BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC PHENIKAA
ĐỖ VĂN KIỆM
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẤU TRÚC NANO Sn VÀ SnO2 TRÊN
NHIỀU ĐIỆN CỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA NHẰM ỨNG
DỤNG TRONG CẢM BIẾN KHÍ VÀ PHẢN ỨNG TÁCH NƯỚC
Ngành: Khoa học vật liệu
Mã số ngành: 9440122
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI – NĂM 2025
Công trình được hoàn thành tại Đại học Phenikaa
Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Lê Mạnh Tú
Người hướng dẫn 2: GS.TS. Nguyễn Văn Hiếu
Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Đại học Phenikaa
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
Tạp chí quốc tế
1. Kiem Do Van, Nguyen Van Hieu, Tu Le Manh, Tin electronucleation and
growth from Sn(II) in nonaqueous solutions based on ethylene glycol:
Electrochemical behavior and temperature effect, Transactions of Nonferrous
Metals Society of China, 34(8):2714-2732, https://doi.org/10.1016/S1003-
6326(24)66571-4.
2. Kiem Do Van, Nguyen Van Hieu, Thomas Chung-Kuang Yang and Tu Le
Manh, Rapid Detection of Ultralow H2S Concentration with on-chip
Fabrication of SnO2-based Gas Sensors by Direct Electrodeposition from
Non-Aqueous Solvents, Journal of The Electrochemical Society, 171(9),
https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ad790f.
Kỷ yếu hội nghị quốc tế
1. Kiem Do Van, Nguyen Van Hieu, Chu Thi Xuan, Tang Son Nguyen, Tu
Le Manh, Diffusion-controlled growth of Tin electrodeposition from
nonaqueous solvents, Proceeding of the 5th international conference on
advance materials and nanotechnology, (2022) 170-174, ISBN: 988-604-316-
915-7, [ICAMN2022].
2. Kiem Do Van, Nguyen Van Hieu, Sridharan Balu, Thomas Chung-Kuang
Yang, and Tu Le Manh, Synthesis of platinum-doped tin dioxides by
hydrothermal root in a non-aqueous solvent based on ethylene glycol for
overall electrochemical splitting of water, Proceedings of the 4th Annual
International Conference on Material, Machines, and Methods for Sustainable
Development (MMMS2024): Volume 1: Advanced Materials and
Manufacturing Technologies, 231, Springer Nature.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, việc phát triển các vật liệu tiên tiến phục vụ cho
công nghệ năng lượng bền vững và giám sát môi trường, chẳng hạn như cảm
biến khí và chất xúc tác điện hóa, đã thu hút sự quan tâm đáng kể từ cộng đồng
khoa học toàn cầu. Hiệu suất của các vật liệu này bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi
đặc điểm cấu trúc, hình thái và phương pháp tổng hợp của chúng. Do đó, nhiều
phương pháp chế tạo đã được nghiên cứu, bao gồm thủy nhiệt, lắng đọng hơi
hóa học (CVD), kéo sợi điện (electrospinning) và điện phân (electrodeposition),
mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng trong việc điều chỉnh các đặc
tính của vật liệu cho từng ứng dụng cụ thể. Trong số các phương pháp trên,
phương pháp điện phân có nhiều ưu điểm trong chế tạo cảm biến khí và chất
xúc tác điện hóa, chẳng hạn như quy trình đơn giản, chi phí sản xuất thấp, độ
nhạy cao và tiêu tốn ít năng lượng. Nhiều công trình đã công bố tính hiệu quả
của phương pháp này trong việc phát triển cảm biến khí và chất xúc tác điện
