0118 tổng hợp và khảo sát đặc tính điện hóa của vật liệu oxit mangan có chứa kim loại chuyển tiếp fe co ni định hướng ứng dụng trong siêu tụ luận văn tốt n

BỢGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI NGŨNTHỊLANANH TỞNGHỢPVÀKHẢO SÁTĐẶC TÍNHĐIỆNHỐCŨA VẬTLIỆUOXITMANGANCĨCHỨAKIM LOẠI CHỦN TIẾP Fe, Co, Ni ĐỊNH HƯỚNGỨNGDỤNG TRONG SIÊU TỤ LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬTHOÁHỌC Hà Nợi- 2015 i BỢGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠI HỌCBÁCHKHOAHÀNỘI NGŨNTHỊLAN ANH TỞNGHỢPVÀKHẢO SÁTĐẶC TÍNHĐIỆNHỐCŨAVẬTLIỆU OXITMANGANCĨCHỨAKIMLOẠI CHỦN TIẾP Fe, Co, Ni ĐỊNH HƯỚNGỨNGDỤNGTRONGSIÊU TỤ Chuyên ngành:Kỹ thuật Hoá họcMãsố: 62520301 LUẬNÁNTIẾNSĨ KỸTHUẬT HOÁHỌC NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC:PGS.TS.MAITHANHTÙNG HàNội-2015 ii LỜICẢM ƠN Lờiđ ầ u t i ê n , t ô i x i n b y t ỏ l ị n g k í n h t r ọ n g v b i ế t n s â u s ắ c t i P G S T S M iThnhT ng,ngườithầyđãđịnhhướngchotơitrongtưduykhohọc,tậntìnhchỉbảovàtạorất nhiều thuận lợi cho tơitrongsuốt qtrìnhthựchiệnluận án Tơixinchânthànhcảmơncácthầy,cơtrongmơnơ n g nghệđiệnhốvàBảovệkimlo ại,đãcn h i ề u gipđv đnggpk i ế n chotơitronghọctập,nghiêncuđhồnthànhluận án Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô Viện Kt h u ậ t H o h ọ c , V i ệ n S u đ i học– T r n g i h ọ c c h k h o H Niv B a n l ã n h đạo Tr ườ ng i h ọc ô n g nghiệp ViệtTr ì, đãtạo điều kiệnthuậnlợi cho tơi hồn thành vàbảovệluận án uối c ng, xin g i lời cảm ơn đến giđình, người thân bạn bcủt i , n h ữ n g ngườiđãlnmongmỏi,đngviênvàtiếpscchotơithêmnghịlựcđhồn thànhb ảnluậnán ny tn năm 2015 Tácgiả NguynThịLanAnh LỜICAMĐOAN Tôi xin c m đo n cơng trình nghiên c u củriêng hướng dẫn củPGS.TS.M iT h nhT ng.á c s ố l i ệ u , k ế t q u ả n ê u t r o n g l u ậ n n l t r u n g t h ự c v c h t ngđượci c ô n g bố trongbấtkc ô n g trình nàokhác Giáoviênhướngdẫn Tác giảluận án PGS.TS.Mi Thnh Tng Nguy nThị Lnn h MỤCLỤC LI CÃMQN i LI CAMÐOAN iv MỤCLỤC v DANHMỤCCÁCKÝHIU VÀCHŨVIETTAT vii DANHMỤCCÁCBÃNG ix DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ,ÐOTH± x MÐAU CHƯQNG1 TỔNGQUAN 1.1 Giớithiuvesiêutụ .4 1.1.1 Lịchsp h t t r i n 1.1.2 Sosánhsiêutụvànguồnđiệnhoáhọc 1.1.3 ơchếtíchđiện trongsiêutụ 1.1.4 Phânloạisiêu tụ .12 1.1.5 Vậtliệuđiện cựccho siêutụ 13 1.2 Vtliu oxitmangandùngchosiêutụ 19 1.2.1 cđi m củ m ng n đioxit 19 1.2.2 Oxit mangan –kim loạichuyntiếpn g dụngtrongsiêutụ 26 1.2.3 ácphươngphápt