Tổng hợp và ứng dụng hạt nano vàng trên vật liệu polyme carbon nitride

Tài liệu nghiên cứu Tổng hợp và nghiên cứu khả năng ứng dụng của hạt nano vàng phân bố trên vật liệu polyme carbon, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Giap Van Hung
• Người hướng dẫn: Dr. Nguyen Thi Tuyet Mai
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Master of Science in Chemistry
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng trên vật liệu polyme carbon nitride
• Loại tài liệu: Thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• DECLARATION OF INDEPENDENCE
• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• TABLE OF CONTENTS
• 1. CHAPTER 1: Background
• 1.1. Objectives and outline of the thesis
• 2. CHAPTER 2: Introduction
• 2.1. Graphitic Carbon Nitride (p-C3N4)
• 2.1.1. History
• 2.1.2. Synthesis of p-C3N4
• 3. CHAPTER 3: p-C3N4 - synthesis, characterization, and application
• 4. CHAPTER 4: Au/p-C3N4 composites – synthesis, characterization, and application
• 5. CHAPTER 5: General conclusion and outlook
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng hạt nano vàng trong polyme carbon nitride

Nghiên cứu ứng dụng hạt nano vàng trên vật liệu polyme carbon nitride (p-C3N4) đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Carbon nitride được biết đến như một chất xúc tác quang học tiềm năng nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng và tính ổn định hóa học. Tuy nhiên, hiệu suất của p-C3N4 còn hạn chế do sự tái hợp nhanh chóng của các cặp electron-lỗ hổng. Việc kết hợp hạt nano vàng với p-C3N4 có thể cải thiện đáng kể hiệu suất quang xúc tác của vật liệu này.

1.1. Tại sao chọn hạt nano vàng cho carbon nitride

Hạt nano vàng có khả năng tạo ra hiệu ứng plasmon bề mặt, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và cải thiện hiệu suất quang xúc tác. Sự kết hợp này không chỉ nâng cao khả năng chuyển giao electron mà còn tối ưu hóa quá trình tạo ra hydro từ nước.

1.2. Lịch sử nghiên cứu carbon nitride

Nghiên cứu về carbon nitride đã bắt đầu từ thế kỷ 19, với nhiều công trình nghiên cứu quan trọng được thực hiện. Đặc biệt, vào năm 2008, nghiên cứu của Wang và Antonietti đã chỉ ra khả năng chuyển đổi H2 và O2 của p-C3N4 dưới ánh sáng nhìn thấy, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu vật liệu này.

II. Thách thức trong việc cải thiện hiệu suất của carbon nitride

Mặc dù carbon nitride có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức lớn trong việc cải thiện hiệu suất quang xúc tác. Tình trạng tái hợp nhanh chóng của các cặp electron-lỗ hổng là một trong những vấn đề chính. Ngoài ra, khả năng hấp thụ ánh sáng của p-C3N4 cũng bị giới hạn trong khoảng bước sóng nhất định.

2.1. Tái hợp electron lỗ hổng

Tái hợp nhanh chóng giữa electron và lỗ hổng làm giảm hiệu suất quang xúc tác của p-C3N4. Việc tìm kiếm các phương pháp để giảm thiểu hiện tượng này là rất cần thiết.

2.2. Giới hạn trong khả năng hấp thụ ánh sáng

p-C3N4 chỉ có thể hấp thụ ánh sáng trong khoảng bước sóng dưới 460 nm, điều này hạn chế khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời cho các phản ứng quang xúc tác.

III. Phương pháp cải thiện hiệu suất quang xúc tác của p C3N4

Để nâng cao hiệu suất quang xúc tác của carbon nitride, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu. Việc kết hợp hạt nano vàng với p-C3N4 là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Các nghiên cứu cho thấy rằng sự hiện diện của hạt nano vàng có thể cải thiện đáng kể khả năng tách electron và lỗ hổng.