hóa. Ví dụ, Jacobs và cộng sự, trong một nghiên cứu về chế tạo đa cảm biến
được tổng hợp bằng phương pháp điện phân, đã chứng minh khả năng phát hiện
đồng thời H2S, amoniac (NH3) và carbon monoxide (CO). Pan và cộng sự đã
chế tạo oxit kẽm (ZnO) trên nền gallium nitride (GaN) bằng phương pháp kéo
sợi điện để làm cảm biến khí ethanol, cho thấy độ nhạy ấn tượng (Ra/Rg =
26,9). Tương tự, các nanorod ZnO mọc trên GaN cũng đã được chế tạo thành
công nhằm nâng cao khả năng phát hiện khí H₂S. Poongodi và cộng sự đã
nghiên cứu màng mỏng cấu trúc nano WO₃ chế tạo bằng kéo sợi điện cho ứng
dụng cảm biến khí, trong đó màng mỏng dạng vảy WO₃ cho thấy khả năng phát
hiện khí H₂S với độ nhạy cao. Mặt khác, điện phân cũng nổi lên như một kỹ
thuật hiệu quả và linh hoạt trong chế tạo chất xúc tác điện hóa cho hệ thống
phân tách nước, nhờ khả năng tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano với hoạt tính
xúc tác cao. Chẳng hạn, Suman và cộng sự đã báo cáo thành công việc lắng
2
đọng màng mỏng SnSe thể hiện sự ổn định xúc tác sau 12 giờ hoạt động bằng
phương pháp điện hóa và tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đọng
đến hiệu suất điện hóa trong quá trình tách nước. Ngoài ra, Sn và Se cũng đã
được lắng đọng cùng với ZnS làm chất xúc tác cho phản ứng tiến hóa oxy
(OER), cho thấy hiệu suất tách nước cao và ổn định. Các nghiên cứu này đã
chứng minh rằng các oxit bán dẫn kim loại (SMO) được tổng hợp bằng phương
pháp điện hóa đơn giản có nhiều triển vọng, làm nổi bật tiềm năng kép của
chúng không chỉ trong cảm biến khí mà còn trong các ứng dụng tách nước. Tuy
nhiên, hầu hết các nghiên cứu hiện tại đều tập trung vào quá trình lắng đọng
điện phân thời gian dài trong dung môi nước để thu được vật liệu mong muốn,
đồng thời gặp nhiều khó khăn trong việc kiểm soát hình thái của chúng. Trong
khi đó, các giai đoạn đầu của quá trình điện phân- đặc biệt là cơ chế tạo mầm
và phát triển trên các điện cực khác nhau (ví dụ, vi điện cực bạch kim (PtME)
thường được sử dụng trong cảm biến khí và bọt niken (NiF) thường được dùng
trong phản ứng tách nước) — đóng vai trò quyết định trong việc hình thành các
nguyên tử lắng đọng đầu tiên trên bề mặt nền, từ đó chi phối hình thái và tính
chất của chúng. Tuy nhiên, những khía cạnh này vẫn chưa được hiểu rõ đầy đủ.
Bên cạnh đó, dung dịch điện phân thường được lựa chọn trong môi trường nước
hoặc axit/kiềm, vốn có độc tính cao, dẫn đến chi phí xử lý chất thải lớn, hiện
tượng sinh ra hydro trong quá trình điện phân, và hiệu suất catôt thấp. Gần đây,
các dung môi phi nước (chẳng hạn như chất lỏng ion (ILs), dung môi eutectic
sâu (DESs) và ethylene glycol (EG)) được đề xuất rộng rãi cho quá trình điện
phân kim loại và oxit. Những dung môi này có nhiều ưu điểm so với các chất
điện phân truyền thống dựa trên axit hoặc kiềm, như quy trình chuẩn bị đơn
giản, hầu như không giải phóng hydro trong quá trình điện phân, độ ổn định cao
(ít bay hơi), và bản thân các thành phần cấu tạo tương đối rẻ và không độc hại –
điều rất quan trọng cho quy trình mở rộng quy mô sản xuất. Liên quan đến ứng
dụng của DES, một số nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng trong việc lắng đọng điện
hóa kim loại và hợp kim. Tran và cộng sự cho rằng quá trình lắng đọng kẽm từ