(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu cấu trúc của màng ETFE trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton bằng các kỹ thuật phân tích phổ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Hồ Diệu Linh NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MÀNG ETFE TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON BẰNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH PHỔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Hồ Diệu Linh NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MÀNG ETFE TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON BẰNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH PHỔ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8440130.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồng Chí Hiếu TS Nguyễn Tiến Cường TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Bằng lịng chân thành nhất, Tơi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới TS Hồng Chí Hiếu TS Nguyễn Tiến Cường – người thầy với lịng nhiệt huyết ln bảo tận tình cho từ ngày đầu học tập tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi học Thầy kiến thức chun mơn mà cịn kỹ làm việc, kỹ sống Tiếp theo, Tôi xin gửi lời cảm ơn tới nhóm nghiên cứu TS Trần Duy Tập (Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh) giúp tơi có liệu thực nghiệm đáng q Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy, Cô Bộ môn Quang lượng tử Bộ môn Tin vật lý giúp đỡ trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Nhà Trường, Phòng Sau Đại học, Khoa Vật Lý tạo điều kiện cho Tôi suốt q trình học tập nhà trường Cuối cùng, Tơi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người ủng hộ động viên vượt qua khó khăn sống để tơi hồn thành luận văn Mặc dù Tơi cố gắng để hoàn thiện luận văn, hạn chế thời gian, kinh nghiệm kiến thức nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm ý kiến đóng góp, bảo Thầy Cơ, anh chị bạn để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức thân Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2018 Học viên cao học i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU MÀ NG TRAO ĐỔI PROTON 1.1 Tổ ng quan về pin nhiên liêụ 1.1.1 Lich ̣ sử .4 1.1.2 Cấ u ta ̣o và nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng 1.1.3 Phân loa ̣i 1.1.4 Hiê ̣u suấ t 1.1.4.1 Hiê ̣u suấ t theo lý thuyế t 1.1.4.2 Trong thực tế 1.1.5 Ưu, nhươ ̣c điể m .9 1.1.6 Ứng du ̣ng 11 1.2 Tổ ng quan về Pin nhiên liêụ màng trao đổ i proton 12 1.2.1 Cấ u ta ̣o 12 1.2.2 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng .13 1.2.3 Ưu, nhươ ̣c điể m và ứng du ̣ng 14 1.2.4 Các loa ̣i pin nhiên liê ̣u màng trao đổ i proton 16 1.2.5 Các kỹ thuật phân tích phổ 19 1.2.6 Tổng quan nghiên cứu gần 19 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, THỰC NGHIỆM VÀ TÍ NH TOÁN PHỔ RAMAN 25 2.1 Cơ sở lý thuyế t về phương pháp phân tích phổ dao đô ̣ng Raman 25 2.1.1 Lich ̣ sử quang phổ ho ̣c Raman 25 2.1.2 Nguồ n gố c và cấ u trúc 26 2.1.3 Các quan điể m lý thuyế t về phổ tán xa ̣ Raman 27 2.1.4 Ưu điểm, nhươ ̣c điể m 30 ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2.1.5 Ứng du ̣ng 31 2.2 Kỹ thuâ ̣t kích thích và