Thông tin tài liệu
BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI NGUYỄNTRỌNGTÙNG NGHIÊNCỨUTỔNGHỢP,TÍNHCHẤTCỦAVẬTLIỆUTiO2ĐƠNPHA VÀỨNGDỤNGTRONGCHẾTẠONANOCOMPOSITEPPy/TiO2 LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT Hà Nội – 2017 NGUYỄNTRỌNGTÙNG NGHIÊNCỨUTỔNGHỢP,TÍNHCHẤTCỦAVẬTLIỆUTiO 2ĐƠNPHA VÀỨNGDỤNGTRONGCHẾTẠONANOCOMPOSITEPPy/TiO2 Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuậtMãsố:62520401 LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT NGƯỜIHƯỚNGDẪN KHOAHỌC: PGS.TSDƯƠNGNGỌCHUYỀN Hà Nội – 2017 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi hướng dẫn củaPGS.TS.DươngNgọcHuyền.Cáckếtquảnêutrongluậnánlàtrungthựcvàchưađượcai cơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhluậnánnàokhác HàNội,ngày tháng năm Giáoviênhướngdẫn Tácgiảluậnán PGS.TS.DươngNgọcHuyền NguyễnTrọngTùng LỜICẢMƠN Đầutiêntơixinbàytỏlịngbiếtơnchânthànhvàsâusắccủamìnhtớithầyhướngdẫnkho ahọcPGS.TS.DươngNgọcHuyền.Thầylàngườiđãgợimởchotơicácýtưởngkhoahọc,lntận tìnhhướngdẫntơitrongsuốtthờigianthựchiệnluậnán Đồngthờitơicũngxincảmơnđếncácthầy,cơ,anh,chịtrongBộmơnQuanghọc&Quang điệntử - ViệnVậtlýKỹthuật-TrườngĐạihọcBách khoaHàNộiđãnhiệttìnhchỉbảotơivề trangthiếtbịthínghiệm,cáckỹthuậtphântíchvàcónhữnggópýxâydựngđể tơihồnthànhluậnáncủamình Qua tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đạihọc, Viện Vật lý Kỹ thuật - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện chotơitrongqtrìnhhọctậpvànghiêncứu Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, anh, chị, em bạnđồngnghiệpTrườngCaođẳngTruyềnhình– ĐàiTruyềnhìnhViệtNamđãtạođiềukiện,giúpđỡvàđộngviênđể tơihồnthànhcơngtrìnhnghiêncứunày Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân ln độngviênvềtinhthần,thờigianvàvậtchấtđểtơicóđộnglựctrongcơngviệcnghiêncứukhoahọc HàNội,ngày tháng năm Tácgiảluậnán NguyễnTrọngTùng MỤCLỤC MỤCLỤC i DANHMỤCCÁCKÝHIỆUVÀ CHỮVIẾT TẮT iii DANHMỤCCÁCBẢNG iv DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH,ĐỒTHỊ .v MỞĐẦU CHƯƠNG 1:TỔNGQUANVỀ VẬTLIỆU 1.1 TiO2v ứngdụng 1.1.1 CấutrúccủavậtliệuTiO2 1.1.2 Phảnứngquangxúctác 1.1.3 ChếtạovậtliệunanoTiO2 11 1.1.4 ỨngdụngcủavậtliệuTiO2 16 1.1.5 Tìnhhình nghiêncứu 17 1.2 Nanocompositenềnpolymedẫnđiệnvàứngdụng 20 1.2.1 Giớithiệu vậtliệu nanocomposite 20 1.2.2 GiớithiệuPolymedẫn 22 1.2.3 ChếtạovậtliệuPolymedẫn 28 1.2.4 Nanocompositenềnpolymedẫn 29 1.2.5 ỨngdụngcủananocompositenềnPPy 32 1.2.6 Tìnhhìnhnghiêncứu 34 Kếtluậnchương1 37 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐẶCTRƯNGVẬTLIỆU 38 2.1 Tổnghợp vậtliệu .38 2.1.1 ChếtạovậtliệunanoTiO2 38 2.1.2 ChếtạovậtliệuPolymedẫn 39 2.2 Phươngphápnghiêncứuhìnhtháivà cấutrúccủavậtliệu 40 2.2.1 GiảnđồnhiễuxạtiaX 40 2.2.2 Hiểnviđiệntửquét .42 2.2.3 Hiểnviđiệntửtruyềnqua 42 2.2.4 PhổHồng ngoại 43 2.2.5 