Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu PANi CNTs

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ************** ĐINH THỊ HOAN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU PANi - CNTs KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: HÓA LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS PHAN THỊ BÌNH HÀ NỘI - 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phan Thị Bình Phòng Điện hóa ứng dụng- Viện hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giao đề tài tận tình hƣớng dẫn em suốt trình làm khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tập thể phòng Điện hóa ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đặc biệt chị Mai Thị Xuân giúp đỡ em nhiều thời gian em tiến hành thực nghiệm Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo khoa Hóa học trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội dạy dỗ em suốt thời gian học tập trƣờng Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè, gia đình ngƣời thân động viên giúp đỡ em trình làm khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Đinh Thị Hoan Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Polianilin 1.1.1 Cấu trúc polianilin 1.2.2 Tính chất PANi 1.2.2.1 Tính chất hóa học 1.2.2.2 Tính chất quang học 1.2.2.3 Tính chất học 1.2.2.4 Tính dẫn điện 1.1.3 Phƣơng pháp tổng hợp PANi 1.2.3.1 Polime hóa anilin phƣơng pháp hóa học 1.1.3.2 Polime hóa anilin phƣơng pháp điện hóa 1.1.4 Ứng dụng polianilin 1.2 Chất hoạt động bề mặt DBSA Ống nano cacbon (CNTs) 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Phân loại 1.3.2.1 Ống nano đơn lớp 1.3.2.2 Ống nano đa lớp 1.3.2 Tính chất 10 1.3.2.1 Tính chất 10 1.3.2.2 Tính dẫn điện 10 1.3.2.3 Tính chất nhiệt 10 1.3.2.4 Tính chất hóa học 11 1.3.2.5 Tính chất phát xạ điện tử trƣờng 11 Đinh Thị Hoan 2015 Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 1.3.3 Ứng dụng 11 1.4 Vật liệu compozit 12 1.4.1 Khái niệm 12 1.4.2 Phân loại 13 1.4.2.1 Theo chất vật liệu cốt 13 1.4.2.2 Theo đặc điểm hình học cốt đặc điểm cấu trúc 13 1.4.3 Vật liệu compozit PANi – CNTs 13 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét ( SEM) 15 2.2 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại 16 2.3 Phƣơng pháp đo độ dẫn 18 2.4 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 19 Chƣơng THỰC NGHIỆM 21 3.1 Hóa chất 21 3.2 Dụng cụ 21 3.3 Thiết bị đo 21 3.4 Tổng hợp compozit PANi – CNTs 22 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 4.1 Kết tổng hợp compozit PANi – CNTs 25 4.2 Độ dẫn vật liệu compozit PANi – CNTs 26 4.3 Nghiên cứu ảnh SEM 27 4.4 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X 29 4.5 Phân tích phổ hồng ngoại IR 30 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học LỜI MỞ ĐẦU Hiện việc nghiên cứu phát minh loại vật liệu tham vọng khám phá nhiều nhà khoa học giới Cùng với phát triển công nghệ nano vài thập niên gần khám phá polime dẫn vào nửa cuối kỷ 20 trở thành tâm điểm khoa học công nghệ sản xuất vật liệu Cho đến nay, bƣớc phát triển ngành công nghệ vật liệu xoay quanh công trình