích quang điện hóa được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các vật liệu này trong các ứng dụng quang điện hóa.
II. Chế Tạo ZnO TiO2
Chế tạo ZnO-TiO2 là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự chính xác trong việc kiểm soát các thông số như nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt. Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nano TiO2 dạng thanh thẳng đứng trên đế FTO. Sau đó, cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 được hình thành bằng cách mọc thủy nhiệt các thanh ZnO trên bề mặt TiO2. Phương pháp chế tạo này đảm bảo sự đồng nhất và ổn định của vật liệu, đồng thời tối ưu hóa tính chất quang điện hóa của chúng.
2.1. Phương pháp chế tạo
Phương pháp chế tạo chính được sử dụng trong nghiên cứu là phương pháp thủy nhiệt. Quy trình bao gồm việc chuẩn bị đế FTO, tạo mầm các hạt ZnO trên thanh TiO2, và mọc thủy nhiệt thanh ZnO trên thanh TiO2. Công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các cấu trúc nano với độ chính xác cao. Các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để kiểm tra cấu trúc và hình thái của vật liệu.
2.2. Đặc tính quang học
Đặc tính quang học của cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 được đánh giá thông qua các phép đo phổ hấp thụ UV-Vis và phổ Raman. Các kết quả cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh của vật liệu, đặc biệt là trong vùng UV. Tính chất quang điện hóa của vật liệu cũng được nghiên cứu thông qua các phép đo quét thế tuyến tính (LSV) và phổ tổng trở điện hóa (EIS), cho thấy hiệu suất cao trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.
III. Nghiên Cứu Quang Điện Hóa
Nghiên cứu quang điện hóa tập trung vào việc đánh giá tính chất quang điện hóa của cấu trúc dị thể ZnO-TiO2. Các thí nghiệm được thực hiện để đo lường hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro thông qua quá trình tách nước. Phân tích quang điện hóa cho thấy rằng cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 có hiệu suất cao hơn so với các vật liệu đơn lẻ, nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh và tốc độ vận chuyển điện tử nhanh.
3.1. Cơ chế quang điện hóa
Cơ chế quang điện hóa của cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 được nghiên cứu thông qua mô hình tế bào quang điện hóa (PEC). Khi ánh sáng chiếu vào vật liệu, các điện tử được kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống. Cấu trúc dị thể giúp giảm thiểu sự tái hợp của các cặp điện tử - lỗ trống, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Ứng dụng quang điện hóa của vật liệu này trong việc sản xuất hydro từ nước được đánh giá là rất tiềm năng.
3.2. Kết quả và thảo luận
Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng cấu trúc dị thể ZnO-TiO2 có tính chất quang điện hóa vượt trội so với các vật liệu đơn lẻ. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro đạt được là khá cao, nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh và tốc độ vận chuyển điện tử nhanh. Phân tích quang điện hóa cũng cho thấy rằng vật liệu này có độ ổn định cao trong môi trường điện hóa, làm cho nó trở thành ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng quang điện hóa trong tương lai.