thu phổ tán xa ̣ Raman 31 2.2.1 Sơ đồ kích thić h tán xa ̣ Raman .31 2.2.2 Kỹ thuâ ̣t thu phổ tán xa ̣ Raman .33 2.3 Tính toán và mô phỏng 36 2.3.1 Lý thuyết phiếm hàm mật độ 36 2.3.2 Tính tốn phổ Raman 41 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHỔ RAMAN THỰC NGHIỆM .42 3.1 Quy trình tổng hợp mẫu đo phổ Raman 42 3.1.1 Quy trình tổng hợp mẫu 42 3.1.2 Quy trình đo phổ Raman 43 3.2 Phổ Raman thực nghiệm ETFE nguyên thủy 44 3.3 Phổ ETFE ghép mạch 45 3.3.1 Phổ ETFE ghép mạch 15,8% 45 3.3.2 Phổ ETFE ghép mạch 21,3% 48 3.3.3 Phổ ETFE ghép mạch 35,9% 49 3.4 Phổ ETFE sunfo hóa 52 3.4.1 Mẫu ETFE sunfo hóa theo tỷ lệ phần trăm đo laser 632,81nm 52 3.4.2 So sánh phổ ETFE sunfo hóa theo tỷ lệ phần trăm 55 3.5 So sánh phổ Raman thực nghiệm ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch ETFE sunfo hóa 56 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG PHỔ RAMAN .59 4.1 Mơ hình tham số tính tốn 59 4.2 ETFE nguyên thủy 60 4.3 ETFE ghép mạch Styrene 65 4.3.1 Phổ Raman Styrene 66 4.3.2 Phổ Raman ETFE ghép mạch styrene .68 4.3.3 So sánh phổ Raman mẫu ETFE nguyên thủy, Styrene ETFE ghép mạch 71 4.4 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 73 4.4.1 Phổ Raman Benzensulfonic acid 73 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.4.2 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 74 4.4.3 So sánh phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, axit Benzensulfonic, ETFE sunfo hóa .76 4.4.4 So sánh phổ Raman màng ETFE nguyên thủy, ghép mạch sunfo hóa 79 4.5 So sánh phổ Raman thực nghiệm mô 80 KẾT LUẬN 83 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo pin nhiên liệu Hình 1.2 Cấ u ta ̣o của pin nhiên liê ̣u màng trao đổ i proton 12 Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro 14 Hình 1.4 Cấu trúc Nafion 16 Hình 1.5 Hình trích lược từ nghiên cứu [27] 20 Hình 1.6 Hình trích lược từ nghiên cứu [28] 20 Hình 1.7 Hình trích lược từ khóa luận tốt nghiệp [6] 21 Hình 1.8 Hình trích lược từ [5] 21 Hình 1.9 Hình trích lược từ [3] 22 Hình 1.10 Hình trích lược từ [4] 24 Hình 2.1 Cơ chế phát xa ̣ quang phổ Raman 27 Hình 2.2 Sự chuyể n dời các mức lươ ̣ng tán xa ̣ Raman 29 Hình 2.3 Mô ̣t số sơ đồ kić h thić h phổ tán xa ̣ Raman bằ ng laser 32 Hình 2.4 Sơ đồ phổ kế raman laser 34 Hình 2.5 Sơ đồ quang ho ̣c của phổ kế FT-Raman 35 Hình 2.6 Sơ đồ Kohn-Sham tính tốn DFT 40 Hình 3.1 Quy trình tổng hợp mẫu ETFE ghép mạch sunfo hóa từ mẫu ETFE nguyên thủy [3] 42 Hình 3.2 Phổ Raman mẫu ETFE nguyên thủy đo với laser 632,81nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 44 Hình 3.3 Phổ Raman mẫu ETFE ghép mạch 15,8% đo với laser 632,81nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 46 Hình 3.4 Phổ Raman của mẫu ETFE ghép mạch 21,3 % đươ ̣c chiế u bởi laser 632,81 nm vùng phổ từ - 4000 cm-1 .48 Hình 3.5 Phở Raman của mẫu ETFE ghép mạch 35,9 % đươ ̣c chiế u bởi laser 632,81 nm vùng phổ từ 0- 4000 cm-1 50 Hình 3.6 Phổ Raman mẫu ETFE ghép mạch đo với bước sóng 632,81nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 .51 Hình 3.7 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 15,9% đo với laser 632.81 nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 .53 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 3.8 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 22,1% đo với laser 632.81 nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 .54 Hình 3.9 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 38% đo với laser 632.81 nm vùng số sóng từ 0-4000 cm-1 .54 Hình 3.10 Phổ Raman mẫu ETFE sunfo hóa chiếu laser 632,81nm 55 Hình 4.1 Các mơ hình tính tốn cho (a) ETFE nguyên thủy, (b) ETFE ghép mạch (c) ETFE sunfo hóa 59 Hình 4.2 Phổ Raman ETFE nguyên thủy (n=2) 61 Hình 4.3 Phổ Raman ETFE nguyên thủy (n=3) 62 Hình 4.4 Phổ Raman ETFE nguyên thủy (n=4) 62 Hình 4.5 Phổ Raman Styrene (n=3) 66 Hình 4.6 Phổ Raman ETFE ghép mạch styrene 69 Hình 4.7 Phổ Raman ETFE nguyên thủy, Styrene ETFE ghép mạch 72 Hình 4.8 Phổ Raman Benzensulfonic acid 73 Hình 4.9 Phổ Raman mẫu ETFE sunfo hóa 75 Hình 4.10 Phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, axit Benzensulfonic 78 ETFE sunfo hóa .78 Hình 4.11 Phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch ETFE sunfo hóa 79 Hình 4.12 Phổ Raman mẫu ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch, ETFE sunfo hóa: (a) theo lý thuyết (b) theo tính tốn mơ 81 vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loa ̣i pin nhiên liê ̣u theo chấ t điê ̣n phân Bảng 3.1 Thông số chế độ đo với laser có bước sóng 632,81 nm 43 Bảng 3.2 Các số sóng đo với laser 632,81nm mẫu ETFE nguyên thủy 45 Bảng 3.3 Các số sóng đo với laser 632,81nm mẫu ETFE ghép mạch 15,8% 47 Bảng 3.4 Các số sóng đo với laser mẫu ETFE ghép mạch 21,3% 48 Bảng 3.5 Các số sóng đo với laser mẫu ETFE ghép mạch 35.9% 50 Bảng 3.6 Các số sóng đo với laser 632.81 nm mẫu ETFE theo tỷ lệ ghép mạch 52 Bảng 3.7 Các số sóng đo với laser 632,81nm mẫu ETFE sunfo hóa 55 Bảng 4.1 Các tham số tính tốn tối ưu hóa cấu trúc 60 Bảng 4.2 Các tham số tính tốn phổ Raman mode dao động 60 Bảng 4.2 Số sóng mode dao động tương ứng ETFE nguyên thủy đo với laser 632,81 nm 63 Bảng 4.3 Một số mode dao động đặc trưng ETFE nguyên thủy .64 Bảng 4.4 Số sóng mode dao động tương ứng Styrene 66 Bảng 4.5 Số sóng mode dao động ETFE ghép mạch styrene 69 Bảng 4.6 Một vài số sóng mode dao động tương ứng Benzensulfonic acid.74 vii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Ngày nay, sống sử dụng nhiều lượng Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu hóa thạch có tự nhiên giới dầu hỏa, than đá, khí gas tự nhiên,… ngày cạn kiệt ảnh hưởng tiêu cực đến mơi trường xung quanh Chính việc tìm kiếm nguồn lượng thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết Trong nguồn lượng có khả lựa chọn lượng mặt trời, lượng gió, lượng hạt nhân, địa lượng,… Ngồi ra, có nguồn lượng có nhiều tiềm Pin nhiên liệu (Fuel Cell) Trong số loại pin nhiên liê ̣u pin nhiên liê ̣u màng dẫn proton (PEMFCProton exchange membrane fuel cell) quan tâm hàng đầu có nhiều ưu điểm như: Sử dụng nhiên liệu đầu vào Hydro Oxy khơng khí, sản phẩm đầu thân thiện với môi trường, thời gian khởi động nhanh, hiệu suất chuyển hóa lượng cao, tạo dịng điện liên tục có nguồn cung cấp liên tục,… Ở số nước tiên tiến Hoa Kỳ, Nhật Bản, pin nhiên liệu màng dẫn proton ETFE (Ethylene Tetraflourothylene) ứng