PP ly ngoc tai khoa tự nhiên

CHẾ TẠO VẬT LIỆU NỀN TiO2 ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG
QUANG XÚC TÁC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1

Lý Ngọc Tài, 2Đào Thị Hòa, 2Lê Văn Hồng

1

Khoa Tự Nhiên, trường CĐSP Nha Trang, số 01 Nguyễn Chánh, Nha Trang, Khánh Hòa

2

Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc
Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

TÓM TẮT: Trong báo cáo này, vật liệu TiO 2 không có và có pha tạp Cu được tổng
hợp bằng phương pháp sol-gel. Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ tới kích thước hạt
của vật liệu Ti1-xCuxO2 đã được khảo sát. Đặc tính hóa lý của bột nano Ti 1-xCuxO2 đã
được đánh giá thông qua các kỹ thuật phân tích hóa lý khác nhau như: UV-Vis,
XRD, FE-SEM, BET. Các điện cực photoanode Ti 1-xCuxO2 đã được chế tạo bằng
phương pháp quay phủ. Điện cực Ti 1-xCuxO2 đã được thử nghiệm tách hydro từ nước
sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời.
1. MỞ ĐẦU

Mặt trời cung cấp cho bề mặt trái đất một lượng năng lượng khổng lồ vào
khoảng 3,9.1024 J/năm [1-3]. Việc nghiên cứu chuyển hóa có hiệu quả nguồn năng
lượng này thành các dạng hữu dụng khác phục vụ đời sống con người là một trong
những thách thức đối với sự phát triển nghiên cứu khoa học và công nghệ trong
tương lai. Một trong những hướng nghiên cứu đó là sử dụng các chất bán dẫn đóng
vai trò quang xúc tác để chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng
điện hoặc hóa học.

Titan dioxide (TiO2) là
chất xúc tác bán dẫn. Gần một
thế kỷ trở lại đây, bột TiO2 với
kích thước cỡ µm đã được điều
chế ở quy mô công nghiệp và
được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau: làm
chất độn trong cao su, nhựa,
giấy, sợi vải, làm chất màu cho
sơn, men đồ gốm, sứ… [4].

Hình 1: Phản ứng quang hóa trên bề mặt TiO2
trong xử lý ô nhiễm môi trường


Gần đây, TiO2 tinh thể kích thước nanomet (nm) ở các dạng thù hình rutile,
anatase, hoặc hỗn hợp rutile và anatase, và brookite đã được nghiên cứu ứng dụng
vào các lĩnh vực pin mặt trời, quang phân hủy nước và làm vật liệu quang xúc tác
tổng hợp các hợp chất hữu cơ, xử lý môi trường, chế tạo sơn tự làm sạch, chế tạo
thiết bị điện tử, đầu cảm biến và trong lĩnh vực diệt khuẩn [5,6]. Các ứng dụng mới
của vật liệu TiO2 kích thước nm chủ yếu dựa vào tính oxy hoá khử mạnh của nó. Với
hoạt tính quang xúc tác cao, cấu trúc bền và không độc, vật liệu TiO 2 được cho là vật
liệu triển vọng nhất để giải quyết rất nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng và thách
thức từ sự ô nhiễm. TiO2 đồng thời cũng được hy vọng sẽ mang đến những lợi ích to
lớn trong vấn đề khủng hoảng năng lượng qua sử dụng năng lượng mặt trời dựa trên
tính quang điện và khả năng phân tách nước.
Các yếu tố quyết định tới chất lượng và hiệu suất quang điện hóa là:
-

Quá trình sinh hạt tải (cặp điện tử - lỗ trống)