nghợp oxit mangan– kim loạichuyntiếp 30 CHƯQNG2 THC NGHIMVÀCÁCHƯQNGHÁNGHINCU 34 2.1 Thụcnghim .34 2.1.1 Hốchất, dụngcụ vàthiết bịthí nghiệm 34 2.1.2 Tnghợpvậtliệuoxith nhợpMn1-xMexOz(Me=Fe,Co,Ni)theophươngphápđiện hoá 35 2.1.3 Tnghợpvậtliệuoxith nhợpMn1-xMexOz(Me=Fe,Co,Ni)theophươngphápsol-gel 37 2.2 Cácphvơngphápnghiêncúu 38 2.2.1 ácphươngphápphân tíchvật lv h o học 38 2.2.2 ácphươngpháp nghiên c utính chấtđiện hố 40 CHƯQNG3 KETQUÃVÀTHÃOLUN 45 3.1 Vtliu oxithőnhợpMn1-xMexOz(Me=Fe,Co,Ni)tonghợptheophvơngphápđin hoá 45 3.1.1 ườngcongphâncực 45 3.1.2 ường congdòngtnh 46 3.1.3 Hìnhtháib ề mtcủv ậ t liệu 47 3.1.4 ấutr cvậtliệu 49 3.1.5 Phântíchthành phầnhốhọc 49 3.1.6 Hoạttínhđiệnhốvàđctrưngsiêutụ 52 3.2 Vtliu oxithőnhợpMn1-xMexOz(Me=Fe,Co,Ni)tonghợptheophvơngphápsol-gel 61 3.2.1 Ảnhhưởngcủt h n h phần kimloạichuyntiếpFe, Co,Ni .61 3.2.2 Ảnhhưởngcủn h i ệ t đn u n g 74 3.2.3 bềnph ngnạp 88 3.3 Giãithíchsụhìnhthànhvà cơchesiêu tụcũavtliu oxithőnhợpmangan– kimloạichuyentiepMe(Fe,Co, Ni) 93 3.3.1 T nghợp kết quảthựcnghiệm 93 3.3.2 Giảithíchqtrìnhhình thànhvật liệu .96 3.3.3 ềxuấtgiảithíchcơchếph ngnạpcủv ậ t liệuoxith nhợpm ngn– kimloạichuyntiếpMe(Fe,Co,Ni) 97 KETLUN 100 TÀILIU THAMKHÃO 101 DANHM Ụ C C Á C C Ô N G T R Ì N H Ð Ã C Ô N G B O C Ũ A L U N Á N 111 DANHMỤCCÁC KÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT Cáckýhiu C Dunglượng Cdl iệndunglớpkép Dc Dòngmtchiều dhkl,Å Khoảngcáchgiữahaimt t i n h th i Mậtđdòng tn Thờigiannạp Thờigian ph ng V/SCE Vơnsovớithếđiệncựccalomenbão hịa Cácchũviet tat AC Axitcitric C+ Cation CNT Cacbonnano ống(carbon nanotube) CP Thếqttheo thờigian dịngkhơngđ i(Chronopotentiometry) CV Thếquéttuầnhoàn(CyclicVoltametry) DSC Nhiệtlượngquétvisai(DifferentialScanningCalorimetry) EDTA Axit etylenđiamintetraaxetic EDS Pht n x nnglượngtiaX( nergyDispersiveX-RaySpectroscopy) EIS Tngtrởđiệnhoá(lectrochemicalImpedanceSpectroscopy) EMD Manganđioxitđiệngiải IHP MtphngHelmholtztrong (InterHelmholtzPlane) Me Kimloạichuyntiếp MD Mangan đioxit OHP MtphngHelmholtzngoài(OuterHelmholtzPlane) PEG Q Polietylenglycol Ðiệnlượng SCE Ðiệncựccalomen(SaturatedCalomelElectrode) SEM Hienviđiệntửquét(ScanningElectronMicroscopy) TGA Phântích nhiệttrọnglượng (Thermal GravimetryMicroscopy) XRD Nhiu xạtiaX(X-RayDiffraction) DANHMỤCCÁCBẢNG Bảng1.1.Sosánhcácthôngsố đctrưngcủatụđiện,siêutụvàắcquy Bảng1.2.MtsốhợpchấtvàcấuhìnhquantrọngcủacáckhốngMD 22 Bảng1.3.CấutrctinhthemtsốdạngkhửcủaMD .23 Bảng1.4.Mtsố kếtquảnghiêncuvềvậtliệumanganđioxitn g dụngtrongsiêu tụ 29 Bảng2.1 H achấtthí nghiệm .34 Bảng2.2 Thành phần dungdịch điện phân 35 Bảng2.3 Thành phần củadungdịch tonghợp sol-gel 37 Bảng3.1 Thànhphần nguyêntốcủaoxitMnOzvàoxit h nhợp Mn1-xMexOz 51 Bảng3.2.DunglượngriêngcủavậtliệuMn 1-xMexOztonghợptheophươngphápđiệnhoá(v=25 mV/s) 53 Bảng3.3.Sựphụthuccủadung lượngriêng vàosốchukq u é t 57 Bảng3 K ế t q u ả f i t m c h c ủ a o x i t M n O zv c c M n 1MexOzt o n g h ợ p t d u n g d ị c h [Mn2+]:[Men+]=1:1trongdungdịch KCl2M 60 x Bảng3.5 Dunglượngcủavật liệu oxit Mn1-xMexOztonghợptheo phương pháp sol-gel.70 Bảng3.6.KếtquảfitmạchcủacácoxitMn 1-xMexOzvớithànhphầnMe(Fe,Co,Ni)thayđoi trongdungdịch KCl2M 73 Bảng3.7.DunglượngriêngcủavậtliệuMnOzvàMn1-xMexOznungởnhiệtđk h c .8 Bảng3.8.KếtquảfitmạchcủacácoxitMn1-xMexOz(10%Me)nungởcácnhiệtđk h c trongdungdịch KCl2M 87 Bảng3.9 Kết fit mạch củaoxitMn1-xMexOz(10%Me)trongdungdịch KCl 2M 90 Bảng3.10.KếtquảphântíchvậtliệuMnO zvàMn 1MexOztonghợptheophương phápđiệnhố 94 x Bảng3.11.Kếtquảphântích vậtliệu MnO zvàMn 1MexOztonghợptheophương phápsol-gel 95 x DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ, ĐỒTHỊ Hình1.1.Sosánhmậtđt í c h trữđiệnvàthờigianphóng củamtsốnguồnđiện Hình1.2.Ðườngphóng-nạpđiện tụ điệnlýtưởngvàắcquylýtưởng Hình1.3.Ðồthịbieudinquanhệgiữađiệnthế,mậtđd ị n g vàthờigiantrongqtrìnhqtthếvịngtuần hồncủavậtliệu làm tụđiện Hình1.4.Sơđồngunlýmơtảcơchếtíchđiệncủatụđiệnlớpképvàphânbốđiệnthếtạibềmtp hânchiacủadungdịchđiệnly/điệncực Hình1.5 Mơhình lớp điện tích kép vàsựthayđoi điện theo khoảngcách 10 Hình1.6.Cấutạo củasiêutụ điệnlớpkép làmtv ậ t liệucacbon hoạttính 13 Hình1.7.Ảnhhưởngcủađườngkínhloxốpđếndunglượngriêngcủavậtliệuthanhoạttính 14 Hình1.8.VậtliệunanocompozithệN i ( O H ) 2/CNT 14 Hình1.9 Ðường congquét thếcủavật liệu RuO2 15 Hình1.10 Ðườngcongquét thếcủavậtliệu Co3O4 16 Hình1.11.Ðường congquét thếcủavậtliệu NiO 16 Hình1.12.Ðường congquétthếcủavậtliệu MnO2 17 Hình1.13.Cấutrccủamtsốpolymedẫnđiện 18 Hình1.14.Dunglượngcủamtsốloạivậtliệuđiệncựcứngdụngtrongsiêutụ .19 Hình1.15.NhómMDcócấutrcđườnghầm .20 Hình1.16.NhómMDcócấutrclớp 21 Hình1.17.Mtsốdạng cấutrctinhtheMnOOH 23 Hình1.18 Cấu tr ctinh the củaMn3O4 24 Hình1.19 Vậtliệu manganđioxit phatạp Ni, Co 27 Hình1.20.Vật liệumangan đioxitphatạp Mo .28 Hình1.21.Vật liệumangan đioxitphatạp Fe 29 Hình1.22 Sơ đồ kỹthuậtsol-gel trongtonghợp vậtliệu điện cực 32