dụng thiết bị phát điện xe tơ nhiên liệu hiệu suất cao Trên thị trường có số màng thương mại như: Nafion, Aquivion, Acipex, Dais,…nổi bật Nafion - vật liệu sử dụng phổ biến cho pin nhiên liệu Tuy nhiên tính dẫn proton Nafion bị ảnh hưởng nhiệt độ, giá thành đắt khó khăn q trình tổng hợp [16, 17] Chính thế, cần tìm vật liệu lai hóa Nafion để khắc phục nhược điểm Với hướng nghiên cứu ấy, PEM ETFE (Polystyrenesulfonic acid grafted polyethyleneco-tetraflouroethylene) trở thành vật liệu đầy tiềm cho màng dẫn proton pin nhiên liệu Trong trình tổng hợp PEM ETFE, ta cần nghiên cứu cấu trúc màng điện cực polymer kỹ thuật phân tích phổ phổ tán xạ góc nhỏ, phổ hủy positon, phổ tần số tổng, phổ FT-IR,… Trong đó, kỹ thuật phân tích phổ Raman có nhiều ưu điểm độ nhạy cao, phân tích khơng phá hủy mẫu, có sẵn thư viện phổ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng 4.6 Một vài số sóng mode dao động tương ứng Benzensulfonic acid 61 cm-1 114 cm-1 303 cm-1 429 cm-1 542 cm-1 695 cm-1 1121 cm-1 1305 cm-1 3635 cm-1 4.4.2 Phổ Raman ETFE sunfo hóa 74 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 0.008 10 0.06 720 507 intensity (arb.units) intensity (arb.units) 0.05 0.04 50 0.03 114 159 0.02 745 572 0.004 815 624 887 954 0.01 0.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0.000 500 500 wavelength (cm-1) 0.010 600 700 800 900 1000 wavelength (cm-1) 0.004 1454 3091 2621 1119 intensity (arb.units) intensity (arb.units) 0.003 1621 1223 0.005 1280 1055 2695 2892 2970 0.002 2571 2749 0.001 3602 0.000 0.000 1000 1200 1400 1600 2700 1800 3000 3300 3600 wavelength (cm-1) wavelength (cm-1) Hình 4.9 Phổ Raman mẫu ETFE sunfo hóa Bảng 4.7 Một vài số sóng mode dao động phổ Raman mẫu ETFE sunfo hóa Số 10 cm-1 50 cm-1 113 cm-1 159 cm-1 285 cm-1 507 cm-1 sóng 11 75 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 51 70 114 507 572 624 720 745 815 887 954 1055 1119 1223 1280 1454 1621 2571 2621 2571 2621 2695 2749 2892 2939 2970 3007 3091 3602 720 cm-1 745 cm-1 887 cm-1 1119 cm-1 1417 cm-1 1454 cm-1 1621 cm-1 2571 cm-1 2749 cm-1 2892 cm-1 3091 cm-1 3602 cm-1 4.4.3 So sánh phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, axit Benzensulfonic, ETFE sunfo hóa Từ hình 4.10 phân tích chi tiết phía trên, có nhận xét sau: 76 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com + Trong vùng từ 0-200 cm-1, mẫu Benzensulfonic axit hoạt động tương đối mạnh với đỉnh số sóng 61 cm-1, 114 cm-1, phổ raman mẫu ETFE nguyên thủy có số sóng vùng cường độ yếu Vì phổ raman mẫu ETFE sunfo hóa, ta thấy vùng 0-200 cm-1 đỉnh có cường độ lớn đóng góp chủ yếu từ dao động axit Benzensulfonic (vịng thơm bị sunfo hóa) + Có số đỉnh xuất phổ raman mạch Benzensulfonic 1121 cm-1, 1622 cm-1, 3635 cm-1 đỉnh đặc trưng dao động nhóm Benzensulfonic Sau sunfo hóa, phổ raman mẫu ETFE sunfo hóa xuất số sóng tương ứng bị dịch chuyển nhẹ 1119 cm-1, 1621 cm-1, 3602 cm-1 + Các đỉnh vùng từ 2500-2750 cm-1 , cụ thể số sóng 2632 cm-1, 2706 cm-1 ( dao động stretching CH3 cuối mạch ETFE nguyên thủy) đóng góp lên xuất phổ raman mẫu ETFE sunfo hóa Hai đỉnh không quan sát phổ thực nghiệm, mạch thực nghiệm dài nhiều so với mơ hình tính tốn nên