Quá trình tách hạt tải
Quá trình truyền hạt tải

Tuy nhiên do độ rộng vùng cấm của titan dioxide khá lớn, khoảng 3,2 eV nên
chỉ ánh sáng tử ngoại (UV) với bước sóng λ < 380 nm mới kích thích được điện tử
từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng quang xúc tác. Điều này, hạn chế
khả năng quang xúc tác của titan dioxide, thu hẹp phạm vi ứng dụng của vật liệu
này. Để tăng quá trình truyền điện tử thì phải tăng độ tiếp xúc giữa chúng. Do đó vật
liệu bán dẫn nền TiO2 phải có cấu trúc nano xốp, diện tích bề mặt riêng lớn. Đây là
một trong những yếu tố quan trọng góp phần nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng
mặt trời.
Năm 1972 Fujishima và Honda [7] lần đầu tiên đã phân hủy thành công nước
ra khí H2 và O2 bằng ánh sáng tử ngoại sử dụng điện cực TiO2 như một chất xúc tác
quang. Kết quả này mở ra một kỉ nguyên mới về biến đổi năng lượng mặt trời trên
cơ sở hiệu ứng quang điện hóa. Tuy đã có nhiều công trình nghiên cứu được thực
hiện trong hơn 40 năm qua, song vẫn còn nhiều vấn đề thách thức cần tiếp tục
nghiên cứu về tìm kiếm vật liệu quang xúc tác có hiệu suất tách hydro cao trong
vùng ánh sáng nhìn thấy. Các nghiên cứu đã và đang tập trung vào hai hướng chính.
Thứ nhất nghiên cứu tìm giải pháp thu hẹp vùng cấm quang của các bán dẫn oxit có
độ rộng vùng cấm rộng như TiO2, ZnO thông qua thay thế từng phần Ti và O bằng
các nguyên tố thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp và các cation như C, N, tương ứng
[8,9]. Thứ hai là kết hợp các bán dẫn vùng cấm rộng TiO2, ZnO với các bán dẫn oxit


có vùng cấm quang nhỏ hơn [10,11]. Tuy nhiên vị trí năng lượng đáy vùng dẫn và
đỉnh vùng hóa trị của các chất bán dẫn đóng vai trò rất quan trọng trong hiệu ứng
tách hydro bằng quang xúc tác. Do vậy việc lựa chọn nguyên tố thay thế hay chất
bán dẫn để kết hợp là rất quan trọng và phải thỏa mãn các điều kiện sau: Đáy vùng
dẫn phải âm điện hơn mức oxy hóa hydro, còn đỉnh vùng hóa trị phải dương điện
hơn mức khử oxy trên thang năng lượng điện cực Hydro tiêu chuẩn (NHE).

Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày một số kết quả về chế tạo vật liệu TiO 2
pha tạp và không pha tạp Cu và một số thử nghiệm ban đầu về quá trình tách hydro
từ nước sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời.
2. THỰC NGHIỆM
2.1.
Hóa chất

Titanium isopropoxide (Ti(i-OC3H7)4) (TPOT), axetalacetone C5H8O2 (ACT),
Cu(NO3)2.3H2O, kính dẫn điện trong suốt FTO của hãng Aldrich, nước DI.
2.2.

Thiết bị

Máy khuấy từ IKA- RET control-visc, Đức, máy đo pH IQ Scientific
Instruments, máy hiển vi điện tử quét trường Hitachi S 4800, máy quang phổ UVVis-NIR-Carry V3.0, máy nhiễu xạ tia X D5000, máy đo quang phổ độ nhạy cao, hệ
đo dòng quang điện hóa với nguồn sáng chuẩn mặt trời Oriel Sal 1A. Các hệ đo
thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.

Phương pháp nghiên cứu

Trước hết trộn TPOT với ACT theo tỷ lệ khối lượng mol 1:1. Sau khi trộn và
khuấy trong một giờ ở nhiệt độ 80 oC giảm nhiệt độ xuống 60 oC đồng thời nhỏ từ từ
Cu(NO3)2.3H2O nồng độ 1 M, với nồng độ pha tạp là 0, 2, 4, 6 và 8% và khuấy trong
4 giờ. Để thu được hạt nano TiO2 phải đồng thời nhỏ H2O và khuấy trộn cho đến khi
không nhìn thấy kết tủa trong dung dịch. Tiếp tục khuấy trộn trong 12 giờ ở nhiệt độ
phòng và sau đó tách hạt nano TiO2 ra khỏi dung dịch. Bột TiO2 tách ra đem ủ nhiệt
ở 100 oC và 450 oC trong 5 giờ. Sản phẩm bột nano TiO 2 được kiểm tra pha vật liệu,
vi cấu trúc, dạng thù hình, tính chất quang học bằng giản đồ nhiễu xạ tia X, ảnh hiển
vi FESEM, và phổ hấp thụ, quang huỳnh quang ở nhiệt độ phòng.