3.1. Kỹ thuật tổng hợp p C3N4

Các phương pháp tổng hợp p-C3N4 như nhiệt phân melamine hoặc urea đã được áp dụng rộng rãi. Những phương pháp này giúp tạo ra cấu trúc p-C3N4 với tính chất quang học tốt hơn.

3.2. Ứng dụng hạt nano vàng trong p C3N4

Việc sử dụng hạt nano vàng trong p-C3N4 không chỉ cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng mà còn tăng cường hiệu suất tạo ra hydro trong các phản ứng quang xúc tác.

IV. Kết quả nghiên cứu về ứng dụng hạt nano vàng trong p C3N4

Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp hạt nano vàng với carbon nitride đã mang lại những kết quả khả quan trong việc cải thiện hiệu suất quang xúc tác. Các thí nghiệm cho thấy rằng hiệu suất tạo ra hydro từ p-C3N4 được cải thiện đáng kể khi có sự hiện diện của hạt nano vàng.

4.1. Đánh giá hiệu suất quang xúc tác

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng p-C3N4 kết hợp với hạt nano vàng có khả năng tạo ra hydro cao hơn so với p-C3N4 nguyên chất. Điều này chứng tỏ rằng sự kết hợp này có thể là một giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng năng lượng tái tạo.

4.2. Phân tích cấu trúc và tính chất quang học

Phân tích bằng các phương pháp như XRD, FTIR và UV-vis cho thấy rằng sự hiện diện của hạt nano vàng đã làm thay đổi cấu trúc và tính chất quang học của p-C3N4, từ đó cải thiện hiệu suất quang xúc tác.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ứng dụng hạt nano vàng trong vật liệu polyme carbon nitride đã mở ra nhiều hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu quang xúc tác hiệu quả hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp bền vững cho vấn đề năng lượng.

5.1. Tương lai của carbon nitride trong quang xúc tác

Với những cải tiến trong công nghệ tổng hợp và ứng dụng, carbon nitride có thể trở thành một trong những vật liệu chính trong lĩnh vực quang xúc tác trong tương lai.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa tỷ lệ hạt nano vàng trong p-C3N4 và khám phá các loại hạt nano khác để cải thiện hơn nữa hiệu suất quang xúc tác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu chuyển dịch sang các nguồn năng lượng tái tạo đang trở thành vấn đề cấp bách toàn cầu, khi hơn 95% sản lượng hydro thương mại hiện nay vẫn phụ thuộc vào quá trình nhiệt phân nhiên liệu hóa thạch phát thải carbon cao. Sản xuất hydro thông qua phản ứng phân tách nước quang xúc tác dưới ánh sáng mặt trời là giải pháp xanh đầy tiềm năng để lưu trữ năng lượng bền vững. Trong số các vật liệu bán dẫn, polymeric carbon nitride (ký hiệu là p-C3N4) nổi lên như một ứng viên sáng giá nhờ chi phí nguyên liệu thấp, độ bền hóa học và nhiệt vượt trội, cùng khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến với năng lượng vùng cấm khoảng 2.7 đến 2.8 eV.

Tuy nhiên, hiệu suất chuyển hóa quang hóa của p-C3N4 nguyên bản còn rất hạn chế do tốc độ tái tổ hợp nhanh của các cặp điện tử - lỗ trống quang sinh và độ dẫn điện nội tại thấp. Để giải quyết triệt để rào cản này, mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là tổng hợp p-C3N4 từ tiền chất urê trong các môi trường khí quyển khác nhau (không khí và khí trơ Argon), kết hợp các phương pháp xử lý sau tổng hợp bằng dung dịch hydro peroxide (H2O2) và sóng siêu âm, đồng thời tích hợp hạt nano vàng (Au) nhằm tối ưu hóa hiệu quả tách điện tích và nâng cao hoạt tính quang xúc tác sinh hydro (HER).

