(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cảm biến điện hóa trên cơ sở Pt CNTs để xác định H2

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Võ Thị Kiều Anh LUẬN VĂN THẠC SĨ : HÓA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ Pt/CNTs ĐỂ XÁC ĐỊNH H2 HÀ NỘI, NĂM 2022 HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Võ Thị Kiều Anh NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ Pt/CNTs ĐỂ XÁC ĐỊNH H2 Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 44 01 18 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: TS Lã Đức Dương Hướng dẫn 2: GS.TS Trần Đại Lâm LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI, NĂM 2022 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án thực hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm Tác giả luận văn Võ Thị Kiều Anh LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn chân thành, sâu sắc tới thầy giáo TS Lã Đức Dương GS TS Trần Đại Lâm người thầy tận tình hướng dẫn, định hướng bảo giúp đỡ mặt chuyên môn mà cịn sống tinh thần suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hoài Phương anh chị phịng Hóa Vơ Cơ – Viện hóa học vật liệu ln tạo điều kiện tốt vật chất, tinh thần giúp đỡ suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn CV Nguyễn Thị Thanh Ngân, anh chị phòng đào tạo lãnh đạo Học viện khoa học công nghệ giúp đỡ học tập q trình hồn thành luận văn Và xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cán Phòng thiết bị dùng chung ThS Lê Hải Khoa – Viện kỹ thuật nhiệt đới tạo điều kiện thời gian công sức giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đến bố mẹ nuôi dưỡng động viên cố gắng đường học vấn công việc Tôi xin cảm ơn tới người bạn động viên, chia sẻ giúp đỡ trình thực luận văn Hà Nội, tháng năm Tác giả luận văn Võ Thị Kiều Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM N i MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT viii CHƯ NG TỔNG QUAN .3 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN 1.1.1 Kháı niệm cảm biến 1.1.2 Cảm biến khí 1.1.2.1 Các loại cảm biến khí 1.1.3 Các thông số đặc trưng cảm biến 15 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CNTS 17 1.2.1 Tổng quan vật liệu CNTS 17 1.3.2 Ứng dụng CNT… 22 1.3.3 Biến tính vật liệu CNTs… 23 1.4 Tổng quan nano Pt 25 1.4.1 Tính chất nano Pt 25 1.4.1 Các phương pháp tổng hợp nano Pt 26 1.4.1.1 Phương pháp vật lý 26 1.4.1.2 Phương pháp hóa học 26 1.4.1.3 Phương pháp sinh học 28 1.4.2 Ứng dụng nano Platin 28 1.4.2.1 Oxi hóa khí CO 28 1.4.2.2 Pin nhiên liệu 29 1.4.2.3 Làm cảm biến phát glucose 29 CHƯ NG THỰC NGHIỆM .31 2.1 CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC Pt/MWCNTs 31 2.1.1 Hóa chất .31 2.1.2 Biến tính MWCNTS 32 2.1.4 Thử nghiệm điện cực Pt/MWCNTbt xác định hàm lượng khí Hydro .35 2.2 KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT SỬ DỤNG 36 2.2.1 Phương pháp chụp ảnh bề mặt kính hiển vi điện tử quét .36 SEM, TEM 36 2.2.1.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 36 2.2.1.2 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 37 2.2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc pha XRD 37 2.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 39 2.2.4 Phương pháp điện hóa 39 CHƯ NG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 BIẾN TÍNH MWCNT VÀ CHẾ TẠO NANO PLATIN 40 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ NaBH4 H2PtCl6 đến hình thái học điện cực Pt/MWCNTs 42 3.