nghiên cứu polime dẫn ứng dụng tuyệt vời chúng Với tính chất dẫn điện tính chất quang học, polime dẫn có nhiều ứng dụng quan trọng nhƣ: Chống ăn mòn bảo vệ kim loại, vật liệu tàng hình, cảm biến, pin nhiên liệu, màng trao đổi ion, vật dẫn quang học, thiết bị hiển thị… Trong số polime dẫn polianilin có ƣu điểm vƣợt trội độ bền, độ dẫn điện, dễ tổng hợp dễ liên kết với chi tiết máy… Vật liệu ống nanocacbon (CNTs) có cấu trúc tinh thể độc đáo, tính chất điện tử đặc biệt (kim loại bán dẫn tùy thuộc vào cấu hình ống), tính dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện tử mạnh,… vật liệu CNTs mở nhiều ứng dụng nhƣ chế tạo hình phẳng - công suất thấp, linh kiện phát xạ điện tử kích thƣớc bé, vật liệu tản nhiệt thiết bị điện tử công suất cao, vật liệu hấp thụ sóng điện từ Đặc biệt với tính chất học quý (nhẹ, độ cứng siêu cao, độ chịu mài mòn hóa tốt, diện tích bề mặt lớn) CNTs vật liệu gia cƣờng lý tƣởng cho nhiều loại vật liệu tổ hợp kim loại, polymer, cao su với phạm vi ứng dụng rộng Với đặc tính ƣu việt hai loại vật liệu PANi CNTs với nhu cầu to lớn việc sử dụng vật liệu có tính đặc biệt mà vật liệu truyền thống đứng riêng rẽ đƣợc lí em chọn đề tài: “Tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu PANi – CNTs ” Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học  MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tổng hợp compozit PANi- CNTs có cấu trúc nano phƣơng pháp hóa học  Nghiên cứu thành phần, cấu trúc vật liệu phƣơng pháp đo phổ hồng ngoại ( IR), phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (X-Ray)  Nghiên cứu tính chất dẫn điện vật liệu PANi- CNTs Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Polianilin 1.1.1 Cấu trúc polianilin Hiện nay, nhà khoa học chấp nhận polianilin (PANi) có cấu trúc nhƣ sau [15]: Khác với loại polyme dẫn khác, PANi có trạng thái oxi hoá: - Trạng thái khử cao (x = n= 1, m=0) leucoemeraldin (LE)màu vàng - Trạng thái oxi hoá nửa (x = m =n =0.5) emeraldin (EM)- màu xanh Là hình thức chủ yếu polyanilin, dạng trung tính hay pha tạp với liên kết imin nitrogen axit - Trạng thái oxi hoá hoàn toàn (x = n =0, m =1) pernigranilin (PE)– màu xanh tím - Dạng anilin ứng với trạng thái oxy hoá emeraldin đƣợc coi chất cách điện 1.2.2 Tính chất PANi 1.2.2.1 Tính chất hóa học Một số nghiên cứu tính chất hóa học mạnh PANi khả trao đổi anion tính khác biệt với polime trao đổi ion thông thƣờng Lý do phân tán điện tích PANi Ảnh hƣởng cấu hình điện tích đƣợc nghiên cứu xảy tƣơng tác axit amin lên PANi Ví dụ cho thấy axit amin với mật độ điện tích tƣơng tự nhƣng cấu hình phân tử khác nhau, khả tƣơng tác với PANi khác rõ ràng Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học 1.2.2.2 Tính chất quang học PANi có đặc tính điện sắc màu biến thiên phản ứng oxi hóa khử màng Ngƣời ta chứng minh PANi thể nhiều màu từ vàng nhạt đến xanh cây, xanh sẫm tím đen tùy thuộc vào phản ứng oxi hóa khử khác 1.2.2.3 Tính chất học Tính chất học PANi phụ thuộc nhiều vào điều kiện tổng hợp PANi tổng hợp điện hóa cho độ xốp cao, độ dài phân tử ngắn, độ bền học