Nghiên cứu được triển khai tại Viện Kỹ thuật Hóa học thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội phối hợp cùng Viện Xúc tác Leibniz (LIKAT Rostock, Cộng hòa Liên bang Đức) trong khuôn khổ dự án hợp tác quốc tế. Luận văn đã thiết lập các chỉ số hoạt tính rõ ràng: nâng tốc độ sinh hydro lên mức 4.2 µmol/g sau 3 giờ phản ứng dưới bức xạ ánh sáng trắng, đồng thời giảm cường độ huỳnh quang tái tổ hợp quang điện tích từ 82% đến 90%, đóng góp giá trị học thuật và thực tiễn to lớn cho lĩnh vực xúc tác quang nano.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết quang xúc tác bán dẫn dị thể, bao gồm ba giai đoạn động học cơ bản: hấp thụ photon có năng lượng lớn hơn vùng cấm để sinh cặp electron - lỗ trống (e-/h+), phân tách và di chuyển các hạt mang điện ra bề mặt tiếp xúc, và phản ứng oxy hóa - khử với các phân tử hấp phụ. Để khắc phục sự tái tổ hợp năng lượng, lý thuyết tiếp xúc Schottky giữa kim loại quý và chất bán dẫn loại n cùng hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) của hạt nano vàng (AuNPs) được tích hợp để giải thích sự truyền dẫn điện tử nóng và gia tăng mật độ điện trường cục bộ.

Cấu trúc cốt lõi của p-C3N4 là mạng polyme 2D tạo bởi các đơn vị dị vòng tri-s-triazine (heptazine) liên kết qua các cầu nối amin, hình thành hệ thống liên hợp pi với khả năng hấp thụ bước sóng ánh sáng lên tới 460 nm. Quá trình biến tính bề mặt dựa trên các khái niệm bóc tách nano siêu âm (ultrasonic exfoliation) nhằm giảm lực liên kết van der Waals giữa các lớp, tạo cấu trúc phiến nano 2D có diện tích bề mặt lớn, kết hợp kỹ thuật bẫy điện tử bằng cách chèn nhóm chức chứa oxy và sử dụng chất hy sinh triethanolamine (TEOA) để thu hồi các lỗ trống quang sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Mẫu vật liệu được tổng hợp thực nghiệm có kiểm soát với quy mô 6 gam tiền chất urê nguyên chất nung ở 550°C trong 2 giờ với tốc độ gia nhiệt 4°C/phút trong không khí hoặc 5°C/phút trong khí Argon. Hệ thống gồm 6 nhóm mẫu nền chính (mẫu nung trong không khí, nung trong argon, mẫu biến tính H2O2 30% ở 75°C trong 6 giờ, và mẫu xử lý siêu âm xung trong 3 giờ với máy công suất cao) kết hợp khảo sát nạp hạt nano Au từ 2 wt.% đến 8 wt.% theo phương pháp quang kết tủa và khử hóa học với chất khử NaBH4 cùng các chất phân tán như natri citrate hay PVP.

Các phương pháp phân tích hiện đại được lựa chọn dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ:

• Nhiễu xạ tia X (XRD) dùng bức xạ Cu Kα1 bước sóng 0.15406 nm nhằm xác định độ tinh khiết pha và sự dịch chuyển mặt phẳng mạng tinh thể (100) và (002).
• Phổ hồng ngoại tán xạ phản xạ toàn phần suy giảm (ATR-IR) trong dải 500 đến 3500 cm⁻¹ đánh giá các dao động đặc trưng của khung s-triazine và liên kết N-H.
• Phổ quang điện tử tia X (XPS) định danh trạng thái hóa học bề mặt tại các vạch phổ C 1s (284.8 đến 288.2 eV), N 1s (398.7 đến 404.6 eV) và O 1s (530.4 đến 530.9 eV).
• Đẳng nhiệt hấp phụ N2 (BET) đo diện tích bề mặt riêng (dao động từ 24.3 đến 43.5 m²/g) và phân bố kích thước lỗ xốp mesopore.
• Phổ phản xạ khuếch tán UV-Vis (DRS), phổ huỳnh quang phát xạ (PL, bước sóng kích thích 350 nm) và đo điện hóa quang (phổ tổng trở điện hóa EIS, dòng quang điện tức thời chu kỳ 20 giây) để kiểm tra động học chuyển điện tích.
• Sắc ký khí (GC) phân tích định lượng lượng khí H2 tạo ra trong bình phản ứng đẳng nhiệt 25°C. Toàn bộ lộ trình nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trong khung thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích XRD xác nhận vật liệu giữ nguyên cấu trúc tinh thể đặc trưng của carbon nitride với hai đỉnh nhiễu xạ tại 2θ khoảng 13.1° ứng với mặt phẳng (100) và 27.3° đến 27.5° ứng với mặt phẳng xếp lớp (002). Đáng chú ý, việc xử lý siêu âm tạo ra sự dịch chuyển nhẹ về phía góc quét nhỏ hơn, khẳng định quá trình bóc tách thành công các lớp màng 2D với diện tích bề mặt BET mở rộng từ 24.3 m²/g lên trên 43.5 m²/g, cung cấp mật độ tâm hoạt tính dồi dào cho phản ứng.