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỆN CỰC Pt/MWCNTs .46 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng MWCNTs đến hình thái học độ nhạy cảm biến Pt/MWCNTs 46 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng H2PtCl6 49 3.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng NaBH4 50 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy 51 CHƯ NG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả khái niệm cảm biến, tín hiệu cần đo qua cảm biến biến thành tín hiệu điện [8] Hình 1.2: Sơ đồ nguyên tắc đo cảm biến điện hóa[9] Hình 1.3 Sơ đồ cảm biến đo dòng điện cực [10] Hình 1.4 Sơ đồ cảm biến độ dẫn nhiệt [9] .9 Hình 1.5 Lược đồ Pelistor[9] 10 Hình 1.6 Nguyên lý đo cảm biến xúc tác [9] 12 Hình 1.7 Chức thu nhận chuyển đổi cảm biến khí bán dẫn oxit kim loại [34] 13 Hình 1.8 Hình ảnh cấu trúc CNT [39] 17 Hình 1.9 Hình ảnh cấu trúc điển hình CNT [39] 18 Hình1.10 Sự khử hóa học nano Platin.[69] 27 Hình1.11 Tổng hợp hạt nano bạch kim sử dụng loại muối kim loại.[69] 28 Hình 2.1 Quy trình chế tạo nano Pt/CNTs 33 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp điện cực Pt/CNTs 34 Hình 2.3 Sơ đồ thử nghiệm cảm biến khí .36 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại CNT trước sau biến tính 40 Hình 3.2 : Hình thái học CNT ban đầu CNTs biến tính 41 Hình 3.3.Hình thái học hạt nano Pt 41 Hình 3.4 Hình ảnh bề mặt vật liệu Pt/CNTs composite 42 Hình 3.5 Hình thái học vật liệu Pt/ CNT s chế tạo với 16 ml huyền phù CNTs tỉ lệ nồng độ NaBH4:H2PtCl6 khác (a) 1:1, (b) 1:2, (c) 1:3, (d) 1:4 43 Hình 3.6.Phổ XRD vật liệu Pt/CNTs composite 44 Hình 3.7 Hình ảnh TEM vật liệu Pt/CNTs composite 45 Hình 3.8 Phổ EDX vật liệu Pt/CNTs composite 46 Hình 3.9 Hình thái học vật liệu Pt/ CNTs chế tạo với tỉ lệ nồng độ NaBH4:H2PtCl6 1:2 với hàm lượng CNTs khác (a) ml, (b) ml, (c) 16 ml, (d) 20 ml .47 Hình 3.10 Ảnh hưởng hàm lượng CNTs đến độ nhạy H2 điện cực Pt/CNTs .48 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ H 2PtCl6 đến độ nhạy khí H2 điện cực Pt/CNTs chế tạo từ 16 ml CNTs, tỉ lệ mol NaBH4:H2PtCl6 1:2 với nồng độ H2PtCl6 là: (a) 0,05; (b) 0,25; (c) 0,5; (d) 1; (e) mM 49 Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ H2PtCl6 đến độ nhạy khí H2 điện cực Pt/CNTs chế tạo từ 16 ml CNTS, nồng độ H2PtCl6 mM với nồng độ NaBH4 là: (a) 1; (b) 2; (c) 4; (d) mM .50 Hình 3.13 Sự phụ thuộc độ nhạy của cảm biến Pt/CNTs vào nhiệt độ 51 Hình 3.14 Biểu diễn đường cong đáp ứng theo thời gian điển hình điện cực Pt/CNTs tăng dần nồng độ khoảng từ -1000ppm 53 Hình 3.15 Đường chuẩn cảm biến Pt/CNTS 54 Hình 3.16 Độ ổn định điện cực Pt/CNT s sử dụng làm điện cực cảm biến khí H2 55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổng hợp so sánh cảm biến khí hydro[9] 14 Bảng 1.2: Bảng so sánh vật liệu CNT với số vật liệu khác .19 Bảng 2.1 Thành phần dung dịch tổng hợp nano Pt CNTbt 33 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT CNT Carboned nanotubes FCC Face Centered Cubic FT-IR Fourier – Tranform infrared spectrocopy MWCNT Multi-Walled Cacbon nanotubles MOX Metal-oxide sensor PTFE Polytetrafluoroethylene PtNP Platinum nanoparticle SEM Scanning Electron Microscope SWCNT Single-Walled Cacbon Nanotubles TEM Transmission electron microscopy XRD X- Ray diffraction 3.