Màng PANi đƣợc tổng hợp phƣơng pháp hóa học xốp đƣợc sử dụng phổ biến, PANi tồn dạng màng, sợi hay phân tán hạt 1.2.2.4 Tính dẫn điện Do hệ thống nối đôi liên hợp dọc toàn mạch phân tử đoạn lớn mạch mà PANi hợp chất hữu dẫn điện Sự bất định xứ số lớn electron  dọc mạch polime hệ thống nối đôi liên hợp mang lại thuận lợi lớn mặt lƣợng Polime dẫn có độ bền nhiệt động cao hình thành hệ thống nối đôi liên hợp nhiệt phát lớn giá trị tính toán sở số lƣợng liên kết Năng lƣợng kích thích electron  w mạch phân tử có nối đôi liên hợp đƣợc xác định công thức [8]: h2 w  (1  N / N2 ) 2ml (1) Trong đó: h số plank m khối lƣợng electron l chiều dài mắt xích polime N số electron  Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Từ phƣơng trình ta tăng số electron  lên nghĩa kéo dài hệ thống liên hợp nội hệ giảm tức chiều dài mạch liên hợp tăng lƣợng kích thích electron lƣợng điện chuyển electron vào vùng dẫn giảm Vì electon di chuyển từ đại phân tử sang đại phân tử khác cách dễ dàng lƣợng electron thấp Đây điều kiện cần polime dẫn điện 1.1.3 Phƣơng pháp tổng hợp PANi 1.2.3.1 Polime hóa anilin phƣơng pháp hóa học Polime hóa hóa học phƣơng pháp thông dụng chế tạo polime nói chung, áp dụng chế tạo polime dẫn, anilin trình tổng hợp đƣợc diễn có mặt tác nhân oxi hóa làm xúc tác Ngƣời ta thƣờng sử dụng amonipesunfat làm chất oxi hóa trình tổng hợp PANi nhờ mà tạo đƣợc polime có khối lƣợng phân tử cao độ dẫn tối ƣu so với chất oxi hóa khác Phản ứng trùng hợp monome anilin xảy môi trƣờng axit ( HCl, H2SO4…) Polime chế tạo phƣơng pháp hóa học thông thƣờng có cấu tạo mạch thẳng, chƣa đƣợc oxi hóa hay tạo muối 1.1.3.2 Polime hóa anilin phƣơng pháp điện hóa Ngoài phƣơng pháp tổng hợp hóa học thông thƣờng PANi đƣợc tổng hợp phƣơng pháp điện hóa Nguyên tắc phƣơng pháp điện hóa dùng dòng điện để tạo nên phân cực với điện thích hợp, cho đủ lƣợng để oxi hóa monome bề mặt điện cực, khơi mào cho polime hóa điện hóa tạo màng dẫn điện phủ lên bề mặt điện cực làm việc Đối Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học với anilin, trƣớc polime hóa điện hóa anilin đƣợc hòa tan dung dịch axit nhƣ: Axit H2SO4, HCl, oxalic Bình polime hóa điện hóa có điện cực: Điện cực làm việc (WE): Trên bề mặt điện cực thực đƣợc phản ứng polime hóa điện hóa Điện cực đối (CE): Làm plantin hay thép không gỉ để tạo mạch điện kín tạo điều kiện cho trình chuyển điện tích Điện cực so sánh (RE) : Để đo xác điện thế, thƣờng điện cực calomen hay bạc/bạc clorua Trong trình polime hóa điện hóa, phân tử anilin hòa tan dung dịch điện li bị oxi hóa bề mặt điện cực dòng điện phân cực, tạo màng polianilin phủ bề mặt mẫu Để tạo nên phân cực điện thích hợp cho trình polime hóa điện hóa cần sử dụng thiết bị potentiostat hay galvanostat Đây thiết bị điện hóa tạo nên phân cực điện tĩnh hay động áp lên điện cực nghiên cứu cho phép ghi lại tín hiệu phản hồi hệ nghiên cứu Nhờ thiết bị điện hóa kiểm soát đƣợc dòng phân cực áp lên mẫu qua điều chỉnh đƣợc tốc độ phản ứng điện hóa Kết đo polime hóa điện hóa cho phép vẽ đƣờng cong phân cực dòng (E = f(i) ), dòng (i = f (E)) hay E I phụ thuộc theo thời gian Qua đặc trƣng điện hóa thể đƣờng cong phân cực, xác định đƣợc đặc tính điện hóa hệ đo, biết đƣợc trình polime hóa diễn nhƣ [10] 1.1.4 Ứng dụng polianilin Do tính ƣu việt PANi nên đƣợc ứng dụng vô rộng rãi công nghiệp: Chế tạo điện cực pin, thiết bị điện sắc, cố định enzim, chống ăn mòn kim loại, xử lý môi trƣờng [17] Đinh Thị Hoan 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học - Thiết bị chụp X-Ray D5000 hãng Siemens - Đức (Viện Khoa học Vật liệu) 3.4 Tổng hợp compozit PANi – CNTs Bảng 1: Thành phần dung dịch mẫu tổng hợp PANi - CNTs Tỉ lệ CNTs/ Anilin (%) Anilin CNTs (ml) (g) DBSA (g) (NH4)2S2O8 (g) HCl (ml) 0,0186 1,83 10 15 0,0931 0,1863 0,987 4,564 1,7 0,2794 Bảng cho biết thành phần dung dịch đƣợc lựa chọn để tiến hành tổng hợp Quy trình tổng hợp dựa theo sơ đồ khối hình Sản phẩm sau tổng hợp đƣợc bảo quản bình thủy tinh có nút nhám nhiệt độ phòng Hình 3: Sơ đồ khối tổng hợp compozit PANi – CNTs Đinh Thị Hoan 22 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Dƣới mô tả chi tiết trình tổng hợp bình phản ứng 200 ml dung dịch ban đầu Chuẩn bị dung dịch vật liệu: Pha dung dịch HCl DBSA: Lấy 50 ml nƣớc cất cho vào bình định mức 100 ml Lấy 1,7 ml HCl 0,1 M 1,4 ml DBSA cho tiếp vào dùng nƣớc cất định mức đến 100 ml Trong trình cho axit HCl DBSA vào nƣớc phải lắc cho chúng đồng Pha dung dịch anilin: Lấy 25 ml nƣớc cất cho vào bình định mức 50 ml Lấy 1,83 ml dung dịch anilin cho tiếp vào lắc cho anilin tan hết, tiếp tục dùng nƣớc cất định mức đến 50 ml Chú ý phải lắc trộn để thu đƣợc dung dịch đồng Pha dung dịch amonipesunfat: Cân 4,564 g amonipesunfat dạng tinh thể trắng cho vào cốc 20 ml, dùng đũa thủy tinh khuấy cho tan hết Tổng hợp: Cho lần lƣợt dung dịch bình định mức 100 ml 50 ml vừa pha vào cốc 1000 ml Đặt cốc vào chậu nƣớc đá đƣợc làm lạnh liên tục Bật máy khuấy từ Tiếp tục dùng ống đong 30 ml, đong 30 ml nƣớc cất để tráng bình định mức Cân lƣợng định CNTs đƣa vào bình phản ứng Sau 30 phút cho 20 ml amonipesunfat pha vào buret nhỏ từ từ xuống bình phản ứng Thu sản phẩm: Sau phản ứng kết thúc, tiến hành lọc rửa mẫu nƣớc cất đến thử pH thấy pH nƣớc rửa (pH = 7) nƣớc cất dừng lại đem hút khô 30 phút, tiếp tục rửa mẫu hỗn hợp rửa axeton : metanol (1:1) Chú ý rửa lần lần cách thời gian phút phải tiến hành tủ hút Đinh Thị Hoan 23 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Mẫu sau lọc rửa đƣợc đƣa đĩa thủy tinh đƣa vào tủ sấy, sấy 50 0C 5h Sau mẫu khô, đem nghiền nhỏ mịn tiếp tục cho vào tủ sấy h nữa, sau để nguội đem cân ghi lấy khối lƣợng cho cẩn thận mẫu vào bình thủy tinh có nút nhám nhiệt độ phòng Đinh Thị Hoan 24 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết tổng hợp compozit PANi – CNTs Trong trình tổng hợp hiệu suất trình tiêu quan trọng Hiệu suất tổng hợp vật liệu compozit PANi – CNTs theo tỉ lệ khác hàm lƣợng CNTs so với anilin khác Hiệu suất trình tổng hợp đƣợc thể bảng Bảng 2: Hiệu suất tổng hợp compozit PANi - CNTs Tỉ lệ Khối Khối Khối Khối Khối lƣợng Hiệu CNTs/ lƣợng lƣợng HCl lƣợng lƣợng Compozit