Phổ UV-Vis DRS cho thấy mẫu p-C3N4 xử lý H2O2 xuất hiện hiện tượng dịch chuyển đỏ mạnh mẽ (redshift), mở rộng bờ hấp thụ từ 460 nm lên đến 570 nm. Phương pháp vẽ đồ thị Tauc xác định năng lượng vùng cấm thu hẹp từ 2.82 eV xuống mức 2.65 eV, giúp vật liệu tối ưu hóa khả năng hấp thu năng lượng photon trong dải quang phổ khả kiến của ánh sáng mặt trời.

Phổ huỳnh quang quang học (PL) ghi nhận sự suy giảm cường độ phát xạ cực đại tại bước sóng 465 nm: mẫu xử lý siêu âm giảm từ 27% đến 36%, trong khi các mẫu xử lý bằng dung dịch H2O2 ghi nhận mức ức chế phát quang lên tới 82% đối với mẫu nung không khí và 90% đối với mẫu nung trong Argon. Điều này chứng minh sự tái tổ hợp giữa điện tử vùng dẫn và lỗ trống vùng hóa trị đã bị triệt tiêu gần như hoàn toàn.

Đo đạc quang điện hóa cho thấy mật độ dòng quang điện tức thời của các mẫu biến tính tăng vọt so với mẫu gốc. Bán kính cung điện trở trên biểu đồ EIS của mẫu nung trong Argon kết hợp siêu âm đạt giá trị nhỏ nhất, tương ứng với tốc độ truyền dẫn điện tích nhanh nhất. Trong phản ứng sinh hydro với chất hy sinh TEOA sau 3 giờ chiếu xạ, lượng H2 sinh ra của mẫu gốc đạt 3.1 µmol/g, mẫu nung trong Argon đạt 3.4 µmol/g, mẫu xử lý H2O2 đạt 3.6 µmol/g và mẫu xử lý siêu âm nung trong Argon đạt cao nhất là 4.2 µmol/g (tăng trưởng hơn 35.4% so với mẫu gốc).

Thảo luận kết quả

Khi các hạt nano Au được nạp lên bề mặt p-C3N4, tiếp xúc dị thể Schottky được thiết lập do công thoát của vàng cao hơn mức năng lượng vùng dẫn của bán dẫn. Hạt nano Au hoạt động như một bẫy thu gom electron, nhanh chóng hút các điện tử quang sinh từ vùng dẫn của p-C3N4 sang kim loại, làm giảm xác suất tái tổ hợp quang điện tích. Đồng thời, hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) của Au dưới ánh sáng kích thích tạo ra các điện tử nóng và trường điện từ cục bộ cực mạnh, thúc đẩy các ion H+ trong dung dịch nhận electron để chuyển hóa thành khí H2 tự do.

