I. Nghiên cứu chế tạo vật liệu ZnO AgI
Nghiên cứu tập trung vào chế tạo vật liệu ZnO-AgI với cấu trúc xốp, nhằm tăng hiệu suất quang điện hóa tách nước. Vật liệu ZnO được chọn do tính chất bán dẫn phù hợp, độ linh động điện tử cao và giá thành rẻ. Tuy nhiên, ZnO có độ rộng vùng cấm lớn (3.37 eV), hạn chế khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Để khắc phục, AgI được pha tạp vào ZnO nhờ độ rộng vùng cấm hẹp hơn (2.6 eV), giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Quy trình chế tạo bao gồm lắng đọng điện hóa và sử dụng khuôn polystyrene (PS) để tạo cấu trúc xốp.
1.1. Công nghệ chế tạo vật liệu
Quy trình chế tạo vật liệu ZnO-AgI bao gồm các bước: chuẩn bị điện cực ITO, lắng đọng các cầu PS lên đế ITO, và lắng đọng điện hóa ZnO. Sau đó, AgI được mọc lên bề mặt ZnO bằng phương pháp hóa học. Cuối cùng, cấu trúc xốp được hình thành bằng cách loại bỏ PS thông qua ăn mòn hóa học hoặc đốt cháy. Phương pháp này tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt lớn, tăng khả năng tiếp xúc với dung dịch điện phân.
1.2. Ứng dụng vật liệu quang điện
Vật liệu ZnO-AgI có tiềm năng ứng dụng trong tế bào quang điện hóa tách nước, nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả và tính chất điện hóa ổn định. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển các vật liệu quang điện mới, đóng góp vào việc sản xuất năng lượng sạch từ quá trình tách nước.
II. Thuộc tính quang điện hóa tách nước
Nghiên cứu tập trung vào thuộc tính quang điện hóa của vật liệu ZnO-AgI trong quá trình tách nước. Kết quả cho thấy, vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt trong vùng nhìn thấy, nhờ sự kết hợp giữa ZnO và AgI. Hiệu suất tách nước được cải thiện đáng kể so với ZnO nguyên chất, nhờ cấu trúc xốp tăng diện tích tiếp xúc và khả năng bẫy ánh sáng.
2.1. Cơ chế phản ứng quang điện hóa
Cơ chế phản ứng quang điện hóa tách nước dựa trên sự hấp thụ photon, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các electron di chuyển đến vùng dẫn, tham gia vào quá trình khử nước tạo hydro, trong khi lỗ trống oxy hóa nước tạo oxy. Vật liệu ZnO-AgI có cấu trúc dải năng lượng phù hợp, đảm bảo hiệu suất phản ứng cao.
2.2. Hiệu suất tách nước quang điện
Kết quả đo đạc cho thấy, hiệu suất tách nước của vật liệu ZnO-AgI đạt mức cao hơn so với ZnO nguyên chất. Cấu trúc xốp giúp tăng khả năng bẫy ánh sáng và diện tích tiếp xúc với dung dịch điện phân, cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện.
III. Vật liệu cấu trúc xốp và tính chất quang học
Nghiên cứu tập trung vào vật liệu cấu trúc xốp ZnO-AgI, nhằm tăng hiệu suất quang điện hóa. Cấu trúc xốp được tạo ra bằng cách sử dụng khuôn PS, giúp tăng diện tích bề mặt và khả năng bẫy ánh sáng. Kết quả phân tích SEM và XRD cho thấy, cấu trúc xốp có trật tự cao, đảm bảo tính chất quang học và điện hóa ổn định.
3.1. Tính chất quang học
Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy, vật liệu ZnO-AgI có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt trong vùng nhìn thấy, nhờ sự kết hợp giữa ZnO và AgI. Độ rộng vùng cấm của vật liệu được xác định thông qua phổ hấp thụ, phù hợp với mục tiêu tăng hiệu suất quang điện hóa.
3.2. Tính chất điện hóa
Kết quả đo đạc thuộc tính quang điện hóa (PEC) cho thấy, vật liệu ZnO-AgI có mật độ dòng quang cao, đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện tốt. Cấu trúc xốp giúp tăng khả năng tiếp xúc với dung dịch điện phân, cải thiện hiệu suất tách nước.
