I. Nghiên cứu và chế tạo cấu trúc dị thể CdS Fe2O3
Nghiên cứu này tập trung vào chế tạo cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 nhằm nâng cao hiệu suất tách nước quang điện hóa. Vật liệu bán dẫn Fe2O3 được chọn do tính chất quang xúc tác và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, hiệu suất thấp do hạn chế về độ linh động điện tử và thời gian sống của hạt tải. Cấu trúc dị thể được tạo ra bằng cách kết hợp Fe2O3 với CdS, giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và giảm sự tái hợp điện tử - lỗ trống. Phương pháp thủy nhiệt và kết tụ hóa học được sử dụng để tổng hợp vật liệu.
1.1. Tổng hợp vật liệu Fe2O3
Vật liệu Fe2O3 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt trên đế dẫn điện FTO. Fe2O3 có cấu trúc tinh thể α-Fe2O3 (hematite), với khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và độ bền hóa học cao. Tuy nhiên, hiệu suất quang điện hóa thấp do hạn chế về độ linh động điện tử và thời gian sống của hạt tải.
1.2. Tổng hợp cấu trúc dị thể CdS Fe2O3
Cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 được tạo ra bằng phương pháp kết tụ hóa học, trong đó CdS được phủ lên bề mặt các thanh nano Fe2O3. Cấu trúc này giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra điện trường nội tại tại lớp tiếp giáp, giảm sự tái hợp điện tử - lỗ trống.
II. Tính chất và hiệu suất quang điện hóa
Nghiên cứu đánh giá tính chất quang điện hóa của cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 thông qua các phương pháp như SEM, UV-Vis, và phổ Raman. Kết quả cho thấy cấu trúc dị thể có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn so với Fe2O3 đơn thuần. Hiệu suất tách nước quang điện hóa được cải thiện đáng kể nhờ sự tăng cường chia tách hạt tải và giảm sự tái hợp điện tử - lỗ trống.
2.1. Tính chất hấp thụ quang
Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn trong vùng nhìn thấy so với Fe2O3 đơn thuần. Điều này giúp tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học.
2.2. Hiệu suất quang điện hóa
Kết quả đo hiệu suất quang điện hóa cho thấy cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 có hiệu suất cao hơn đáng kể so với Fe2O3 đơn thuần. Sự cải thiện này là nhờ vào việc tăng cường chia tách hạt tải và giảm sự tái hợp điện tử - lỗ trống tại lớp tiếp giáp.
III. Ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xanh và năng lượng tái tạo. Cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị tách nước quang điện hóa, giúp sản xuất hydro từ nước bằng năng lượng mặt trời. Đây là một giải pháp bền vững để giải quyết vấn đề khủng hoảng năng lượng và ô nhiễm môi trường.
3.1. Ứng dụng trong sản xuất hydro
Cấu trúc dị thể CdS/Fe2O3 có thể được sử dụng trong các thiết bị tách nước quang điện hóa để sản xuất hydro từ nước. Hydro là nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường, có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
3.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu này góp phần làm phong phú thêm các phương pháp tổng hợp vật liệu nano và cải thiện hiệu suất quang điện hóa. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong các lĩnh vực như xúc tác quang, cảm biến khí, và y học, mang lại giá trị thực tiễn cao.