đóng góp CH3 thực nghiệm không đáng kể 77 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4.10 Phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, axit Benzensulfonic ETFE sunfo hóa 78 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.4.4 So sánh phổ Raman màng ETFE nguyên thủy, ghép mạch sunfo hóa Hình 4.11 Phổ Raman ba mẫu ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch ETFE sunfo hóa 79 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4.11 cho ta thấy nhìn tổng quát phổ raman mẫu ETFE nguyên thủy, ghép mạch, sunfo hóa: + Phổ Raman ETFE ghép mạch sunfo hóa có vùng 0-250 cm-1 với cường độ lớn, nguyên nhân đóng góp dao động mạch Styrene ghép vào ETFE nguyên thủy + So với ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch có thêm số sóng 45, 164, 1003, 1638, 2900, 2938 2996 cm-1 + So với ETFE nguyên thủy, ETFE sunfo hóa có thêm số sóng 50, 159, 720, 745, 1003, 1621,2892, 3091 3602 cm-1 + Các đỉnh vùng từ 2500-2750 cm-1 (tương ứng với dao động stretching CH3 cuối mạch ETFE nguyên thủy) đóng góp lên xuất phổ Raman ETFE ghép mạch ETFE sunfo hóa Hai đỉnh khơng quan sát phổ thực nghiệm, mạch thực nghiệm dài nhiều so với mơ hình tính tốn nên đóng góp CH3 thực nghiệm không đáng kể 4.5 So sánh phổ Raman thực nghiệm mô Tổng quát tồn kết Phổ thực nghiệm tính tốn mơ phỏng, ta có số nhận xét sau: + Phổ ETFE nguyên thủy: Có tương đồng vị trí đỉnh phổ thực nghiệm phổ mơ Vùng phổ từ 0-1500 cm-1 có trùng khớp nhiều đỉnh 322 cm-1, vị trí đỉnh có dịch chuyển khơng đáng kể số sóng 834 cm-1, 1042 cm-1, 1324 cm-1, 1443 cm-1 Vùng phổ xung quanh 3000 cm-1 xuất thực nghiệm lý thuyết mơ Phổ tính tốn mơ cịn cho thấy xuất rõ đỉnh số sóng 2633 cm-1, 2706 cm-1 ứng dao động stretching nhóm CH3 mà phổ thực nghiệm khơng thấy xuất Điều giải thích mạch thực nghiệm dài nhiều so với mơ hình tính tốn nên đóng góp CH3 thực nghiệm không đáng kể + Phổ ETFE ghép mạch: Cũng có tương đồng rõ rệt phổ thực nghiệm tính tốn mơ Vùng 0-400 cm-1 tăng mạnh đóng góp styrene 80 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tương tự, vùng từ 500- 1750 cm-1 , vùng từ 2500-3200 cm-1 tương đồng vị trí đỉnh phổ Hơn nữa, tính tốn mơ rõ đóng góp chất số sóng xuất ETFE ghép mạch Hình 4.12 Phổ Raman mẫu ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch, ETFE sunfo hóa: (a) theo lý thuyết (b) theo tính tốn mơ + Phổ ETFE sunfo hóa: Khi sunfo hóa, mẫu PEM ETFE cho thấy rõ đóng góp mạch sunfo hóa vào phổ Raman vùng từ 0-2000 cm-1 Tuy nhiên, đo mẫu PEM ETFE với laser 632.81 nm vùng phổ 2500 cm-1 nhiễu, dùng tính tốn mơ kết tốt giải thích đóng góp chất số sóng xuất ETFE Cần phải đo lại phổ Raman mẫu ETFE sunfo hóa với bước sóng laser khác để kiểm nghiệm 81 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Như vậy, việc so sánh phổ Raman mẫu ETFE nguyên thủy, ETFE ghép mạch, ETFE sunfo hóa thực nghiệm với tính tốn mô cho thấy phù hợp tốt Kết tính tốn mơ giúp hiểu chất mode dao động, để giải thích thực nghiệm đồng thời giúp người làm thực nghiệm có thêm kênh tham khảo để phân tích kết thu được, từ làm điều chỉnh quy trình chế tạo mẫu cách đo cho phù hợp 82 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu tính