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng H2PtCl6 Chế tạo điện cực Pt/CNTs với tỉ lệ mol NaBH 4: H2PtCl6 tương ứng 1: 2, với hàm lượng CNTs tương ứng 16 ml, nồng độ H2PtCl6 thay đổi từ 0,05 đến mM Tổng thể tích hỗn hợp CNTs dung dịch NaBH4 H2PtCl6 20 mL Hình 3.11 biểu diễn độ nhạy khí điện cực Pt/CNTs hàm lượng H2PtCl6 khác Nhìn vào thấy đường cong biến thiên độ nhạy hàm hàm lượng, hàm lượng H2PtCl6 tăng độ nhạy điện cực chế tạo H2 tăng Độ nhạy cực đại điện cực H2 162 nA/ppm hàm lượng mM H2PtCl6 Hàm lượng ion Pt tăng có xu hướng làm giảm độ nhạy điện cực chế tạo Điều diện tích bề mặt điện cực chế tạo giảm theo thời gian hàm lượng Pt tăng lên, làm giảm độ nhạy cảm biến Từ nghiên cứu này, hàm lượng H2PtCl6 yếu tố quan trọng để điện cực Pt /CNTS có độ nhạy cao Hàm lượng H2PtCl6 tối ưu hóa tìm thấy mM Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ H2PtCl6 đến độ nhạy khí H2 điện cực Pt/CNTs chế tạo từ 16 ml CNTs, tỉ lệ mol NaBH4:H2PtCl6 1:2 với nồng độ H2PtCl6 là: (a) 0,05; (b) 0,25; (c) 0,5; (d) 1; (e) mM 3.3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng NaBH4 Chế tạo điện cực Pt /CNTs với hàm lượng CNTs tương ứng 16ml với nồng độ H2PtCl6 mM, nồng độ NaBH4 1; 2; mM Với tổng thể tích CNTs hỗn hợp dung dịch NaBH4 H2PtCl6 20 ml Hình 3.12 biểu diễn độ nhạy khí điện cực Pt/CNTs hàm lượng NaBH4 khác Nhìn vào thấy đường cong biến thiên độ nhạy hàm hàm lượng Độ nhạy cực đại điện cực H 163 nA/ppm hàm lượng mM NaBH4 Khi tăng hàm lượng NaBH4 lên mM độ nhạy điện cực chế tạo giảm mạnh, điều hàm lượng NaBH4 dư bao phủ bề mặt Pt tạo thành qua làm giảm độ nhạy cảm biến Từ nghiên cứu này, hàm lượng NaBH4 yếu tố quan trọng để điện cực Pt / CNTS có độ nhạy cao Hàm lượng NaBH4 tối ưu hóa tìm thấy mM Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ H2PtCl6 đến độ nhạy khí H2 điện cực Pt/CNTs chế tạo từ 16 ml CNTS, nồng độ H2PtCl6 mM với nồng độ NaBH4 là: (a) 1; (b) 2; (c) 4; (d) mM 3.3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ sấy Các điện cực Pt/CNTs chế tạo cách lọc điều kiện tối ưu hóa trước tỉ lệ NaBH4:H2PtCl6 1:2 hàm lượng CNTs 16ml, sau điện cực sấy khô nhiệt độ 25 oC, 50 oC,75 oC,100 oC, 150 oC, 200 oC vịng Hình 3.13 cho thấy đường cong độ nhạy hàm nhiệt độ sấy, cho thấy độ nhạy tối đa 75 oC Chứng tỏ nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy cảm biến Tại q trình làm khơ loại bỏ hóa chất hữu dễ bay dung môi etanol khỏi màng Pt/CNTs, hạt xúc tác nano Pt dễ dàng tiếp xúc với chất phân tích H hình thành khoảng trống lớp hoạt tính Hiện tượng giải thích tăng dần độ nhạy vùng nhiệt độ thấp Mặt khác, độ nhạy giảm nhiệt độ cao cho thấy chế phụ thuộc vào nhiệt độ khác hoạt động Mặc dù chúng tơi khơng có chứng thuyết phục nào, hiểu nhiễm bẩn bề mặt Pt hấp thụ chất khơng hoạt động giảm diện tích cấu trúc xốp 240 Độ đá p ứn g Sai r/S gas[ m A/ pp m 200 160 120 80 40 25 50 75 100 150 200 Nhiệt độ [oC] Hình 3.13 Sự phụ thuộc độ nhạy của cảm biến Pt/CNTs vào nhiệt độ Tóm lại, điều kiện tối ưu để chế tạo điện cực Pt 16 ml dung dịch CNTs tỉ lệ mol NaBH4:H2PtCl6 1:2 Nhiệt độ sấy điện cực 75 oC h 3.4 Đặc trƣng đáp ứng dòng cảm biến Pt/CNTs 3.4.1 Đặc trƣng dòng đáp ứng theo nồng độ khí hydro Bình điện phân chứa 50ml dung dịch H2SO4 1M, điều kiện nhiệt độ phòng Hệ điện hóa gồm có ba điện cực: điện cực thị Pt, điện cực tham chiếu Ag/AgCl, điện cực làm việc Pt/CNTs Điện cực làm việc chế tạo điều kiện tối ưu với hàm lượng CNTs 16ml, tỉ lệ NaBH 4:H2PtCl6 1:2 nhiệt độ sấy điện cực 75oC Thiết bị đo điện hóa Autolab, sử dụng phương pháp đo dòng(chronoamperometric) áp điện cố định E = 0,65V vs Ag/AgCl Cường độ dòng điện khảo sát liên tục theo thời gian Bằng cách thay đổi nồng độ khí hydro thổi vào tăng dần từ 5ppm - 1000ppm với lưu lượng thổi khí 100 sccm biểu diễn (Hình 3.14) 16.0 