Mẫu bột sau đó được trải màng trên đế kính dẫn điện trong suốt FTO bằng
phương pháp quay phủ. Quy trình chế tạo mẫu màng như sau: Dung dịch chứa vật
liệu nano Ti1-xCuxO2 được điều chế bằng cách trộn chúng với dung dịch
Diethanolamin (C4H11NO2) và rượu (C2H5OH) theo tỷ lệ khối lượng 1/10. Một động


cơ quạt mini được sử dụng thiết kế làm máy quay phủ. Tốc độ quay được khống chế
thông qua điện thế đặt vào động cơ. Tốc độ quay phủ các mẫu màng điện cực đạt
khoảng 2500 vòng/phút. Dung dịch bột được nhỏ lên mặt đế bằng một pipet có
thang đo định lượng thể tích dung dịch. Màng vật liệu điện cực sau khi quay phủ
được đưa vào lò ủ có nhiệt độ 450 oC với tốc độ đủ chậm và ủ tại nhiệt độ này trong
không khí trong thời gian 3 giờ và được đem kiểm tra chiều dài màng trên hệ đo
Alpha-Step thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam. Sản phẩm màng được thử nghiệm tách hydro bằng quang xúc tác trên hệ
đo dòng quang điện hóa.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.
Kết quả phân tích bột nano Ti1-xCuxO2

C4

150
100

C2

50

C0
20

30

40

50

60

70

80

2Θ (Degree)

e

9

9

400
300

(*)

200
100
0

20

30

40

50

60

70

(0 3 1)

d

10

(2 2 0)

c

9.6

(0 2 4)

b

10

(1 2 1)

a

D (nm)

(0 2 0)

C8
C6

200

0

(0 1 1)

500

sample

(0 0 4)

250

(0 3 1)

(2 2 0)

(0 2 4)

600

Indensity (a.u)

Indensity (a.u)

300

(1 2 1)

350

(0 0 4)

(0 1 1)

400

(0 2 0)

Kết quả đo giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột Ti 1-xCuxO2 được trình bày
trên các hình 2 và 3. Từ các giản đồ nhiễu xạ tia X trình bày trên hình 20 chúng ta
nhận thấy pha vật liệu TiO2 anatase đã hình thành tốt ở nhiệt độ 100 oC (xem hình
2), kích thước hạt vật liệu đã chế tạo là nhỏ, chỉ khoảng 5 nm.

e
d
c
b

a
80

2θ (Degree)

Hình 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu

Hình 3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu

nano Ti1-xCuxO2 ủ ở 100 oC.

nano Ti1-xCuxO2 ủ ở 450 oC

Từ hình 3 chúng ta nhận thấy giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu ủ ở
450 oC có các vạch nhiễu xạ tia X với độ bán rộng nhỏ hơn. Điều này chứng tỏ kích
thước hạt tinh thể vật liệu đã lớn hơn. Trên cơ sở độ bán rộng vạch nhiễu xạ tia X
chúng tôi đã xác định kích thước hạt tinh thể bằng biểu thức Scherrer và thu được
kích thước trung bình khoảng 10 nm như trình bày trong bảng số liệu đính kèm
trong hình 3. Để kiểm tra lại kết quả xác định từ giản đồ nhiễu xạ tia X chúng tôi


chụp ảnh SEM bằng thiết bị FESEM Hitachi S 4800. Một hình ảnh đại diện trình
bày trên hình 3. Như vậy thông qua ủ nhiệt chúng tôi đã khống chế được kích thước
hạt tinh thể vật liệu nano TiO2 trong vùng 10 nnm như mong muốn. Đối với vật liệu
nano ngoài tham số kích thước hạt tinh thể một tham số đặc trưng khác rất quan
trọng cần được khảo sát đánh giá. Đó là diện tích bề mặt riêng của vật liệu. Diện tích
bề mặt riêng của các mẫu bột vật liệu nano Ti 1-xCuxO2 đã được xác định. Kết quả thu
được cho thấy diện tích bề mặt riêng (BET) của các mẫu bột nano Ti 1-xCuxO2 ủ ở
nhiệt độ 100oC đạt khoảng 265 m2/g còn các mẫu Ti1-xCuxO2 ủ ở nhiệt độ 450oC đạt
giá trị 85 m2/g tương ứng. Giá trị BET thu được này là lớn. Với giá trị diện tích bề

mặt riêng lớn thu được vật liệu nano Ti1-xCuxO2 hứa hẹn sẽ có tính quang xúc tác
mạnh. Để có thể ứng dụng trong quang xúc tác nói chung và trong quang xúc tác
tách hydro nói riêng cần chế tạo được các điện cực quang xúc tác dạng màng
(photoanode) mà chúng tôi sẽ trình bày trong phần tiếp theo.