Phổtánxạ Raman 44 2.3 Phươngphápnghiêncứutínhchấtđiện,nhiệtcủavậtliệu 46 2.3.1 Khảosátsự ảnhhưởngcủamơitrườnglênđộdẫn .46 2.3.2 Khảosáttínhchấtnhiệtcủavậtliệu 47 Kếtluậnchương2 48 CHƯƠNG 3:NGHIÊNCỨUSỰTẠOTHÀNHP H A VẬTLIỆUTiO2 49 3.1 Mởđầu 49 3.2 ẢnhhưởngcủanồngđộHCltrongmôitrườngphảnứng 49 3.3 KếtquảgiảnđồnhiễuxạtiaX 54 3.4 KếtquảphổtánxạRaman 64 3.5 Kếtquảkhảosáthiểnviđiệntử 68 3.5.1 VậtliệuTiO2h u y ề n phù 68 3.5.2 VậtliệuTiO2k ế t tủa 71 3.5.3 VậtliệuTiO2p h a anatasevàrutile 72 3.6 Quátrìnhchuyểnpha 78 Kếtluậnchương3 81 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANOCOMPOSITEPPy/TiO2 82 4.1 Mởđầu 82 4.2 Kếtquảhiểnviđiệntử 82 4.2.1 VậtliệunanocompositePPy/TiO2p h a a n a t a s e 82 4.2.2 VậtliệunanocompositePPy/TiO2p h a rutile 84 4.3 KhảosátphổtánxạRaman,FTIR,UV-Vis 87 4.4 Khảosátsựảnhhưởng củamôitrườnglênđộ dẫn 92 4.4.1 Ảnhhưởngcủakhíoxy 92 4.4.2 Ảnhhưởngcủatiatử ngoại 99 4.4.3 Ảnhhưởngcủanhiệtđộ 101 Kếtluậnchương4 .107 KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ 108 TÀILIỆUTHAM KHẢO .110 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦALUẬNÁN 121 DANHMỤCCÁCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT Kýhiệu ADN TêntiếngViệt Phântửmang thôngtin ditruyền Têntiếng Anh AxitDeoxyriboNucleic CB Vùngdẫn Conductionband CNTs Ốngcarbon nano Carbonnanotubes Dopant Chấtphatạp Dopant Doping Qtrìnhphatạp Doping DSC Phântíchnhiệtqtvi sai Tếbàonăng lượngmặttrời DSSC nhuộmnhạysáng FFT ẢnhbiếnđổiFouriernhanh Quangphổ hồngngoạichuyển FTIR đổiFourier Mứcnănglượngcaonhấtđãđiền HOMO đầyđiệntử Hiểnviđiệntửtruyềnquaphân HRTEM giảicao I2 Iốt Differentialscanningcalorimetry ITO In2O3phatạpSnO2 Indium-TinOxide LED PA Đènled Mứcnă ng l ợ n g thấ p n h ấ t c h ưa điềnđầyđiệntử Polyacetylene Lightemittingdiode Lowest Unoccupied Orbital Polyacetylene PANi Polyaniline Polyaniline PEDOT Polyethylenedioxythiophene Polyethylenedioxythiophene PPy Polypyrrole Polypyrrole PT Polythiophene Polythiophene PVC Polyvinylchloride Polyvinylchloride SEM Hiểnviđiệntửquét ScanningElectronMicroscope SWNTs Ôngcarbonnanođơnvách Single-walledcarbonnanotubes TEM Hiểnviđiệntửtruyền qua TransmissionElectronMicroscope UV-vis Phổtửngoạivàkhảkiến Ultraviolet-Visible VB Vùnghóatrị Valenceband XRD Nhiễuxạtia X X-raydiffraction LUMO DyeSensitizedSolarCell FastFourierTransform Fouriertransforminfrared spectroscopy Highest Occupied Molecular Orbital High-resolutionTransmission ElectronMicrocope Iodine Molercular DANHMỤCCÁCBẢNG Bảng1.1.Thôngsốcấutrúcanatasevàrutile củaTiO2[43,128] Bảng1.2.Mộtsốvậtliệunanocompositenền polymedẫn điện[64] Bảng2.1.CácđỉnhphổtronggiảnđồnhiễuxạtiaXquychoTiO 2anata pha se(Cơsởdữ liệuJCPDS21-1272) Bảng2.2.CácđỉnhphổtronggiảnđồnhiễuxạtiaXquychoTiO pha rutile(Cơ sởdữliệuJCPDS21-1276) Bảng2.3.Phânloạivùnghồngngoại[47,86,157] Bảng2.4.