suất tổng anilin anilin (g) DBSA CNTs PANi- CNTs hợp (%) (g) (g) (g) (g) (%) 0,0183 2,4009 74,44 0,0931 2,4270 73,54 0,1863 2,4490 72,17 0,2794 2,4700 70,84 10 1,863 0,7322 0,978 15 Hiệu suất trình bày bảng đƣợc tính theo công thức: H  %  m sp m bd x100 (10) Trong đó: msp khối lƣợng compozit tổng hợp mbd = manilin + mCNT + mDBSA + ½ mHCl Kết từ bảng cho thấy hiệu suất tổng hợp compozit PANi – CNTs đạt giá trị cao 74,44 % mẫu (Anilin 1,863 g; CNTs 0,.0183 g; DBSA 0,978 g; APS 4,564 g; HCl 1,7 ml) thấp mẫu (Anilin 1,863 g; CNTs 0,0931 g; DBSA 0,978 g; APS 4,564 g; HCl 1,7 ml) Mặt khác ta thấy hiệu suất tổng hợp giảm dần từ mẫu đến mẫu tức ta tăng khối Đinh Thị Hoan 25 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học lƣợng CNTs hiệu suất tổng hợp giảm Nguyên nhân giảm CNTs thành phần nguyên tử bon nên nhẹ Đồng thời tăng lên cốt CNTs mẫu tổng hợp compozit làm cho độ dày lớp màng PANi bọc lấy CNTs mỏng dẫn đến hiệu suất chuyển hóa polianilin giảm kéo theo hiệu suất tổng hợp compozit giảm 4.2 Độ dẫn vật liệu compozit PANi – CNTs Hình 4: Phổ CV vật liệu compozit PANi – CNTs với tỉ lệ CNTs/aniline khác Đinh Thị Hoan 26 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Bảng 3: Độ dẫn vật liệu compozit PANi - CNTs Tỉ lệ CNTs/ anilin (%) Anilin (g) CNTs (g) DBSA (g) APS (g) HCl (ml) 0,01863 1,863 0.0931 Độ dẫn điện 10-3 S/cm 98,31 0,978 4,564 1,7 157,88 10 0,1863 260 15 0,2794 312,5 Bảng hình phản ánh kết đo độ dẫn vật liệu compozit PANi – CNTs tổng hợp tỉ lệ khối lƣợng CNTs/Anilin khác Ta nhận thấy giữ nguyên lƣợng DBSA, HCl, APS, Anilin thay đổi khối lƣợng CNTs độ dẫn thay đổi khác Khi tăng khối lƣợng CNTs từ 0,0183 lên 0,2794 độ dẫn tăng dần Nguyên nhân tăng CNTs vật liệu siêu dẫn cấu trúc là: Khi đƣợc cuộn thành ống liên kết C- C vuông góc với trục ống đƣợc hình thành, dẫn đến cấu trúc điện tử ống CNTs giống nhƣ kim loại dẫn điện tốt: Cu, Au Vì CNTs có mặt compozit cải thiện đƣợc độ dẫn điện compozit 4.3 Nghiên cứu ảnh SEM Hình 5: Ảnh SEM PANi Đinh Thị Hoan 27 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Hình 6: Ảnh SEM CNTs Hình 7: Ảnh SEM PANi – CNTs  Nhận xét ảnh SEM PANi Quan sát hình ảnh SEM PANi ta thấy cấu trúc hình thái học xuất chủ yếu dạng búi sợi đan xen nhau, đƣờng kính cỡ 50 nm kích thƣớc búi sợi tƣơng đối đồng  Nhận xét ảnh SEM CNTs: Quan sát hình ảnh SEM CNTs ta thấy cấu trúc hình thái học xuất chủ yếu dạng ống có kích thƣớc nano xoắn vào xuất dạng khối cầu, kích thƣớc đƣờng kính đạt 5-10 nm  Nhận xét ảnh SEM compozit PANi – CNTs: Đinh Thị Hoan 28 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Quan sát hình ảnh SEM compozit PANi – CNTs ta thấy cấu trúc hình thái học chủ yếu dạng ống, búi sợi đƣợc bao bọc màng PANi, nên đƣờng kính tăng lên, cỡ 10 – 20 nm Nhƣ qua quan sát ảnh SEM ta thấy khác cấu trúc hình thái học CNTs, PANi compozit PANi – CNTs Thấy CNTs có cấu trúc ống xếp đặc khít búi sợi PANi lí CNTs vật liệu siêu dẫn, dẫn điện tốt PANi Đồng thời lí compozit PANi – CNTs lại dẫn điện tốt PANi Ảnh SEM khẳng định compozit PANi- CNTs đƣợc tổng hợp có hai