Hình 4: Ảnh hiển vi điển quét SEM của mẫu bột nano TiO2
3.2.

Kết quả phân tích mẫu màng

Các mẫu màng được chế tạo bằng phương pháp quay phủ. Độ dày màng được
đánh giá bằng thiết bị hiển vi Alpha-Step. Kết quả cho thấy tất cả các màng điện cực
có độ dày khoảng 2 µm. Chúng tôi đã tiến hành kiểm tra pha vật liệu bằng nhiễu xạ
tia X, tuy nhiên kết quả nhiễu xạ của màng mỏng có cường độ vạch nhiễu xạ yếu và
chỉ thu được một số vạch ở góc hẹp do vậy khó đánh giá chính xác các thông tin liên
quan đến cấu trúc vật liệu. Vì vậy trong trường hợp cụ thể cho màng vật liệu Ti 1xCuxO2 chúng tôi sử dụng tán xạ Raman để đánh giá cấu trúc pha vật liệu. Phổ tán xạ
Raman phản xạ ngược (back-scattering) đo ở nhiệt độ phòng của các mẫu màng


được trình bày trên hình 5. Từ kết quả đo trình bày trên hình 5 chúng ta nhận thấy
phổ tán xạ Raman của các mẫu màng có các đỉnh tán xạ tại 154 cm -1, 398 cm-1, 512
cm-1, và 641 cm-1 đặc trưng cho pha vật liệu TiO2 anatase.
2 10

4

154

a - TiO

2

b - 2 at% Cu, c - 4 at% Cu
d - 6 at% Cu, e - 8 at% Cu

4

Intensity (a.u.)

1.5 10

1 10

398

4

512

641
e
d
c

5000

b
a
0 100

200

300

400

500

600

700

800

-1

Wavenumber (cm )

Hình 5. Phổ tán xạ Raman của vật liệu màng nano Ti1-xCuxO2.

Hình 6. Ảnh SEM của màng TiO2 chế tạo bằng quay phủ trên đến FTO

Điều này chứng tỏ pha vật liệu của các mẫu màng không thay đổi so với vật liệu bột
dùng để chế tạo màng. Các vạch phổ tán xạ Raman khá rộng chứng tỏ kích thước hạt
vật liệu nhỏ. Từ độ rộng vạch tán xạ có thể đánh giá kích thước hạt tinh thể. Tuy
nhiên chúng tôi đã đánh giá kích thước hạt tinh thể nano Ti 1-xCuxO2 trực tiếp từ ảnh
FESEM của mẫu màng như trình bày trên hình 6. Kết quả kích thước hạt xác đinh từ
ảnh SEM có phần lớn hơn 10 nm đã xác định cho các mẫu bột từ phổ nhiễu xạ tia X.
Điều này là hoàn toàn hợp lý vì kết quả xác định từ giá trị độ bán rộng vạch nhiễu xạ
tia X của mẫu bột là kích thước nano tinh thể.

3.3.

Thử nghiệm tách hydro bằng quang xúc tác


Để thử nghiệm đo đạc, đánh giá hiệu suất tách hydro bằng quang xúc tác
chúng tôi dựa trên hệ đo dòng quang điện hoá trình bày theo sơ đồ trong hình 7 do
nhóm PGS. TS Lê Văn Hồng thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam xây dựng.

