Nghiên cứu chế tạo dây nano Bi2S3 và ứng dụng quang xúc tác của chúng trong việc xử lý môi trường

Bi₂S₃ là một chất bán dẫn có cấu trúc lớp mỏng thân thiện với môi trường, có năng lượng vùng cấm hẹp đã và đang được quan tâm nghiên cứu với tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực như năng lượng mới, xử lý môi trường. Sự hiểu biết sâu sắc về tính chất động lực học mạng tinh thể được kỳ vọng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm các giải pháp công nghệ chế tạo cũng như tiềm năng ứng dụng của các tinh thể nano Bi₂S₃.

Nhóm nghiên cứu của TS. Đỗ Thị Anh Thư và các cộng sự tại Viện Khoa học vật liệu đã chế tạo, tổng hợp thành công các dây nano Bi₂S₃ với đường kính 60-80nm, chiều dài trên 1 µm. Kết hợp giữa tính toán mô phỏng toàn diện dựa trên lý thuyết hàm mật độ và phổ micro Raman đã cung cấp sự hiểu biết về tính chất động lực học mạng tinh thể của các dây nano Bi₂S₃. Các tác giả đã chỉ ra rằng 10 mode dao động bắt nguồn từ chế độ đối xứng phonon quang (4A_g + 2B_1g + 3B_2g + 1B_3g), và đỉnh phổ tại 124 cm^-1 tương ứng với mode hồng ngoại (IR). Khảo sát hiệu suất quang xúc tác trong việc khử nước thải chứa Cr⁶⁺ khẳng định rằng các dây nano Bi₂S₃ là một ứng cử viên tiềm năng cho việc xử lý môi trường bằng xúc tác quang hóa.

Hình bên trái: Phổ micro-Raman của các dây nano Bi₂S₃ với phổ thực nghiệm (màu đỏ) được phân giải thành các mode (màu xanh);
hình bên phải: minh họa cơ chế khử Cr⁶⁺ quang xúc tác trên dây nano Bi₂S₃.

Kết quả này của nhóm nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế uy tín The Journal of Physical Chemistry C (IF = 4.18), 125 (2021), "Bi2S3 Nanowires: First-Principles Phonon Dynamics and Their Photocatalytic Environmental Remediation".