50ppm R es 12.0 p o 8.0 n se c ur 4.0 re nt [µ 45ppm 5-50 ppm 40ppm 35ppm 30ppm 25ppm 20ppm 15ppm 10ppm 5ppm 0.0 1000 2000 3000 Time [s] 4000 5000 250.0 R es p o ns e cu rr en t 1000ppm 100-1000 ppm 900ppm 200.0 800ppm 700ppm 150.0 600ppm 500ppm 100.0 400ppm 300ppm 200ppm 50.0 100ppm 0.0 1000 2000 3000 4000 5000 Time [s] Hình 3.14 Biểu diễn đường cong đáp ứng theo thời gian điển hình điện cực Pt/CNTs tăng dần nồng độ khoảng từ -1000ppm Qua hình 3.14, ta thấy dòng phản ứng tăng đến mức ổn định hydro thời gian cung cấp phút, sau phục hồi tốt mức ban đầu điều kiện khơng có hydro Các phản ứng đỉnh thể rõ ràng gia tăng tuyến tính độ lớn nồng độ tăng dần từ 5ppm – 1000ppm 3.4.2 Đƣờng chuẩn Từ kết đo đường đặc tính dịng điện (Hình 3.14), thu khác biệt cường độ dòng điện (ΔI) nồng độ hydro đưa vào pin điện hóa Kết trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Chênh lệch cường độ dịng khí thi tăng thổi khí hydro vào hệ điện hóa C (ppm) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ΔI ( nA) 2,2 3,8 5,4 6,9 8,6 10,1 11,7 13,3 14,9 16,8 C (ppm) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 30 49,9 70,7 92,6 113 ΔI ( nA) 134,5 156,3 177,2 198,6 219,4 Đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ chênh lệch dịng điện phản ứng nồng độ khí hydro cung cấp cho hệ thống điện hóa Hình 3.15 hiển thị định dạng log-log Hình 3.15 Đường chuẩn cảm biến Pt/CNTS Phương trình hồi quy có dạng ΔI ( µA) = 0,217x + 4,195 (ppm) Hệ số tương quan phương trình hồi quy: R2 = 0.9994 Nó chứng tỏ cảm biến đo amperometric Pt /CNTs chúng tơi có mối quan hệ tuyến tính tuyệt vời nồng độ hydro phản ứng phạm vi nồng độ rộng - 1000 ppm Độ nhạy cảm biến khí cảm biến đo dịng điện thường định nghĩa độ dốc đường thẳng tuyến tính Độ nhạy thu 217 nA/ppm từ độ dốc đường thẳng Mức nhiễu xung quanh khoảng 20 nA điều kiện đo điển hình, xác định độ lệch chuẩn phần dư so với giá trị trung bình dịng điện 30s Giới hạn phát (LOD) nồng độ mà tín hiệu phản hồi cảm biến lớn gấp lần nhiễu đường nền, thông thường lấy S/N =3 Giới hạn cảm biến Pt/CNTs tối ưu hóa ước tính khoảng 0,25 ppm so với thơng thường Mối quan hệ dịng tuyến tính nồng độ giải thích với hai điều kiện giới hạn giới hạn phản ứng điện cực giới hạn khuếch tán Vì nano Pt có phản ứng xúc tác cao q trình oxy hóa hydro anot, nên phản ứng điện cực Pt/CNTs khuếch tán khí phải bị giới hạn tốc độ khuếch tán H2 vào điện cực cảm biến Trong trường hợp này, dịng điện giới hạn, Ilim, biểu thị phương trình: Ilim = 2q.�.� �2 [2 ]𝑅𝑅𝑅 𝑅 Trong đó: q điện tích electron A diện tích hàng rào khuếch tán 𝑅 𝑅 hệ số khuếch tán phân tử hydro [ ] 𝑅ℎi nồng độ khí hydro khơng khí d độ dày rào cản Vì thơng số khác có giá trị khơng đổi cảm biến định, phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ H2 Độ tuyến tính tuyệt vời thu cho thấy cảm biến Pt/CNTs hoạt động tốt điều kiện hạn chế khuếch tán hình dạng cấu trúc lỗ xốp có kích thước nano Mối quan hệ tuyến tính tốt có lợi đánh giá nồng độ chất phân tích cách đáng tin cậy dễ dàng 3.5 Độ ổn định điện cực Độ bền điện cực Pt/CNTs xác định dựa sau chu kỳ đo độ nhạy khí H2 thể hình 3.16 Nhìn vào hình ta thấy chu kỳ độ nhạy điện cực Pt/CNTs khí H2 gần khơng thay đổi Điều chứng tỏ điện cực Pt/CNTs chế tạo sử dụng làm điện cực cảm biến H2 tương đối ổn định sử dụng lại nhiều lần thực tế Hình 3.16 Độ ổn định điện cực Pt/CNTs sử dụng làm điện cực cảm biến khí H2 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo ứng dụng cảm biến điện hóa cở sở Pt/CNTs để xác