Nghiên ứu đặc trưng cấu trúc và phổ của polypyrrole composite được tổng hợp bằng phương pháp điện hoá

NGUYễN THị ĐÔNG giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : công nghệ hoá học công nghệ hoá học nghiên cứu ĐặC TRƯNG CấU TRúC Và PHổ CủA POLYPYrROLE COMPOSITE Đợc tổng hợp phơng pháp điện hóa NGUYễN THị ĐÔNG 2007 - 2009 Hà Nội 2009 Hµ Néi 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204961021000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu ĐặC TRƯNG CấU TRúC Và PHổ CủA POLYPYrROLE COMPOSITE Đợc tổng hợp phơng pháp điện hóa ngành : công nghệ hoá học mà số:23.04.3898 NGUYễN THị ĐÔNG Ngời hớng dẫn khoa học : PGS.TS Trần Trung Hµ Néi 2009 -4- Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc -LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Thị Đông Nơi công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Đề tài: Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc phổ polypyrole tổng hợp phương pháp điện hóa Tơi xin cam đoan kết tơi trình bày luận văn nghiên cứu hướng dẫn PGS.TS Trần Trung Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 22 tháng 10 năm 2009 Người viết Nguyễn Thị Đông -5- LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu với giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo bạn đồng nghiệp nỗ lực cố gắng thân, luận văn tốt nghiệp cao học hồn thành Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, đồng nghiệp Khoa Cơng nghệ Hố học, đặc biệt thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Bộ mơn Cơng nghệ Điện hố Bảo vệ kim loại tận tình dạy dỗ, bồi dưỡng tạo điều kiện giúp đỡ suốt hai năm học vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS.TS Trần Trung người hết lòng hướng dẫn, bảo thời gian thực luận văn Do thời gian làm luận văn có hạn, điều kiện nghiên cứu cịn thiếu thốn lần thực bắt tay vào thực một đề tài nghiên cứu khoa học nên khơng tránh khỏi có thiếu sót hạn chế Tơi mong nhận đóng góp từ thầy giáo bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh Hà Nội, Ngày 22 tháng 10 năm 2009 Học viên Nguyễn Thị Đông -6- MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ POLYME DẪN 13 1.1 Sơ lược lịch sử phân loại polyme dẫn 13 1.1.1 Lịch sử phát triển polyme dẫn 13 1.1.2 Phân loại polyme dẫn 15 1.2 Một số khái niệm 19 1.3 Cơ chế dẫn điện polyme dẫn 21 1.3.1 Cơ chế Roth 21 1.3.2 Cơ chế truyền pha K.Ao.Ki 22 1.4 Ứng dụng polyme dẫn 23 1.5 Polyme dẫn dị mạch – polypyrol 30 1.5.1 Quá trình doping 30 1.5.2 Các dạng mang điện 31 1.5.3 Đặc tính điện hóa chế dẫn 35 1.6 Ống nano cacbon (CNTs) 39 1.6.1 Giới thiệu chung ống nanocacbon 39 1.6.2 Các tính chất đặc biệt ống nano bon 40 1.7 Mangan dioxit 41 1.7.1 Tổng hợp MnO2 43 1.7.2 Tổng hợp MnO2 có glyxerin 44 1.7.3 Tổng hợp CNTs+MnO 44 -7- 1.7.4 Tổng hợp CNTs + MnO2 có glyxerin 44 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.1 Các phương pháp tổng hợp polypyrol 45 2.1.1 Trùng hợp hóa học 45 2.1.2 Trùng hợp điện hóa 48 2.2 Hóa chất, thiết bị, thực nghiệm 50 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 51 2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 51 2.3.2 Phổ tử ngoại UV – Vis 52 2.3.3.Phương pháp quét tuần hồn Von-ampe vịng 53 2.3.5 Phương pháp SEM 56 Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 3.1 Nghiên cứu von-ampe dòng 59 3.2 Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu composite polyme 65 3.3 Nghiên cứu tương tác vi hạt với mạng polypyrrole 69 3.3.1 Phổ UV-Vis 69 3.3.2.Phổ hồng ngoại 73 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 -8- DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ BẢNG NỘI DUNG TRANG 1.1 Các biosensor amperometric dựa polypyrol 25 1.2 Các sensor hóa học dựa polypyrole 25 1.3 29 1.4 Phân loại bình acquy polyme với anot, catot hay hai polyme hoạt tính Tóm tắt chiều dài liên kết chuỗi polypyrol 2.1 Peack potential số monome tiêu biểu 48 3.1 Bảng giá trị pic hấp thụ phổ UV-Vis Py 70 3.2 Các dạng oligome trạng thái polaron, bipolaron tạo thành màng PPy, composite PPy với MnO2 72 35 -9- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỐ HÌNH NỘI DUNG TRANG 1.1 Độ dẫn polyme dẫn so với vật liệu khác 15 1.2 Polyme oxy hóa khử 16 1.3 Polyme dẫn điện tử 17 1.4 Polyme trao đổi ion 18 1.5 Cấu trúc aromatic quinoid polypyrrole 19 1.6 20 1.7 Sơ đồ minh họa cấu trúc liên quan đến tạo thành dạng hạt mang điện polaron bipolaron Cơ chế dẫn điện Roth polyme dẫn 1.8 Sơ đồ chế lan truyền pha K.Ao.Ki 22 1.9 Sơ đồ oxy hóa khử hệ PPy – PPy/PSS 28 1.10 Một số dạng khuyết tật radical có hệ thống electron ∏ polypyrol Sơ đồ cấu trúc điện tử chuỗi polypyrol 32 Các von – ampe vòng PPy(NO3-) dung dịch nước trung tính 0,5M TsONa Cơ chế phản ứng tổng hợp polypyrrol 36 Sơ đồ nguyên lý tổng hợp màng polypyrol phương pháp điện hóa Đồ thị quét vòng cyclicvoltametry 50 55 2.5 3.1 Quan hệ điện dòng điện quét vòng Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy SEM Tổng hợp PPy dung dịch LiClO4 (CV1) 3.2 Tổng hợp PPy dung dịch LiClO4 (CV1- CV10) 60 3.3 Tổng hợp composite PPy có thêm MnO2 (CV1) 60 1.11 1.12 2.1 2.2 2.3 2.4 21 34 46 54 57 59 - 10 - 3.4 Tổng hợp composite PPy có thêm MnO2 (CV1-CV10) 61 3.5 61 3.13 Tổng hợp composite PPy có thêm MnO2 tổng hợp có glyxerin(CV1) Tổng hợp composite PPy có thêm MnO2 tổng hợp có glyxerin (CV1-CV10) Tổng hợp PPy có thêm CNts cài MnO2 dung dịch LiClO4 0,1N (CV1) Tổng hợp PPy + CNt cài MnO2 có glyxerol dung dịch LiClO4 0,1N (CV1) Tổng hợp PPy + CNts cài MnO2 có glyxerol dung dịch LiClO4 0,1N (CV1) Tổng hợp PPy + CNts cài MnO2 có gly dung dịch LiClO4 0,1N (CV1) Hình ảnh SEM thu phương pháp tổng hợp hoá học Hình ảnh SEM thu phương pháp tổng hợp điện hoá Phổ UV-Vis PPy 3.14 Phổ UV-Vis PPy composite PPy với MnO2 71 3.15 Phổ hồng ngoại PPy composite PPy MnO2 75 3.16 Tương tác Mn mạng PPy 80 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 61 62 63 63 63 66 68 69 - 11 - MỞ ĐẦU Trong công nghệ vật liệu điện tử, vật liệu polyme dẫn từ lâu đối tượng nghiên cứu chuyên sâu nhà khoa học Đã có bước đột phá trình tổng hợp, nghiên cứu đặc tính điện hố, hóa học vật lý… vật liệu thu kết ngày hoàn thiện Đặc trưng quan trọng polyme dẫn ứng dụng điện hố khả làm thay đổi tính chất vật lý, hố học chúng pha tạp ion thích hợp (các polyme dạng pha tạp (doping) nó) Chính nhờ khả mà polyme dẫn sử dụng rộng rãi khơng với vai trị dẫn điện, hay sử dụng chúng vật liệu catot hệ acqui – polyme, mà mở hướng nghiên cứu khả làm thay đổi tính chất điện cực thông thường Chế tạo điện cực chọn lọc ion tạo sensor hố học sinh học phân tích, giúp cho việc phân tích dễ dàng thuận lợi số trường hợp mà phương pháp phân tích khác gặp nhiều khó khăn phân tích mơi trường, phân tích enzim, phân tích ADN… Trên giới người ta nghiên cứu polyme dẫn từ năm 70 phát tính dẫn điện polyanilin, sau số polyme khác polypyrrol, polyaxetylen….các nghiên cứu chia làm ba loại polyme dẫn là: + Các polyme oxy hoá khử (Redox polymer) + Các polyme dẫn điện tử (Electronically conducting polymer) hay gọi kim loại hữu (Organic metals) + Các polyme trao đổi ion (Loaded ion nomer hay ion exchange polymer) Ở nước ta việc nghiên cứu tính chất, ứng dụng polyme dẫn chưa nhiều có chế tạo loại polyme dẫn có tính ứng