(Luận văn thạc sĩ) tổng hợp vật liệu nano composite dựa trên mos2 và ống nano cacbon ứng dụng cho siêu tụ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN TRÀ MY ĐỀ TÀI TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE DỰA TRÊN MoS2 VÀ ỐNG NANO CACBON h ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN Bình Định – Năm 2021 BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN TRÀ MY ĐỀ TÀI TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE DỰA TRÊN MoS2 VÀ ỐNG NANO CACBON ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ĐIỆN h Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: TS LÊ VIẾT THƠNG LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu thực Trường Đại học Phenikaa hướng dẫn TS Lê Viết Thông, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Học viên Nguyễn Trà My h LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hồn thành luận văn, tơi nhận ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ thầy cô giáo, bạn bè người thân Lời đầu tiên, xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Viết Thông - người hướng dẫn trực tiếp, tận tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực đề tài luận văn Tôi xin cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn Những kiến thức mà thầy hết lịng truyền đạt tảng tri thức vững cho chúng tơi q trình học tập sau trường Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phịng thí nghiệm Trường Đại học Phenikaa hỗ trợ giúp đỡ nhiều việc thực h phép đo để đóng góp vào kết luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn người thân bên cạnh, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Học viên Nguyễn Trà My MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài h Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ SIÊU TỤ ĐIỆN 1.1.1 Cấu tạo siêu tụ điện 1.1.1.1 Tụ tĩnh điện lớp kép (EDLC) 1.1.1.2 Giả tụ điện 10 1.1.1.3 Tụ lai 11 1.1.2 Các thông số đặc trưng siêu tụ điện 12 1.1.2.1 Điện dung riêng (specific capacitance) 13 1.1.2.2 Điện 15 1.1.2.3 Mật độ lượng riêng mật độ công suất riêng 15 1.2 TỔNG QUAN VẬT LIỆU HAI CHIỀU MoS2 17 1.2.1 Cấu trúc tinh thể MoS2 17 1.2.1.1 1H MoS2 21 1.2.1.2 1T MoS2 23 1.2.1.3 2H MoS2 24 1.2.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu MoS2 25 1.2.2.1 Phương pháp bóc tách học 25 1.2.2.2 Phương pháp bóc tách hóa học 26 1.2.2.3 Phương pháp thủy nhiệt 27 1.2.2.4 Phương pháp dung môi nhiệt 28 1.2.2.5 Lắng đọng hóa học pha 29 1.3 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE MoS2/CNT CHO SIÊU TỤ ĐIỆN 29 h CHƯƠNG KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 37 2.1 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 37 2.1.1 Hóa chất, vật liệu 37 2.1.2 Dụng cụ 37 2.1.3 Thiết bị 37 2.2 QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU 38 2.2.1 Chuẩn bị dung dịch thủy nhiệt 38 2.2.2 Tiến hành trình thủy nhiệt 38 2.2.3 Tiến hành quay ly tâm để thu composite MoS3/MWCNTs 38 2.2.4 Chế tạo siêu tụ điện hình dạng đồng xu (coin cell) 39 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU 40 2.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 40 2.3.2 Phương pháp phổ Raman 42 2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 44 2.3.4 Phép đo quét tuần hoàn (Cyclic voltammetry, CV) 46 2.3.5 Phép đo phổ trở kháng điện hóa (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS) 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU MoS2 VÀ COMPOSITE MoS2/CNT 50 3.2 CÁC ĐẶC TRƯNG TINH THỂ 52 3.3 ĐẶC TRƯNG CỦA SIÊU TỤ ĐIỆN SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC COMPOSITE MoS2/MWCNT 54 h KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Tên viết Tiếng Việt Tiếng Anh AFM Hiển vi lực nguyên tử Atomic Force Microscope CNT Ống nano cacbon Carbon Nanotube CV Quét tuần hồn Voltammetry Cyclic CVD Lắng đọng hố học Chemical Vapor Deposition EDLC Tụ tĩnh điện lớp kép Electric double-layer capacitor EV Xe điện Electric vehicles Quang phổ trở kháng điện Electrochemical Impedance tắt hóa h EIS Spectroscopy Kính hiển vi điện tử quét Field-emission scanning phát xạ trường electron microscopy HEV Xe điện lai Hybrid Electric Vehicle MWCNT Ống nano carbon đa lớp Multi-Walled Carbon Nanotube SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope SWCMT Ống nano cacbon đơn lớp Single-Walled Carbon Nanotube TEM Hiển vi điện tử truyền qua FESEM Transmission Electron Microscopy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Tổng hợp số kết nghiên cứu composite MoS2 ứng dụng cho siêu tụ điện 33 h DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc siêu tụ điện Hình 1.2 Tụ tĩnh điện lớp kép (EDLC) 10 Hình 1.3 Cấu trúc giả tụ điện 11 Hình 1.4.Tụ lai 12 Hình 1.5 Biểu đồ Ragone 17 Hình 1.6 a, Đơn lớp MoS2 b, Liên kết cộng hóa trị MoS2 xếp mạng lục giác 20 Hình 1.7 Các loại pha phổ biến MoS2 21 Hình 1.8 Mặt chiếu đứng mặt chiếu MoS2 1H 22 Hình 1.9 (a) Giản đồ lớp 1H-MoS2 lớp 1H-MoS2 gấp khúc; (b) Bản phác thảo cấu trúc MoS2 tạo cách gấp hai lần h lớp MoS2 cách gấp cạnh; (c) hình minh họa trình gấp thường dẫn đến cấu trúc MoS2 bao gồm lớp xoắn khơng hồn hảo xếp chồng lên (d) Các mơ hình cấu trúc lớp đơn lớp đại diện cho ống nano lớp, (e) mơ hình cấu trúc dạng khối hai lớp 23 Hình 1.10 Mặt cắt dọc mặt cắt ngang MoS2 1T 24 Hình 1.11 (a) Các đơn chất 2H- MoS2 dạng lăng trụ tứ diện; (b) giản đồ chuyển động trượt mặt phẳng S cục dẫn đến chuyển từ pha 2H sang 1T; (c) mơ hình ống nano 2H thành 25 Hình 1.12 Quy trình bóc tách hóa học 27 Hình 1.13 Sơ đồ mơ tả qui trình chế tạo MoS2 phương pháp thủy nhiệt 28 Hình 1.14 Quá trình hình thành hạt MoS2 dung dịch DMF sử dụng tiền chất (NH4)2MoS4 28