định H 2” thu số kết khoa học, đóng góp vào việc nghiên cứu chế tạo màng compozit Pt/CNTs ứng dụng xác định hydro Kết thu trình thực luận văn là: Đã đưa quy trình chức hóa CNT biến tính thành cơng tạo nhóm chức C-OH Kết thu được kiểm chứng phương pháp IR, ảnh SEM, TEM Đã chế tạo thành công vật liệu nano platin CNTs phương pháp khử hóa học Các hạt nano platin có kích thước đồng đều, kích thước hạt nằm khoảng từ 2-7nm Kết chứng minh qua phân tích XRD, TEM Đã đưa quy trình chế tạo điện cực sở Pt/CNTs Nghiên cứu khảo sát điều kiện tổng hợp điện cực CNTs, NaBH4, H2PtCl6, nhiệt độ sấy tối ưu điều kiện tổng hợp mẫu 16ml dung dịch CNTs tỉ lệ NaBH4: H2PtCl6 1:2 nhiệt độ sấy điện cực 75oC Luận văn sử dụng phương pháp đo dòng theo thời gian để xây dựng đường chuẩn hydro điện E = +0,65V so với Ag/AgCl cho kết tương đối khả quan: - Thời gian đáp ứng nhanh, đạt trạng ổn định nhanh - Độ nhạy cảm biến đạt 217 nA/ppm - Giới hạn phát cảm biến 0,25ppm Phạm vi hoạt động cảm biến 5- 1000 ppm KIẾN NGHỊ Hướng nghiên cứu thời gian tới: - Tiếp tục khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến độ chọn lọc độ nhạy cảm biến khí H2 dựa điện cực Pt/CNTs - Lắp đặt cảm biến thiết bị đo để tiến hành đo nồng độ H2 thực tế - Nghiên cứu chế tạo đánh giá hiệu cảm biến H2 điện cực Pt/graphene DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Võ Thị Kiều Anh, Trần Đại Lâm, Đặng Trung Dũng, Lã Đức Dương, Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng H 2PtCl6 ống nano bon đa lớp đến hình thái hiệu cảm biến H điện cực Pt/ống nano cacbon đa lớp Đăng toàn văn hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ 6: “Ăn mịn Bảo vệ kim loại phát triển bền vững” TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1]D Liden - Handbook of Batteries, McGraw-Hill, 1995 [2]P J Gellings, H J M Bouwmeester - The CRC Handbook of Solid State Electrochemistry, CRC,Press, 1997 [3] G Korotcenkov, S D Han, J R Stetter - Review of electrochemical hydrogen sensors, Chem Rev 109 (2009) 1402-1433 [4] J R Stetter, G J Maclay, chapter 10 - Advance Micro and Nano systems (2004) 357 [5] M Sakthivel, W Weppner - Development of a hydrogen sensor based on solid polymer electrolyte membranes, Sensors and actuators B 113 (2006) 998-1004 [6] G Velayutham, C Ramesh, N Murugesan, V Manivaman, K S Dhathathreyan, G Periaswami Nafion based amperometric hydrogen sensor, Ionics 10 (2004) 63-67 [7] A Kiela, and S Daniele, Talanta 68, 1632(2006) [8] Nguyễn Đức Hịa Giáo trình “ Cảm biến khí sở cấu trúc nano oxit kim loại bán dẫn” [9]G Manjavacas, B Nieto, Hydrogen sensors and detectors [10]T Hübert, L Boon-Brett, G Black, U Banach, Hydrogen sensors – A review, Sensors and Actuators B 157 (2011) 329–352 [11] Y.C Weng, et al., Amperometric hydrogen sensor based on PtxPdy/Nafion electrode prepared by Takenata-Torikai method, Sens Actuator B: Chem 141 (2009) 161–167 [12] Y Chao, S Yao, W.J Buttner, J.R Stetter, Amperometric sensor for selective and stable hydrogen measurement, Sens Actuators B: Chem 106 (2005) 784–790 [13] X Lu, et al., Solid-state amperometric hydrogen sensor based on polymer electrolyte membrane fuel cell, Sens Actuator B 107 (2005) 812–817 [14] C Ramesh, N Murugesan, M.V Krishnaiah, V Ganesan, G Periaswami, Improved Nafion-based amperometric sensor for hydrogen in argon, J Solid State Electrochem 12 (2008) 1109–1116 [15] S Zhuiykov, Hydrogen sensor based on a new type of proton conductive ceramic, Int J Hydrogen Energy 21 (1996) 749–759 [16] Y Tan, T.C