Các dữ liệu thực nghiệm về mối tương quan giữa diện tích bề mặt, độ rộng vùng cấm và tốc độ sinh hydro theo thời gian có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hệ thống biểu đồ đường biểu diễn động học sinh H2 tích lũy và bảng tổng hợp các thông số điện trở truyền điện tích (Rct) cùng dung lượng hấp phụ N2. Khi so sánh với các nghiên cứu công bố quốc tế về p-C3N4 biến tính kim loại đơn lẻ, cấu trúc tổ hợp được tối ưu hóa trong luận văn này thể hiện sự vượt trội về độ bền và tốc độ phân tách điện tích dưới ánh sáng khả kiến.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình bóc tách siêu âm quy mô phòng thí nghiệm sang hệ thống siêu âm dòng liên tục công suất lớn. Mục tiêu là kiểm soát độ dày của các phiến nano carbon nitride dưới 10 nm và nâng diện tích bề mặt riêng đạt trên 60 m²/g trong thời gian thực hiện 6 tháng, do nhóm nghiên cứu vật liệu tiên tiến chịu trách nhiệm triển khai.

Thứ hai, tối ưu hóa quy trình tải nạp hạt nano vàng ở dải nồng độ chính xác từ 1.5 wt.% đến 3.0 wt.% bằng phương pháp khử quang hóa kết hợp chất hoạt động bề mặt PVP nhằm phân tán đồng đều kích thước hạt nano dưới 5 nm. Mục tiêu nâng tốc độ sinh hydro trung bình đạt trên 10.0 µmol/g/h trong thời hạn 9 tháng, do các chuyên viên kỹ thuật hóa học thực nghiệm đảm nhiệm.

Thứ ba, phát triển các hệ xúc tác lai ghép dị thể không chứa kim loại quý như MoS2, CoP hoặc NiS kết hợp trên nền p-C3N4 biến tính siêu âm. Giải pháp này hướng tới giảm 50% chi phí nguyên liệu tổng hợp mà vẫn duy trì hiệu suất chuyển hóa năng lượng trên 85% trong khung thời gian 12 tháng, do các phòng thí nghiệm xúc tác năng lượng chủ trì.

Thứ tư, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị phản ứng quang xúc tác dòng chảy liên tục (continuous flow reactor) thể tích từ 5 lít đến 10 lít hoạt động dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên mô phỏng. Tiến hành đánh giá độ ổn định hoạt tính xúc tác qua hơn 100 giờ vận hành liên tục trong thời gian 18 tháng, do các viện nghiên cứu phối hợp với doanh nghiệp phát triển công nghệ xanh thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa học, Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Hóa học: Luận văn cung cấp toàn bộ quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu carbon nitride 2D, phương pháp biến tính bóc tách siêu âm, xử lý hóa học và quy chuẩn phân tích dữ liệu phổ học chuyên sâu (XPS, XRD, ATR-IR, PL, EIS).

Các kỹ sư và chuyên gia nghiên cứu phát triển (R&D) trong lĩnh vực Năng lượng tái tạo và Nhiên liệu sạch: Tài liệu là cẩm nang ứng dụng giá trị để nắm bắt cơ chế xúc tác plasmon kim loại - bán dẫn, hỗ trợ thiết kế các mô hình sản xuất hydro xanh từ nguồn năng lượng mặt trời đạt hiệu suất 100% không phát thải.

Giảng viên và nhà khoa học tại các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành: Luận văn đóng vai trò như một tài liệu tham khảo học thuật chuẩn mực về động học phản ứng HER, phương pháp khảo sát khuyết tật mạng tinh thể và tương tác chuyển dịch điện tích trong vật liệu quang xúc tác nano.

Doanh nghiệp và các tổ chức đầu tư phát triển công nghệ môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học và đánh giá tính khả thi kỹ thuật để triển khai các dự án thương mại hóa vật liệu xúc tác quang tự làm sạch, xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại và chuyển đổi quang điện hóa quy mô công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao p-C3N4 lại được xem là chất xúc tác quang đầy triển vọng cho phản ứng sinh hydro? Vật liệu p-C3N4 sở hữu độ bền hóa học tuyệt vời, bền nhiệt lên đến 500°C, chi phí tổng hợp thấp từ urê và có vùng cấm 2.7 eV phù hợp hấp thụ ánh sáng khả kiến. Trong thực tế, đây là vật liệu phi kim loại thân thiện môi trường, khắc phục hoàn toàn nhược điểm độc hại và đắt đỏ của các xúc tác kim loại nặng truyền thống.