chất cấu trúc màng ETFE trường hợp ETFE nguyên thủy, ghép mạch styrene sunfo hóa sử dụng kỹ thuật phân tích phổ FT-Raman thực nghiệm tính tốn mơ phổ Raman dựa lý thuyết phiếm hàm mật độ Phân tích phổ thực nghiệm giúp phát số sóng, vài nhóm đặc trưng liên kết màng ETFE Tính tốn mơ giúp hiểu chất số sóng, mode dao động tương ứng, thay đổi dịch chuyển số sóng màng ETFE tăng chiều dài mạch Đồng thời hiểu chất phân loại đóng góp số sóng đặc trưng màng ETFE ghép styrene sunfo hóa Thơng qua kết nghiên cứu luận văn, tác giả rút số kết luận quan trọng sau: Phân tích phổ Raman thực nghiệm: 1.1 Đối với ETFE nguyên thủy, cho ta nhận biết số sóng, vài nhóm đặc trưng liên kết màng ETFE nguyên thủy 1.2 Đối với trường hợp ETFE ghép mạch styrene: Các số sóng đặc trưng cho ETFE nguyên thủy xuất ETFE ghép mạch có chênh lệch số sóng tăng dần mức độ ghép mạch Trong đó, đỉnh đặc trưng vịng thơm styrene có số sóng chênh lệch So với ETFE nguyên thủy, cường độ đỉnh có xu hướng tăng không tuân theo quy luật thống Xuất thêm số vùng số sóng đặc trưng khơng có ETFE ngun thủy vùng: 790-795, 990-1000, 1595-1605, 30503055 cm-1 1.3 Đối với mẫu ETFE sunfo hóa: Các số sóng đặc trưng cho ETFE nguyên thủy không xuất ETFE sunfo hóa với trường hợp ETFE ghép mạch So với ETFE nguyên thủy, cường độ đỉnh có xu hướng tăng không tuân theo quy luật thống Xuất thêm số vùng số sóng đặc trưng khơng có ETFE ngun thủy vùng quanh 550, 83 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 670, 990, 110, 1600, 1850 cm-1 Vùng phổ với số sóng lớn 2500cm-1 bị nhiễu, cần phải đo laser bước sóng khác để kiểm chứng Tính tốn mơ phỏng: 2.1 Kết tính tốn mơ phổ Raman cho mạch ETFE nguyên thủy số sóng đặc trưng chất mode dao động tương ứng Kết tính tốn có dịch chuyển khơng đáng kể số sóng tăng chiều dài mạch Kết so sánh cho thấy, phổ Raman ETFE ngun thủy tính tốn mô lý thuyết phiếm hàm mật độ phù hợp với thực nghiệm 2.2 Kết tính tốn mơ cho mạch ETFE ghép styrene giúp phân tách đâu số sóng đặc trưng mạch ETFE nguyên thủy, đâu số sóng đặc trưng styrene Kết quy luật dịch chuyển số sóng chất mode dao động tương ứng ETFE ghép mạch styrene Đồng thời so sánh với thực nghiệm giúp ta hiểu thêm vị trí đỉnh xuất tăng tỷ lệ ghép mạch 2.3 Kết tính tốn mơ cho mạch PEM ETFE giúp phân tách đâu số sóng đặc trưng ETFE nguyên thủy, đâu số sóng đặc trưng Benzensulfonic acid Kết quy luật dịch chuyển số sóng chất mode dao động tương ứng ETFE sunfo hóa Kết có phù hợp đáng kể với thực nghiệm Các kết phân tích thực nghiệm tính tốn mơ so sánh cho thấy phù hợp với Kết tính tốn mơ giúp cho hiểu rõ tính chất cấu trúc, số sóng đặc trưng, quy luật dịch chuyển chất mode dao động tương ứng kết thực nghiệm Từ góp phần giúp nhận định trình tổng hợp mẫu ETFE thành cơng hay chưa? Khi tiến tới trạng thái bão hóa việc ghép mạch styrene trình sunfo hóa Các thơng tin góp phần định hướng việc thay đổi nhân tố thực nghiệm chế tạo màng ETFE ứng dụng làm màng dẫn Pin nhiên liệu trao đổi proton 84 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Phạm Văn Bền (2011), Quang phổ phân tử hai nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Thế Bình (2004), Kỹ thuật laser, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [3] Lê Y Khoa (2017), Ứng dụng phổ hồng ngoại nghiên cứu cấu trúc màng điện cực polymer, Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh, Thành Phố Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Văn Lin (2018), Khảo sát cấu trúc phân tử màng điện cực polymer sử dụng pin nhiên liê ̣u phương pháp phổ Raman, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại hc Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Duy Phước (2017), Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Trần Thị Thùy Trang (2015), Nghiên cứu phân bố kích thước cấu trúc nano màng dẫn proton sử dụng cho pin nhiên liệu phổ xạ hủy positron, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Tài liệu Tiếng Anh [7] F.N Buchi, B.Gupta, O.Hass and G G Scherer, Electrochim Acta, 40 (1995) 345 [8] E.C Corbett, V.Zichy, J.Goral, C.Passingham (1991), “Fourier transform Raman studies of materials and compounds of biological importance – The effect of moisture on the molecular structure of the alpha and beta anomers of D–Glucose”, Spectrochimeca Acta, 47A (9/10), pp 1399-1441 [9] Gérard Calleja, Axel Houdayer, Sylvie Etienne-calas, David Bourgogne, Valérie Flaud, Gilles Silly, Sota Shibahara, Atsushi Takahara, Alex Jourdan, Andre´ Hamwi, Bruno Ameduri (2011), “Conversion of Poly(ethylene-alt- tetrafluoroethylene) Copolymers into Polytetrafluoroethylene by Direct 85 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Fluorination: A Convenient Approach to Access New Properties at the ETFE Surface”, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 49, pp 1517–1527 [10] Department of Energy EERE website (2010), “Type of Fuel Cell”, at the Wayback Machine [11] John R Ferraro, Kazuo Nakamoto and Chris W.Brown (2003), Introductory Raman Spectroscopy, Second Edition [12] T.R Gilson, P.J.Hendra (1970), Laser Raman spectroscopy, Wileyinterscence A.Division of John Wiley et sons Ltd, London New York Sydney Toronto [13] Grove, William Robert (1839) "On Voltaic Series and the Combination of Gases by Platinum", Philosophical Magazine and Journal of Science XIV (86–87): 127–130 [14] J Huslage, T Rager, B Schnyder and A Tsukada, Electrochim Acta 48 (2002) 247 [15] Kakati, B K.; Deka, D (2007), "Effect of resin matrix precursor on the properties of graphite composite bipolar plate for PEM fuel cell", Energy & Fuels [16] J.A Kerres (2001), Journal of Membrane Science 185 (2001) [17] K.D Kreuer (2001), Journal of Membrane Science, 185 (2001) 29 [18] K.D Kreuer, A Fuchs, M Ise, M.Spaeth and J Maier, Electrochim Acta 43 (1998) 1281 [19] Peter Larkin (2010), Infrared and Raman spectroscopy principles and spectral interpretation, Elsevier, USA [20] Wai Hin Lee, Carol Crean, John R Varcoe and Rachida Bance-Soualhi (2017), “A Raman spectro-microscopic investigation of ETFE-based radiation grafted anion-exchange membranes”, RSC Advances, 7, pp 47726 [21] S.D Mikailenko, S.M.J.Zaidi, S Kaliaguine (2001), Journal of Polymer Science: Part b: Polymer Physics, 38 (2000) 1386 86 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [22] Nice, Karim, (2011) "How Fuel Processors Work", HowStuffWorks, accessed August 2011 [23] Julia Ponce-Gonzalez, Daniel K Whelligan, Lianqin Wang, Rachida BanceSoualhi, Ying Wang, Yanqiu Peng, Hanqing Peng, David C Apperley, Himanshu N Sarode, Tara P Pandey, Ashutosh G Divekar, Soenke Seifert, Andrew M Herring, Lin Zhuang and John R Varcoe (2016), “High performance aliphatic-heterocyclic benzyl-quaternary ammonium radiationgrafted anion-exchange membranes”, Energy & Environmental Science, 9, pp 3724 [24] Bernhard Schrader (1995), Infrared and Raman spectroscopy, Methods and Application [25] Shahrukh Shamim, K.Sudhakar, Brajesh Choudhary and Jamil Anwar (2015), “A review on recent advances in proton exchange membrane fuel cells: Materials, technology and applications”, Pelagia Research Library, [26] The Lon don and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science (1838), “Mr.W.R.Grove on a new Voltaic Combination” [27] Tran Duy Tap, Shin-ichi Sawada, Shin Hasegawa, Yosuke Katsumura, Yasunari Maekawa (2013), “Poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE)based graft-type polymer electrolyte membranes with different ion exchange capacities: Relative humidity dependence for fuel cell applications”, Journal of Membrane Science, 447 (2013) 19-25 [28] Tran Duy Tap, Shin-ichi Sawada, Shin Hasegawa, Kimio Yoshimura, Yojiro Oba, Masato Ohnuma, Yosuke Katsumura, and Yasunari Maekawa, (2014), “Hierarchical Structure-Property Relationships in Graft-Type Flourinated Polymer Electrolyte Membranes Using Small- and Ultrasmall-Angle X-ray Scattering Analysis”, Macromolecules 2014, 47, 2373-2383 87 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [29] U.S Department of Energy, Energy Efficiency and Fuel Cell Technologies Program accessed August 2011, “ Comparison of Fuel Cell Technologies” March 2013 at the Wayback Machine [30] Lianqin Wang, Emanuele Magliocca, Emma L Cunningham, William E Mustain, Simon D Poynton, Ricardo Escudero-Cid, Mohamed M Nasef, Julia Ponce-Gonzalez, Rachida BanceSouahli, Robert C T Slade, Daniel K Whelligan, and John R Varcoe (2013), “An optimised synthesis of high performance radiation-grafted anion-exchange membranes”, Green Chemistry, 00, pp 1-3 [31] Karen Zabe1, N E Schlotter, and John F Rabolt (1983), “Structural Characterization of an Ethylene-Tetrafluoroethylene Alternating Copolymer by Polarized Raman Scattering”, Macromolecules, 16, pp 446-452 [32] Herman A.S Zymanski (1970), Raman spectroscopy, New York, 88 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... tài ? ?Nghiên cứu cấu trúc màng ETFE pin nhiên liệu màng trao đổi proton kỹ thuật phân tích phổ? ?? chọn để nghiên cứu luận văn Mục tiêu luận văn: Luận văn tập trung nghiên cứu tính chất cấu trúc màng. .. NHIÊN - Hồ Diệu Linh NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MÀNG ETFE TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON BẰNG CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH PHỔ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8440130.05 LUẬN VĂN THẠC... PEM ETFE, ta cần nghiên cứu cấu trúc màng điện cực polymer kỹ thuật phân tích phổ phổ tán xạ góc nhỏ, phổ hủy positon, phổ tần số tổng, phổ FT-IR,… Trong đó, kỹ thuật phân tích phổ Raman có nhiều