Tan, Sensing behaviour of an amperometric hydrogen sensor, J Electrochem Soc 142 (1995) 1923–1928 [17] G Korotcenkov, S.D Han, J.R Stetter, Review of electrochemical hydrogen sensors, Chem Rev 109 (2009) 1402–1433 [18] C Ramesh, N Murugesan, M.V Krishnaiah, V Ganesan, G Periaswami, Improved Nafion-based amperometric sensor for hydrogen in argon, J Solid State Electrochem 12 (2008) 1109–1116 [19] Y Chao, S Yao, W.J Buttner, J.R Stetter, Amperometric sensor for selective and stable hydrogen measurement, Sens Actuators B: Chem 106 (2005) 784–790 [20] N Hara, D.D Macdonnald, Development of dissolved hydrogen sensors based on yttria-stabilized zirconia solid electrolyte with noble metal electrodes, J.Electrochem Soc 144 (1997) 4152–4157 [21] L.P Martin, A.-Q Pham, R.S Glass, Electrochemical hydrogen sensor for safety monitoring, Solid State Ionics 175 (2004) 527–530 [22] Y Okuyama, et al., A new type of hydrogen sensor for molten metals usable up to 1600 K, Electrochim Acta 55 (2009) 470–474 [23] M Nogami, M Matsumura, Y Daiko, Hydrogen sensor prepared using fast proton-conducting glass films, Sens Actuators B 120 (2006) 266–269 [24] N Maffei, A.K Kuriakose, A solid-state potentiometric sensor for hydrogen detection in air, Sens Actuators B: Chem 98 (2004) 73–76 [25] Y.C Yang, et al., Oxygen dependency of the hydrogen sensor based on hightemperature proton conductors, Ionics 16 (2010) 397–402 [26] S Zhuiykov, Hydrogen sensor based on a new type of proton conductive ceramic, Int J Hydrogen Energy 21 (1996) 749–759 [27] R Bouchet, S Rosini, G Vitter, E Siebert, Solid-state hydrogen sensor based on acid-doped polybenzimidazole, Sens Actuators B 76 (2001) 610–616 [28] Gupta, R.B., 2008 Hydrogen fuel: production, transport, and storage In: Soundarrajan, P., Schweighardt, F (Eds.), Hydrogen Sensing and Detection CRC Press, Boca Ratón, pp.496–532 [29] J.F McAleer, et al., Tin dioxide gas sensor: use of the seebeck effect, Sens Actuators (1985) 251–257 [30] M Matsumiya, F Qiu, W Shin, N Izu, N Murayama, S Kanzaki, Thin-film Lidoped NiO for thermoelectric hydrogen gas sensor, Thin Solid Films 419 (2002) 213–217 [31] V Casey, J Cleary, G D’Arcy, J.B McMonagle, Calorimetric combustible gas 32 G Korotcenkov, B.K Cho, Metal oxide composites in conductometric gas sensors: 33 achievements and challenges, Sens Actuators B 244 (2017) 182–210 G Korotcenkov, B.K Cho, Metal oxide composites in conductometric gas sensors: achievements and challenges, Sens Actuators B 244 (2017) 182–210 34 Ananya Dey, Semiconductor metal oxide gas sensors: A review, Materials Science and Engineering: B, Volume 229, 2018, Pages 206-217, [35] M.A Butler, Optical fibre hydrogen sensor, Appl Phys Lett 45 (1984) 1007– 1009 [36] K Ito, T Kubo, Gas detection by hydrochromism, in: Proc of the Sensor Symp, Tsukuba, Japan, 1984, pp 153–156 37 Trần Đại Lâm Giáo trình “ Cảm biến sinh học điện hóa nguyên lý, vật liệu, ứng dụng” [38] S.Iijima (1994), Carbon nanotubes, MRS Bulletin, vol 19(11), 43-49 [39] T Belin, F Epron, Materials Science and Engineering B 119 (2005) 105–118 Review Characterization methods of carbon nanotubes: a review 40.N.Yaoand Vlordi, Young smodulusofsingle-walled cacbon nanotubles, J.Appl.Phys.,84,1939(1998) 41.S Govindjee and J.L.Sackman, On the use of continuum mechanics to estimate the properties of nanotubles, Solid Sate Commun.,110,227(1999) [42] L Langer , V Bayot , E Griveietal , " Quantum transport in amulti cacbonnanotube " , Phys Rev