Hình 7. Sơ đồ hệ đo dòng quang điện hoá tách hydro

Hệ đo gồm:
- Nguồn sáng chuẩn mặt trời Oriel Sal 1A với công suất chiếu sáng chuẩn 100
mW/cm2, diện tích chiếu sáng 5x5 cm2.
- Hộp đo với cửa sổ thạch anh.
- Thiết bị đo dòng thế 4155A của hãng Hewllet Parka với độ nhạy dòng 10-14 A.
- Điện cực đối Pt.
- Thấu kính thạch anh dùng để hội tụ ánh sáng
- Thiết bị đo kiểm tra công suất ánh sáng với pin mặt trời chuẩn.
- Nước DI được dùng để đo dòng quang điện hoá nhằm mục đích hạn chế tối đa ảnh
hưởng của các ion lạ có trong nước.
Đặc trưng dòng sáng tối của điện cực quang xúc tác được đo phụ thuộc điện
áp đặt vào hai điện cực Pt và điện cực nano TiO 2. Các kết quả đo cho các điện cực
Ti1-xCuxO2 được trình bày trên hình 8.
Trên hình 8 là các đường đặc trưng dòng đo cho các điện cực ở chế độ chiếu
sáng và không chiếu sáng khi thay đổi điện áp đặt lên hai điện cực từ -200 mV đến
1230 mV. Chúng ta nhận thấy dòng tối và sáng của điện cực khác nhau và phụ thuộc
vào điện áp đặt vào hai điện cực. Chênh lệch dòng quang điện sáng tối tại điện áp

bằng không là hệ quả của quá trình truyền điện tử kích thích quang từ điện cực
quang xúc tác sang điện cực đối Pt mà ở đó điện tử khử ion H + để sinh ra phân tử khí


Hydro H2. Trên hình 9 trình bày độ chênh lệch dòng quang điện sáng tối của các
mẫu điện cực với các nồng độ pha tạp Cu khác nhau.
-5

-5

1.4 10

-5

1.2 10

1.4 10

-5

1 10

-5

8 10

-6

6 10

-6

4 10

-6

2 10

-6

Photocurrent (A)

Photocurrent (A)

1.2 10

Light

Dark

1 10

-5

8 10

-6

6 10

-6

4 10

-6

2 10

-6

Light

Dark

0

0

-2 10

0

200

400

600

800

1000

-6

1200

0

200

-5

1200

-5

Photocurrent (A)

Photocurrent (A)

1000

1.2 10

-5

Light

-6

Dark

1 10

-5

8 10

-6

6 10

-6

4 10

-6

2 10

-6

Lifgt

Dark

0

0
-200

800

b

1.5 10

5 10

600

a

Dark-S
Light-S

1 10

400

Applied Voltage (mV)

Applied Voltage (mV)

0

200

400

600

800

1000

0

1200

200

400

600

800

1000

1200

Applied Voltage (mV)

Applied Voltage (mV)

c

d

Hình 8. Dòng quang điện của điện cực Ti1-xCuxO2 được chiếu sáng bởi nguồn sáng mặt trời chuẩn
AM1.5, a – x = 0.02, b – x = 0.04, c – x = 0.06, and d – x = 0.08.

Trên cơ sở lý giải ở trên và từ kết quả này chúng tôi tính lượng hydro sinh ra
trong thời gian một giờ hoặc tính hiệu suất tách hydro dựa theo công thức sau:
η= [Jsc(mA/cm2)(1.23V)ηF/P(mW/cm2)]

Trong đó Jsc là mật độ dòng quang điện (tính trên 1 cm 2) khi điện áp đặt vào bằng
không. ηF là hiệu suất Faraday, trong trường hợp của chúng tôi hiệu suất faraday tiếp
nhận bằng 1.0 vì môi trường thực hiện quang điện hoá là nước cất. P là công suất
ánh sáng chiếu vào 1 cm2 diện tích mẫu điện cực.


Difference of photocurrent (A)

2 10

-6

1.5 10

-6

1 10

-6

5 10

-7

0
-5 10

-7

-2

0

2

4

6

8

10

Cu content (at %)

Hình 9. Sự phụ thuộc dòng quang điện hoá vào nồng độ Cu.
4 10

-5
-5

0.045

3.5 10

0.04

3 10

-5
-5

0.035

2.5 10

0.03

2 10

-5
-5

0.025

1.5 10

Conductivity (Ωcm)
-1

Hydrogen generation rate (µmol/h)

0.05

0.02
0.015

-2

0

2

4

6

8

10

1 10

-5

5 10

-6

Cu concentration (at %)

Hình 10. Sự phụ thuộc hiệu suất tách hydro trong một giờ và độ dẫn
của màng Ti1-xCuxO2 vào nồng độ Cu.

Trên hình 10 trình bày sự phụ thuộc nồng độ Cu của lượng hydro tách ra
trong một giờ và độ dẫn điện của các mẫu điện cực. Qua đây cho thấy hai đại lượng
phụ thuộc vào nồng độ Cu một cách tương đồng. Để đánh giá một cách định tính tỷ
phần pha vật liệu Ti1-xCuxO2 và CuO chúng tôi thực hiện đo phổ hấp thụ quang của
các mẫu có nồng độ Cu khác nhau. Kết quả đo phổ hấp thụ quang được trình bày
trên hình 11. Kết quả phổ hấp thụ cho thấy khi nồng độ Cu tăng lên nền hấp thụ
quang trong vùng bước sóng từ 400 nm đến 800 nm tăng lên. Đây là vùng hấp thụ
của CuO do vậy có thể khẳng định khi nồng độ Cu tăng thì lượng CuO kết hợp với
các hạt TiO2 ở trên bề mặt biên hạt tăng.


1
a - 0.0 at%, b - 2.0 at%
c - 4.0 at%, c - 6 .0 at%
d - 8.0 at%

Absorption (a.u)

0.8
0.6

e
d

0.4

c

0.2

0

300

400

500

600

700

b
a
800

Wavelength (nm)

Hình 11. Phổ hấp thụ của màng điện cực Ti1-xCuxO2.
TiO2 có thay thế Cu là bán dẫn loại n, còn CuO là bán dẫn loại p và CuO/TiO 2 kết
hợp với nhau tạo thành một tiếp giáp dị thể p/n như trình bày trên hình 12. Khi
lượng CuO trên bề mặt TiO2 tăng lên thì số tiếp giáp dị thể này sẽ nối với nhau trong
một cấu hình phân bố ngẫu nhiên mà trong đó số các tiếp giáp p/n mắc nối tiếp
ngược chiều nhau tăng. Hệ quả của hiện tượng này là gây nên hiệu ứng giam cầm
hạt tải dẫn đến giảm độ dẫn của toàn hệ thống. Trên hình 10 chúng ta thấy độ dẫn
của màng vật liệu Ti1-xCuxO2 phụ thuộc vào lượng Cu thay thế cho Ti. Độ dẫn đạt
cực đại tại giá trị nồng độ Cu x = 0,04 và sau đó giảm khi nồng độ pha tạp Cu tăng.
Theo chúng tôi khi Cu thay thế cho Ti, vật liệu được pha tạp donor do sự khuyết
thiếu oxy để trung hòa điện tích. TiO2 là một bán dẫn điện môi, TiO2 trở thành một
bán dẫn có độ dẫn điện tốt khi khuyết thiếu oxy và trong trường hợp của chúng tôi

khi thay thế một phần Ti bằng Cu độ dẫn của vật liệu sẽ tăng, nhưng nếu tăng nồng
độ Cu thay thế cho Ti, sẽ gây ra biến dạng mạng làm giảm độ linh động của hạt tải
do tán xạ trên phonon mạng và trên tạp ion hóa tăng. Ngoài ra lượng các hạt nano
CuO trên bề mặt tăng như đã chỉ ra từ phổ hấp thụ quang sẽ làm gia tăng hiệu ứng
giam cầm điện tử gây ra bởi hệ các tiếp giáp dị thể sắp xếp ngẫu nhiên như trình bày
trên hình12.


Hình 12. Hệ các hạt TiO2 và CuO phân bố ngẫu nhiên trong màng Ti1-xCuxO2.

Nhờ có độ dẫn điện tốt nhất nên mẫu điện cực quang xúc tác với nồng độ Cu thay
thế Ti khoảng 4 % nguyên cho hiệu suất tách hydro cao nhất. Từ nghiên cứu này
chúng tôi đưa ra nhận định hê mẫu bột nano kết hợp TiO2/CuO chỉ dùng tốt cho
quang xúc tác tách hydro với nồng độ Cu khoảng 4% nguyên tử. Với nồng độ Cu
lớn hơn có thể gây giảm độ dẫn của màng điện cực mà hệ quả là sẽ giảm dòng quang
điện hoá tham gia tách hydro.
4. KẾT LUẬN
Đã nghiên cứu và chế tạo thành công vật liệu TiO 2 pha tạp và không pha tạp Cu
với các nồng độ khác nhau, và chế tạo thành công màng Ti 1-xCuxO2 trên đế FTO/thủy
tinh bằng phương pháp quay phủ. Đã thử nghiệm đo được dòng quang điện hóa trên
các màng điện cực TiO2 đã chế tạo. Các kết quả bước đầu đáng ghi nhận, khẳng định
tính đúng đắn trong định hướng nghiên cứu phát triển vật liệu và linh kiện biến đổi
năng lượng mặt trời.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Razykova T. M., Ferekides C. S., D. Morel, E. Stefanakos, H.S. Ullal, H.M.

