Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo điện cực cấu trúc nano ứng dụng trong linh kiện pin mặt trời hữu cơ và cảm biến điện hoá

Trong bối cảnh toàn cầu ngày càng chú trọng đến các giải pháp năng lượng bền vững và một môi trường sống xanh, công nghệ chế tạo pin mặt trời hữu cơ (OPV) và cảm biến điện hóa đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu nhờ tiềm năng phát triển mạnh mẽ. OPV được kỳ vọng thay thế công nghệ pin silicon truyền thống nhờ ưu điểm mỏng nhẹ, linh hoạt và chi phí sản xuất thấp, nhưng hiệu suất và độ bền phụ thuộc vào chất lượng điện cực. Hiện tại, điện cực ITO phổ biến có nhược điểm giòn và khan hiếm indium, thúc đẩy nghiên cứu các loại điện cực mềm dẻo, giá rẻ từ vật liệu như graphene, cacbon nanotube, sợi nano bạc và polyme dẫn. Tuy nhiên, các điện cực này vẫn còn thách thức về độ bền và độ gồ ghề bề mặt. Bên cạnh đó, các cảm biến điện hóa đóng vai trò quan trọng trong giám sát môi trường, nhưng hiệu quả phân tích phụ thuộc vào chất lượng điện cực làm việc, đòi hỏi khả năng tích lũy chất phân tích và truyền tải electron tốt. Các vật liệu điện cực cấu trúc nano, với diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện cao, cùng với các nhóm chức hữu cơ, đang là tâm điểm nghiên cứu để nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến.

Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu, dành cho các nhà nghiên cứu, khoa học và sinh viên trong lĩnh vực vật liệu nano, điện hóa, pin mặt trời hữu cơ và cảm biến môi trường.

Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo điện cực cấu trúc nano ứng dụng trong linh kiện pin mặt trời hữu cơ (OPV) và cảm biến điện hóa, nhằm đáp ứng các yêu cầu về độ truyền qua, độ dẫn điện, độ bền và độ gồ ghề bề mặt cho OPV, cũng như khả năng truyền tải điện tích tốt và diện tích hoạt động lớn cho cảm biến điện hóa. Mục tiêu chính là chế tạo điện cực cấu trúc nano dẻo, trong suốt, có độ dẫn điện và độ truyền qua cao trên đế plastic mềm dẻo cho OPV, và điện cực cấu trúc nano có diện tích hoạt động bề mặt lớn, khả năng truyền tải điện tích cao dựa trên vật liệu chứa nhóm chức hữu cơ cho cảm biến điện hóa phát hiện chất ô nhiễm trong nước với độ nhạy cao. Các nội dung nghiên cứu bao gồm tổng hợp và biến tính vật liệu nano phù hợp (như sợi nano bạc, graphene oxit, PEDOT:PSS, MOF lưỡng kim FeMg-BDC, CuBTC-CNT), chế tạo điện cực cấu trúc nano dẻo, trong suốt trên nền PET mềm dẻo cho OPV, và chế tạo điện cực cấu trúc nano chứa các nhóm chức hữu cơ cho cảm biến điện hóa phát hiện ion kim loại nặng và dư lượng kháng sinh. Luận án đã đạt được những đóng góp mới quan trọng, bao gồm việc chế tạo thành công điện cực dẻo, trong suốt PET/x-PVCn/AgNWép bằng phương pháp quang khắc kết hợp ép cơ học, cho thấy độ dẫn điện tốt, độ truyền qua cao, độ gồ ghề bề mặt thấp và ứng dụng hiệu quả trong linh kiện OPV với hiệu suất chuyển hóa năng lượng đạt 11,24% và độ bền uốn cao. Đồng thời, luận án cũng chế tạo thành công các cảm biến điện hóa mới dựa trên vật liệu cấu trúc nano tiên tiến chứa nhóm chức hữu cơ trên nền điện cực GCE và CPE, cụ thể là điện cực GCE biến tính rCNT giúp cải thiện khả năng truyền tải điện tích và nhận biết ENR; điện cực CPE biến tính MOF CuBTC và CNT có khả năng phân tích ENR với độ nhạy cao (giới hạn phát hiện 0,003 µM); và điện cực GCE biến tính rGO/FeMg-BDC có độ nhạy và độ bền cao khi phân tích Pb2+ trong nước (giới hạn phát hiện 9 ng/L và tín hiệu ổn định sau 10 lần đo liên tiếp).