(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp các vật liệu điện sắc của viologen định hướng ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHÙNG THỊ YẾN NHI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HỆ VẬT LIỆU ĐIỆN SẮC CỦA VIOLOGEN ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG h TRONG LĨNH VỰC QUANG ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Bình Định, Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHÙNG THỊ YẾN NHI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC HỆ VẬT LIỆU ĐIỆN SẮC CỦA VIOLOGEN ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG h TRONG LĨNH VỰC QUANG ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : Hóa lí thuyết hóa lí Mã số : 8440119 Ngƣời hƣớng dẫn 1: TS HUỲNH THỊ MIỀN TRUNG Ngƣời hƣớng dẫn 2: TS NGUYỄN LÊ TUẤN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu điện sắc viologen định hƣớng ứng dụng lĩnh vực quang điện tử” kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết dùng luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu Học viên Phùng Thị Yến Nhi h LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Huỳnh Thị Miền Trung TS Nguyễn Lê Tuấn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên tơi hồn thành tốt luận văn Trong trình thực luận văn, nhận nhiều quan tâm, hỗ trợ tạo điều kiện thầy cô khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Quy Nhơn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới quý thầy cô Tôi xin cảm ơn bạn nhóm nghiên cứu hỗ trợ, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Mặc dù, q trình thực luận văn tơi cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận thông cảm ý kiến đóng góp q báu từ q thầy để luận văn hồn thiện h Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên Phùng Thị Yến Nhi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC C C HIỆU C C CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC C C BẢNG BIỂU SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN h 1.1 Điện hóa học bề mặt phân cách rắn/lỏng 1.1.1 Nhiệt động học điện hóa 1.1.2.Các mơ hình mặt phân cách rắn/lỏng 1.1.3 Quá trình hấp phụ chất hữu bề mặt 1.1.4 Động học điện hóa 1.2 Giới thiệu vật liệu điện sắc 1.2.1 Khái niệm tượng điện sắc 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động vật liệu điện sắc 10 1.3 Giới thiệu viologen 12 1.3.1.Tổng quan viologen 12 1.3.2 Tính chất viologen 12 1.3.3 Phân loại viologen 15 1.3.4 Đặc điểm cấu tạo DBV DEV 16 1.3.5 Ứng dụng vật liệu sở viologen 17 1.4 Indium tin oxide (ITO) 18 1.5 Cơ sở lý thuyết phương pháp chế tạo đặc trưng vật liệu 18 1.5.1 Phương pháp quét tuần hoàn 18 1.5.2 Phương pháp đo dòng - thời gian 21 1.5.3 Phương pháp phổ UV-Vis 21 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị chế tạo mẫu 23 2.1.1 Hóa chất 23 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 23 2.2 Tổng hợp vật liệu phương pháp điện hóa 23 2.2.1 Chuẩn bị dung dịch điện phân 23 2.2.2 Xử lý điện cực ITO 25 2.2.3 Chuẩn bị tế bào điện hóa 25 h 2.2.4 Thực phép đo 26 CHƢƠNG 3: ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Tính chất điện hóa điện sắc viologen 27 3.1.1 Hệ cấu tử DBV, DEV 27 3.1.2 Hệ hỗn hợp cấu tử DBV DEV 29 3.2 Tổng hợp vật liệu màng điện sắc phương pháp đo dòng - thời gian CA 31 3.2.1 Tổng hợp vật liệu màng điện sắc DBV/ITO 31 3.2.2 Tổng hợp vật liệu màng điện sắc DEV/ITO 32 3.3 Sự ảnh hưởng nồng độ viologen dung dịch lên tính chất điện sắc vật liệu màng DBV/ITO DEV/ITO 34 3.4 Khảo sát tính chất quang vật liệu màng DBV/ITO phương pháp UV-Vis 36 3.5 Khảo sát khả ứng dụng vật liệu màng điện sắc viologen 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO h DANH MỤC C C STT HIỆU C C CHỮ VIẾT TẮT Tên Viết tắt Trang dibenzyl viologen DBV 2 diethyl viologen DEV Phương pháp quét vòng tuần hoàn CV Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến UV-Vis Phương pháp đo dòng-thời gian CA Indium Tin Oxide ITO h DANH MỤC C C BẢNG BIỂU SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang 8 11 12 13 14 17 17 h Số hiệu bảng, biểu, Tên bảng, biểu, sơ đồ, hình vẽ sơ đồ, hình vẽ Sơ đồ cấu tạo lớp điện kép kiểu Helmholtz Hình 1.1 Hình 1.2 Biến thiên bước nhảy điện theo khoảng cách đến điện cực Hình 1.3 Mơ hình Stern Hình 1.4 Sự hấp phụ đặc trưng anion bề mặt điện cực Hình 1.5 Mơ hình tự xếp phân tử hữu lớp anion Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị điện sắc Hình 1.7 Cơng thức cấu tạo viologen Hình 1.8 Ba trạng thái oxi hóa khử viologen Hình 1.9 Các trạng thái oxi hóa methyl viologen Hình 1.10 Cơng thức cấu tạo DBV DEV Hình 1.11 Mặt cắt ngang bảng điện sắc thay đổi từ suốt sang mờ đục Một điện áp áp dụng điện cực dẫn dòng ion từ lớp lưu trữ ion, qua chất điện giải vào lớp điện sắc Hình 1.12 Nguyên tắc hoạt động hệ điện cực: CE, WE, RE Hình 1.13 Hình dạng đường cong phân cực Hình 2.1 Điện cực ITO với kích thước 1x2 cm Hình 2.2 Tế bào điện hóa ba điện cực Hình 2.3 Hệ ba điện cực kết hợp với potentiostat phép đo điện hóa Hình 3.1 CV ITO dung dịch H2SO4 , DBV DEV Hình 3.2 Sự biến đổi màu sắc màng DBV theo điện điện cực ITO Hình 3.3 Sự biến đổi màu sắc màng phân tử DEV theo điện điện cực ITO Hình 3.4 Sự biến đổi màu sắc màng hỗn hợp DBV DEV theo điện điện cực ITO Hình 3.5 CV ITO dung dịch hỗn hợp DBV DEV 2,5mM 20 21 25 25 26 27 28 29 30 30 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 31 32 33 33 34 35 36 39 h Màu sắc phân tử viologen khoảng khác Quá trình hình thành phá vỡ màng phân tử DBV+ /ITO DBV0/ITO ITO kiểm soát phương pháp CA Sự tạo màu màu xanh lam màng DEV+ /ITO Quá trình tạo màng phá vỡ màng phân tử DEV + DBV ITO kiểm soát phương pháp CA CV ITO dung dịch DBV nồng độ khác (a), Cường độ màu DBV/ITO nồng độ khác (b) CV ITO dung dịch DBV nồng độ khác (a), Cường độ màu ITO/DBV nồng độ khác (b) Phổ UV-Vis vật liệu màng DBV/ITO giá trị điện cực khác Thí nghiệm mô ảnh hưởng màu sắc kính riêng tư khơng gian phía sau kính Mơ hình thiết bị điện sắc Quá trình chuyển đổi màu sắc hệ vật liệu DBV theo điện thiết bị điện sắc NSF:ITO/DBV Quá trình xuất màu màu (coloring decoloring process) thiết bị điện sắc QNU:ITO/DBV Mơ hình Smart roof Ảnh hưởng thay đổi màu sắc thay đổi màu sắc đến cường độ ánh sáng xuyên qua vật liệu thiết bị điện sắc smart-roof:ITO/DBV Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 39 40 40 41 41