Lett , 76 , 479 ( 1996 ) [43] T.W Ebbesen , H.J Lezec , H Hiura et al , " Electrical conductivity of individual nanotubes " , Nature , 382 , 54 ( 1996 ) [44] Quách Duy Trường (2012), “Các phương pháp chế tạo ống nano carbon:Chế tạo, tính chất ứng dụng” [45]A.Jorio,R.Saito,J.H.Hafneretal., “Structural (n,m) determination of isolated single –wall cacbon nanotubles by resonant Raman scattering”, Phys.Rev.Lett.,86,1118 [46]P.Kim,L.Shi,A Majumdar et al., “Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes”, Phys Rev.Lett.,87,215502(2001) [47]H.Ajiksai and T.Ando, “Magnetic properties of ensembles of cacbon nanotuble”, J.Phys.Soc.Jpn.64,4382(1995) [48]O.Chauvet,L.Forro, W.Bacsa et al., “Magnetic anisotropies of aligned cacbon nanotubes’’, Phys.Rev.B,52,R6963(1995) [49] Shim M, Javey A, Kam NWS, Dai H Polymer functionalization for air-stable ntype carbon nanotube field-effect transistors Journal of the American Chemical Society 2001;123:11512-11513 [50] Seidel RV, Graham AP, Kretz J, Rajasekharan B, Duesberg GS, Liebau M, et al Sub-20 nm short channel carbon nanotube transistors Nano Letters 2005;5(1):147-150 [51] S Mukherjee, A Bates, S.C Lee, D.H Lee, S Park A review of the Application of CNTs in PEM Fuel Cells International Journal of Green Energy, 2015, 12(8), 787-809 [52] R.H Baughman, Science 290, 1310 (2000)] [53] L Ma, X Dong, M Chen, L Zhu, C Wang, F Yang, Y Dong Fabrication and Water Treatment Application of Carbon Nanotubes (CNTs)-Based Composite Membranes: A Review Membranes, 2017, 7(1), 16 [54] J Amarasekera Conductive plastics for electrical and electronic applications Reinforced Plastics, 2005, 49(8), 38-41 [55] H Wu, X Chang, L Liu, F Zhao, Y Zhao Chemistry of carbon nanotubes in biomedical applications Journal of Materials Chemistry, 2010, 20 (6), 1036-1052 [56] N.E Eltayeb, A Khan Design and preparation of a new and novel nanocomposite with CNTs and its sensors applications Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8(2), 2238-2246 [57] W.A Curtin, B.W Sheldon CNT-reinforced ceramics and metals Materialstoday, 2004, 7(11), 44-49 [58] R Andrews, D Jacques, M Minot and T Rantell, Macromol Mater Eng., 2002, 287, 395–403 [59] L Meng, C Fu and Q Lu, Prog Nat Sci., 2009, 19, 801–810 [60] A Koval'chuk, V G Shevchenko, A N Shchegolikhin, P M Nedorezova, A N Klyamkina and A M Aladyshev, Macromolecules, 2008, 41, 7536–7542 [61] T Chua, M Mariatti, A Azizan and A A Rashid, Compos.Sci Technol., 2010, 70, 671–677 [62] P Liu, Eur Polym J., 2005, 41, 2693–2703 [63] X Li, S Y Wong, W C Tjiu, B P Lyons, S A Oh and C B He, Carbon, 2008, 46, 829–831 [64] https://vi.nipponkaigi.net/wiki/Platinum_nanoparticle [65] Dhand, C.; Dwivedi, N.; Loh, X.J.; Ying, A.; Verma, N.; Beuerman, R.W.; Lakshminarayanan, R.;Ramakrishna, S Methods and strategies for the synthesis of diverse nanoparticles and their applications:A comprehensive overview RSC Adv 2015, 5, 105003–105037 [66] Leong, G.J.; Schulze, M.C.; Strand, M.B.; Maloney, D.; Frisco, S.L.; Dinh, H.N.; Pivovar, B.; Richards, R.M Shape-directed platinum nanoparticle synthesis: Nanoscale design of novel catalysts Appl Organomet.Chem 2014, 28, 1–17 [67] Tao, A.R.; Habas, S.; Yang, P Shape Control of Colloidal Metal Nanocrystals Small 2008, 4, 310–325 [68] Chen, J.; Lim, B.; Lee, E.P.; Xia, Y Shape-controlled synthesis of platinum nanocrystals for catalytic and electrocatalytic applications Nano Today 2009, 4, 81–95 [69] Muniyandi Jeyarajy, Sangiliyandi Gurunathan y , Muhammad Qasim , Min- Hee Kang and Jin-Hoi Kim, A Comprehensive Review on the Synthesis, Characterization, and Biomedical Application of Platinum Nanoparticles, Nanomaterials 2019, 9, 1719 [70] Song, J.Y.; Kwon, E.Y.; Kim, B.S Biological synthesis of platinum nanoparticles using Diopyros kaki leaf extract Bioprocess Biosyst Eng 2010, 33, 159–164 Soundarrajan, C.; Sankari, A.; Dhandapani, P.; Maruthamuthu, S.; Ravichandran, S.; Sozhan, G.; Palaniswamy, N Rapid biological synthesis of platinum nanoparticles using Ocimum sanctum for water electrolysis applications Bioprocess Biosyst Eng 2012, 35, 827–833 [71] C Dong et al Size-dependent activity and selectivity of carbon dioxide photocatalytic reduction over platinum nanoparticles Nature Communications, 2018, 9, 1252.C Wang, H Daimon, T Onodera, T Koda, S Sun A General Approach to the Size‐ and Shape‐Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and Their Catalytic Reduction of Oxygen Angewandte Chemie, 2008, 120(19), 3644-3647] [72] B Fang, N.K Chaudhari, M.S Kim, J.H Kim, J.S Yu Homogeneous Deposition of Platinum Nanoparticles on Carbon Black for Proton Exchange Membrane Fuel Cell J Am Chem Soc, 2009, 131, 42, 15330-15338 [73] S Kohasakowski et al First PEM fuel cell based on ligand- free, laser-generated platinum nanoparticles Applied Surface Science, 2019, 467, 486-492 [74] L.H Li, W.D Zhang Preparation of carbon nanotube supported platinum nanoparticles by an organic colloidal process for nonenzymatic glucose sensing Microchimita Acta, 2008, 163, 305- 311] [D Rathod, C Dickinson, D Egan, E Dempsey Platinum nanoparticle decoration of carbon materials with applications in non-enzymatic glucose sensing Sensors and Actuators B: Chemical, 2010, 143(2), 547-554 [75] Park, S.; Boo, H.; Chung, T D Anal Chim Acta 2006, 556, 46 [76] Holt-Hindle, P.; Nigro, S.; Asmussen, M.; Chen, A Electrochem Commun 2008, 10, 1438 [77] Wittstock, G.; Strubing, A.; Azargan, R.; Werner, G J Electroanal Chem 1998, 444, 61 [78] Muhammad Rashid1, Tae-Sun Jun2, and Yong Shin Kim, Fabrication of Pt- MWNT/Nafion Electrodes by Low-Temperature Decal Transfer Technique for Amperometric Hydrogen Detection, Vol 17, No 1, 2014, 18-25 [79] Hodoroaba , V - D , Motzkus , C , Mace , T , Vaslin - Reimann , S 2014a Performance of high - resolution SEM / EDX systems equipped with transmission mode ( TSEM ) for imaging and measurement of size and size distribution of spherical nanoparticles Microsc Microanal 20 ( 02 ) , 602–612 ) [80] B.P Vinayan, Rupali Nagar, V Raman, N Rajalakshmi, K.S Dhathathreyan, S Ramaprabhu (2012), “Synthesis of graphene-multiwalled carbon nanotubes hybrid nanostructure by strengthened electrostatic interaction and its lithium ion battery application”, J Mater Chem, 22, 9949- 9956 [81] M Sakthivel, and W Weppner, Sensors and actuators B 113, 998 (2006) ...HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Võ Thị Kiều Anh NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ Pt/ CNTs ĐỂ XÁC ĐỊNH H2 Chun ngành: Hóa Phân tích Mã số: 44 01 18 CÁN... nhạy độ ổn định cao hydro nhiệt độ phịng Do đó, tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo ứng dụng cảm biến điện hóa cở sở Pt/ CNTs để xác định H2? ?? CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN 1.1.1... lượng, cảm biến kiểu điện trở,vv [8] 1.1.2.1 Các kiểu cảm biến khí a) Cảm biến điện hóa Cảm biến điện hóa hoạt động dựa nguyên lý có dịng điện chạy qua, thơng qua điện cực cảm nhận tạo phản ứng điện