ĐỉnhphổtánxạRaman gánvớiTiO2p h a anatase[5] Bảng2.5.ĐỉnhphổtánxạRamangánvớiTiO2p h a rutile[5] Bảng2.6.ĐỉnhphổtánxạRamangánvớidaođộngcácliênkếttrongvật liệuPPy[34] Bảng3.1.GiátrịpHcủadungdịchdungmôivàcácmẫutrước,saukhi thủyphân Bảng3.2.NồngđộH+trongcác mẫutrướcvàsaukhithủyphân Bảng3.3.KíchthướchạtvàtỷlệkhốilượngcủaTiO2huyềnphùbảoquản mộttuần Bảng3.4.K íc h thước hạ t tỷ lệkhốilượ ngcủaTiO 2huyền phùbả o quản mộttháng Bảng3.5.KíchthướchạtvàtỷlệkhốilượngcủaTiO2k ế t tủabảoquản mộttháng Bảng3.6.KíchthướchạtvàtỷlệkhốilượngcủaTiO2k ế t tủabảoquản sáutháng 31 40 41 44 45 45 46 52 52 56 58 61 63 Bảng4.1.Kếtquảgiátrịbiếnđổiđiệntrởcủacácmẫun a n o c o m p o s i t e PPy/ TiO2ở nhiệtđộ135oC 103 DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH, ĐỒTHỊ Hình1.1.MinhhọadạngthùhìnhanatasevàrutilecủaTiO2[ ] Hình1.2.ĐadiệnphốitríTiO6 Hình1.3.Giảnđồnănglượngcủaanatasevàrutile[105] Hình1.4.CơchếhấpthụánhsángcủaTiO2[23] Hình1.5.Giảnđồbềrộngvùngcấmbịbẻcongởbềmặttrongcấutrúc phaanatase(a)vàpharutile(b)củaTiO2[ 1 ] Hình1.6.Giảnđồsự hìnhthànhcácgốcOH*vàO2-[136] 10 Hình1.7 (A)Qtrìnhquangxúctáctạivùngdẫn(C.B.)vàcùnghóatrị(V.B.)củaTi O2p h a anatasevàrutilekhơngcóvàcómặtH 2O2; (B)CơchếsinhraOH*củaTiO2p h a anatasevàrutile[197] 10 Hình1.8.SơđồphươngphápPECVDchếtạoTiO2c ủ a Battiston[14] 12 Hình1.9.SơđồphươngphápMOCVDchếtạoTiO2c ủ a Chen[31] 13 Hình1.10.SơđồchếtạoTiO2b ằ n g phươngphápsol-gelcủaBehnajady vàđồngnghiệp[17] 14 Hình1.11.SơđồchếtạovậtliệunanoTiO 2đ ợ c phatạpkimloạibằngphươngphápt hủynhiệtcủaAnhTuấnvàđồngnghiệp[1] 15 Hình1.12.C c lĩnhvựcứngdụngcủavậtliệuTiO2[132] 18 Hình1.13.BiểuđồsốcơngtrìnhliênquantớiTiO2cơng bốtừnăm20002015(nguồntừScienceDirect) 19 Hình1.14.Biểuđồmứcnănglượngcủamộtchấtbándẫnkhốivàphântửvớimộtchấm lượngtử.Cácđiệntửcủachấtbándẫnnằmtrongmộtvùng;cácđiệntửcủap hântửnằmtrongcácorbital(liênkết) Ởkíchthướcnanomet,điệntửcủachấmlượngtửnằmtrongcấu trúcnănglượngtrunggiangiữacácvùngvàliênkết[129] 22 Hình1.15.Cấutrúcpolyacetylene[156] 23 Hình1.16.Cấutrúccủanhữngpolymedẫnđiện[153] 23 Hình1.17.Hìnhảnh minhhọachuyểnhố Peierls[81,147] 24 Hình1.18.SựkếthợpgiữaPAvàI2v i (I3)-gâyrađiệntíchdươngtrên 5đơnvị(CH)[124] 26 Hình 1.19.Polaron,bipolaronvàsựhìnhthànhcủacácvùngnănglượng củaPPy CB: Conductionband (vùngdẫnđiện),V B : Valence band(vùnghóatrị)[141] 27 Hình1.20.Sơ đồtrùng hợpđiệnhố 28 Hình1.21.Phản ứngtrùnghợpAxetylen [133] 29 Hình1.22.Sự tạothànhnanocompositetừ cácvậtliệuthànhphần[64] 30 Hình1.23.Sơđồphânloạivậtliệunanocompositepolymedẫnđiện[64] 32 Hình1.24.BiểuđồsốcơngtrìnhliênquantớiPPy/TiO 2c n g bốtừnăm 2000-2015 (nguồn từScienceDirect) 35 Hình2.1.Sơđồquytrìnhchế tạovậtliệunanoTiO2 38 Hình2.2.Sơđồquytrìnhchế tạonanocompositenềnpolymedẫn 39
Ngày đăng: 30/08/2023, 20:45
Xem thêm:
