Chế tạo và nghiên cứu sự phân bố của các kim loại chuyển tiếp (Mn, Cr, Fe) pha tạp trong vật liệu nano tinh thể bán dẫn ZnO và ZnS

Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Sài Gòn đã thực hiện đề tài: “Chế tạo và nghiên cứu sự phân bố của các kim loại chuyển tiếp (Mn, Cr, Fe) pha tạp trong vật liệu nano tinh thể bán dẫn ZnO và ZnS”. Đề tài do TS. Nguyễn Xuân Sáng làm chủ nhiệm và được thực hiện trong thời tian từ năm 2017 đến năm 2019.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau: Nghiên cứu cấu trúc khuyết tật điểm, tính chất quang điện tử của vật liệu oxit bán dẫn thấp chiều (ZnO, TiO2) khi pha tạp với kim loại chuyển tiếp hoặc composite với graphene/graphene oxit; tiếp xúc dị thể hình thành giữa vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng (vật liệu nền) và chất pha tạp cho biết những tính chất lý thú của vật liệu như hiện tượng tách cặp quang điện tử - lỗ trống, kéo dài thời gian sống của hạt dẫn, thay đổi vùng năng lượng, và thay đổi cấu trúc khuyết tật trong chất nền; khảo sát khả năng ứng dụng của các vật liệu chế tạo trong việc xử lý chất màu hữu cơ bằng phương pháp xúc tác quang vùng ánh sáng nhìn thấy.

Đề tài đã có những công bố song song về hai hệ vật liệu ZnO và TiO2. Các cấu trúc thấp chiều của ZnO đã được chế tạo thành công với độ đồng nhất cao (dạng hạt và dạng thanh). Vật liệu ống nano TiO2 đồng đều về đường kính cũng được chủ nhiệm đề tài làm chủ quy trình. Các nghiên cứu của đề tài chỉ ra rằng, sự hình thành tiếp xúc dị thể bằng pha tạp hoặc composite với các kim loại hoặc graphene đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài thời gian sống của các hạt điện tử - lỗ trống sinh ra ở bán dẫn nền. Vùng năng lượng của bán dẫn nền cũng thay đổi với xu hướng giảm dần khi pha tạp, điều này tạo ra sự tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Hơn nữa, khuyết tật điểm của các ion pha tạp cũng được nghiên cứu, lần đầu tiên bằng phương pháp cộng hưởng từ, kết quả của đề tài đã cho thấy sự thay đổi trạng thái oxi hóa của Cr3+ khi pha tạp với ZnO [NX Sang et al 2019 Semicond. Sci. Technol. 34 025013]. Từ đó, các cơ chế về sự tăng cường khả năng xúc tác quang bằng ánh sáng tự nhiên của ZnO pha tạp Cr3+ đã được đưa ra. Ngoài ra, bằng phương pháp đánh giá phổ huỳnh quang, sự giải thích cho khả năng cải thiện tính chất xúc tác quang của vật liệu ống nano TiO2/graphene cũng được đưa ra [NX Sang et al 2018 J. Phys. D: Appl. Phys.]. Sự tăng cường khả năng hấp phụ ánh sáng mặt trời tự nhiên cũng được giải thích [NX Sang et al 2018 Superlattice. Microst. 121, 9-15].

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16287/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)