I. Nghiên cứu vật liệu CdS
Nghiên cứu vật liệu CdS tập trung vào việc khám phá cấu trúc và tính chất của Cadmium Sulphide (CdS), một vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm khoảng 2.42 eV. CdS được biết đến với khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, làm cho nó trở thành một ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng quang điện. Nghiên cứu này cũng đề cập đến việc kết hợp CdS với các vật liệu khác như ZnO để tăng cường hiệu suất quang điện hóa. Các phương pháp tổng hợp và phân tích cấu trúc của CdS được thảo luận chi tiết, bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM).
1.1. Cấu trúc và tính chất của CdS
CdS có cấu trúc tinh thể lục giác hoặc lập phương, với các tính chất quang học và điện tử đặc trưng. Nghiên cứu chỉ ra rằng cấu trúc lục giác của CdS có độ ổn định cao hơn và phù hợp hơn cho các ứng dụng quang điện. Tính chất quang học của CdS được đánh giá thông qua phổ hấp thụ UV-Vis, cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh trong vùng khả kiến.
1.2. Ứng dụng của CdS trong quang điện hóa
CdS được sử dụng rộng rãi trong các tế bào quang điện hóa (PEC) nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Khi kết hợp với ZnO, CdS giúp tăng cường hiệu suất tách nước bằng quang điện hóa, đặc biệt là trong việc tạo ra hydro từ nước. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cấu trúc xốp của CdS/ZnO giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện hiệu suất phản ứng.
II. Chế tạo vật liệu ZnO
Chế tạo vật liệu ZnO là một phần quan trọng của nghiên cứu, tập trung vào việc tạo ra các cấu trúc xốp của ZnO để ứng dụng trong quang điện hóa. ZnO là một vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn (3.37 eV) và có nhiều tính chất quý báu như độ ổn định hóa học cao và khả năng dẫn điện tốt. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp lắng đọng điện hóa để tạo ra các cấu trúc xốp của ZnO, với mục đích tăng diện tích bề mặt và cải thiện hiệu suất tách nước.
2.1. Phương pháp chế tạo ZnO xốp
Phương pháp chế tạo ZnO xốp bao gồm việc sử dụng các quả cầu polystyrene (PS) làm khuôn, sau đó lắng đọng ZnO lên các khuôn này và đốt cháy để tạo ra cấu trúc xốp. Quy trình này được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các thiết bị chuyên dụng như máy khuấy từ, lò nung, và máy rung rửa siêu âm. Kết quả thu được là các cấu trúc ZnO xốp có diện tích bề mặt lớn, phù hợp cho các ứng dụng quang điện hóa.
2.2. Tính chất của ZnO xốp
Các cấu trúc ZnO xốp được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và phổ hấp thụ UV-Vis. Kết quả cho thấy ZnO xốp có cấu trúc tinh thể ổn định và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt. Ngoài ra, cấu trúc xốp cũng giúp tăng cường khả năng tiếp xúc với dung dịch điện phân, từ đó cải thiện hiệu suất tách nước.
III. Ứng dụng tách nước bằng quang điện hóa
Ứng dụng tách nước bằng quang điện hóa là mục tiêu chính của nghiên cứu, với việc sử dụng các vật liệu CdS/ZnO xốp để tăng cường hiệu suất tách nước. Quá trình tách nước bằng quang điện hóa (PEC) sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra hydro từ nước, một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của các vật liệu quang điện để đạt được hiệu suất cao nhất.
3.1. Cơ chế tách nước bằng quang điện hóa
Cơ chế tách nước bằng quang điện hóa bao gồm việc hấp thụ ánh sáng để tạo ra các electron và lỗ trống, sau đó sử dụng các hạt tải này để thực hiện phản ứng oxy hóa khử nước. Các vật liệu quang điện như CdS/ZnO đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng và tạo ra các hạt tải. Nghiên cứu chỉ ra rằng cấu trúc xốp của CdS/ZnO giúp tăng cường hiệu suất tách nước nhờ vào diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt.
3.2. Hiệu suất tách nước của CdS ZnO xốp
Hiệu suất tách nước của các cấu trúc CdS/ZnO xốp được đánh giá thông qua các phép đo thuộc tính quang điện hóa (PEC). Kết quả cho thấy các cấu trúc xốp có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các cấu trúc màng mỏng thông thường. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp CdS với ZnO giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến, từ đó cải thiện hiệu suất tách nước.