Upadhyaya - Solar photovoltaic electricity: Current status and future
prospects, Solar Energy. 85 (2011) 1580.
2. Chapin D. M., Fuller C. S., Pearson G. L. - A New Silicon p-n Junction
Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power, J. Appl. Phys.

25 (1954) 676.
3. Green M. A., Emery K., King D. L., Igari S., Wilhelm Warta - Solar cell
efficiency tables (version 17), Prog. Photovoltaics Res. Appl. 9 (2001) 49.


4. Akira Fujishima, Kazuhito Hashimoto, Toshiya Watanabe (1996). TiO 2

phtocatalysis Fundamentals and Applications. Tokio, Japan, November 20.
5. Chuan-yi Wang, Joseph Rabani, Detlef W. Bahnemann, Jurgen K. Dohrmann

(2002). Photonic efficiency and quantum yield of formaldehyde formation
from methanol in the presence of various TiO2 photocatalysts. Journal of
Photochemistry and photobiology A. Chemistry, Vol 148, pp.169-176.
6. Mike Schmotzer (Grad Student), Dr. Farhang Shadman (Faculty Advisor)
(2004). Photocatalytic Degradation of Organics. Department of Chemical and
Enviroment Engineering, University of Arizona.
7. Fujishima A., Honda K. - Electrochemical Photolysis of Water at a
8.

9.

10.

11.
12.

13.

14.
15.

16.

17.

Semiconductor Electrode, Nature 238 (1972) 37.
Park Y., Kim W., Park H., Tachikawa T., Majima T., Choi W. - Carbon-doped
TiO2 photocatalyst synthesized without using an external carbon precursor
and the visible light activity, Appl. Catal. B: Enviromental. 91 (2009) 355361.
Kim M.-S., Nam W.K., Kim B.-W. - Preparation of porous carbon-doped
TiO2 film by sol.gel method and its application for the removal of gaseous
toluene in the optical fiber reactor, J. Indus. Engin. Chem. 17 (2011) 223-228.
Ly N. T., Hoang T. V., Ngo T. H. L., Nguyen V. C., Tran D. T., Do H. M., Vu
D. L., Nguyen X. N., Dao T. H., Le Q. H., Nguyen M. H., Le V. H. - TiO 2
incorporated with CuO and its optical properties, Adv. Nat. Sci.: Nanosci.
Nanotechnol. 3 (2012) 045009.
Cheng Z. - Solar Nanocomposite Materials, Advances in Nanocomposite
Technology, (2011) 1-46.
Dang T. C, Pham D. L., Le H. C., Pham V. H. - CdS sensitized ZnO
electrodes in photoelectrochemical cells, Adv. Nat. Sci.: Nanosci.
Nanotechnol. 1 (2010) 035010:6.
Dang T. C, Pham D. L., Le H. C., Pham V. H. - Electronic and optical
properties of the ZnO/CdS nanocomposite film prepared via thermal
evaporation technique, Journal of Science. 11 (2010) 92-98.
Van Hieu Nguyen and Bich Ha Nguyen, 2012 Adv. Nat. Sci.: Nanosci.
Nanotechnol. 3 023001
Nguyen Thi Hue etal., Photocatalytic decomposition of benzen by UV
illumination in presence of nano-TiO2. Proceeding of the 3rd International
Workshop on Nanotechnology and Application IWNA (2011) 310-313
T.M. Cuong, V.A. Tuan, D.T. Phuong , Study on synthesis and photocatalytic

activity of nano TiO2, Proc. IWNA 2009, Vung Tau, Vietnam, Nov.12-14,
2009, 456-459
Chuong, L.Q.T.Dung, D.Q. Khieu, Synthesis of nano TiO2 and its application
in photocatalysis, J. Korean Physical Society 52 (5) (2007) 1526-1529.


18. Nguyễn Việt Dũng, Báo cáo tổng hợp kết quả KHCN đề tài ” Nghiên cứu

phát triển và ứng dụng hệ thống xử lý ô nhiễm không khí TIOKRAFT trên cơ
sở vật liệu xúc tác TiO2”, Bộ KHCN Việt Nam 2013.