Xử lý p-C3N4 bằng dung dịch H2O2 mang lại những biến đổi gì về mặt quang hóa? Xử lý H2O2 ở 75°C đưa các nhóm chức chứa oxy vào mạng tinh thể, làm tăng gấp đôi tỷ lệ O 1s trong phân tích XPS. Quá trình này tạo các bẫy điện tử hữu hiệu, mở rộng bờ hấp thụ quang từ 460 nm lên 570 nm và dập tắt tới 90% cường độ huỳnh quang PL, hạn chế tối đa sự tái tổ hợp e-/h+.

Phương pháp bóc tách bằng sóng siêu âm hỗ trợ nâng cao hoạt tính xúc tác như thế nào? Sóng siêu âm biên độ 50% trong 3 giờ làm đứt gãy lực liên kết van der Waals giữa các lớp, chuyển đổi cấu trúc khối thành các tấm nano 2D siêu mỏng. Điều này giúp diện tích bề mặt BET tăng lên mức trên 43.5 m²/g, tăng mật độ tâm hoạt tính và rút ngắn quãng đường di chuyển của electron quang sinh ra bề mặt.

Hạt nano vàng đóng vai trò gì khi được tích hợp lên chất mang p-C3N4? Hạt nano Au tạo tiếp xúc dị thể Schottky, đóng vai trò như một trạm thu gom điện tử từ vùng dẫn của p-C3N4 nhằm ngăn chặn tái hợp hạt mang điện. Đồng thời, hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (LSPR) của vàng giúp khuếch đại sự hấp thụ ánh sáng khả kiến và thúc đẩy phản ứng khử ion H+ thành H2.

Vì sao mẫu tổng hợp trong môi trường khí Argon lại cho hiệu suất quang hóa cao hơn môi trường không khí? Quá trình nhiệt phân urê ở 550°C trong môi trường khí trơ Argon hạn chế sự oxy hóa không kiểm soát, tạo ra các khuyết tật mạng và khoảng trống nitơ có lợi. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy mẫu nung trong Argon kết hợp siêu âm đạt lượng hydro sinh ra cao nhất 4.2 µmol/g sau 3 giờ, vượt trội so với nung trong không khí.

Kết luận

• Tổng hợp thành công vật liệu nền p-C3N4 cấu trúc lớp từ tiền chất urê trong môi trường không khí và khí Argon ở nhiệt độ 550°C.
• Biến tính hiệu quả hình thái và tính chất quang của vật liệu thông qua phương pháp xử lý hóa học H2O2 và bóc tách sóng siêu âm, mở rộng dải hấp thụ ánh sáng khả kiến tới 570 nm.
• Ức chế vượt trội sự tái tổ hợp của cặp hạt mang điện quang sinh từ 82% đến 90% dựa trên kết quả phân tích phổ huỳnh quang quang học.
• Làm sáng tỏ cơ chế truyền dẫn điện tích qua tiếp xúc Schottky và hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ khi nạp hạt nano vàng lên chất mang p-C3N4.
• Tối ưu hóa hoạt tính quang xúc tác với sản lượng hydro sinh ra đạt đỉnh 4.2 µmol/g sau 3 giờ chiếu xạ ánh sáng trắng.

Luận văn đã đóng góp một quy trình tổng thể từ chế tạo, biến tính đến hoàn thiện vật liệu composite quang xúc tác hiệu năng cao, mở ra hướng tiếp cận mới trong công nghệ sản xuất nhiên liệu hydro sạch. Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào phát triển các hệ đồng xúc tác đa kim loại phi quý nhằm nâng cao tính kinh tế. Các nhà khoa học, kỹ sư và đơn vị phát triển công nghệ được khuyến khích ứng dụng các phát hiện của công trình này vào các mô hình sản xuất năng lượng tái tạo thực tiễn.