thành phần PANi CNTs với bao bọc PANi cốt CNTs 4.4 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X SIEMENS D5000, X-Ray Lab., Hanoi 05-May-2015 400 00 2- Theta – scale 00 CPS PANi 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Hình 8: Giản đồ nhiễu xạ tia X PANi Đinh Thị Hoan 29 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học 2- Theta - scale 2015 SIEMENS D5000, X – Ray Lab., Hanoi 05- May- PANi Hình 9: Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit PANi – CNTs Quan sát hình ta thấy xuất pic đặc trƣng góc  đặc trƣng cho PANi vị trí 250 tƣơng tự nhƣ hình Tuy nhiên, cƣờng độ píc vị trí 250 hình mạnh chân pic thu hẹp nguyên nhân ảnh hƣởng có mặt CNTs 4.5 Phân tích phổ hồng ngoại IR Hình 10: Phổ IR PANi [3] Đinh Thị Hoan 30 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Hình 11: Phổ IR PANi – CNTs Bảng 4: Kết phân tích phổ hồng ngoại Số sóng  (cm-1) Liên kết PANi [3] PANi-CNTs 1584 1569.03 C=C 3438, 3268 3508,72 N-H 3223,91 3041,2927 2924,87 C – H vòng thơm 1584 1569,03 Benzoid 1499 1482,74 Quinoid 1301 1296,69 –N=quinoid=N– 1156 1129,51 Nhóm C–N+ Sau tiến hành đo độ dẫn mẫu compozit PANi – CNTs tổng hợp, em chọn mẫu (Anilin 1,863 g; CNTs 0,0931 g; DBSA 0,978 g; APS 4,564 g; HCl 1,7 ml) có độ dẫn tốt để tiến hành chụp IR để nghiên cứu thành phần Hình 10, hình 11 bảng phản ánh kết phân Đinh Thị Hoan 31 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học tích phổ hồng ngoại PANi compozit PANi – CNTs Từ phổ ta thấy pic xuất 3438 cm-1 3268 cm-1 (hình 10); 3508,72 cm-1 3223,91 cm-1 (hình 11) đặc trƣng dao động liên kết N-H Các pic xuất 3041 cm-1 2927 cm-1 (hình 10); 2924,87 cm-1 (hình 11) đặc trƣng cho dao động liên kết C-H, pic xuất vị trí 1584 cm-1 ( hình 10); 1569,03 cm-1(hình 11) đặc trƣng cho dao động liên kết C=C vòng thơm đỉnh nhận dạng CNTs thể liên kết vòng cacbon (-C=C-) liên kết cấu trúc CNTs Các pic 1499 cm-1 (hình 10); 1482,74 cm-1 (hình 11) đặc trƣng cho dao động nhóm C=C vòng quinoid Các pic xuất 1301 cm-1(hình 10); 1296,69 cm-1(hình 11) đặc trƣng cho nhóm –N= quinoid = N- Các pic xuất 1156 cm-1(hình 10); 1129,51 cm-1 (hình 11) đặc trƣng cho liên kết CN+ vòng thơm Nhƣ vậy, từ việc phân tích liệu phổ hồng ngoại ta thấy có mặt PANi mẫu compozit PANi – CNTs tổng hợp đƣợc nhờ tín hiệu hồng ngoại phản ánh có mặt benzoid, quinoid nhƣ số nhóm chức Đinh Thị Hoan 32 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học KẾT LUẬN Qua trình tiến hành tổng hợp khảo sát cấu trúc, tính chất compozit PANi – CNTs ta rút vài kết luận sau:  Đã tổng hợp thành công compozit PANi – CNTs phƣơng pháp hóa học  Hiệu suất tổng hợp compozit PANi – CNTs đạt mức trung bình 70% giảm nhẹ lƣợng CNTs đƣa vào mẫu tổng hợp tăng lên  Độ dẫn điện compozit PANi – CNTs tăng tăng lƣợng CNTs ban đầu  Compozit tổng hợp có cấu trúc dạng sợi, đƣờng kính ~ 100 nm  Kết chụp X-Ray cho thấy compozit PANi – CNTs tổng hợp có chứa pic đặc trƣng PANi  Kết chụp hồng ngoại cho thấy có mặt PANi mẫu compozit PANi – CNTs tổng hợp đƣợc nhờ tín hiệu hồng ngoại phản ánh có mặt benzoid, quinoid nhƣ số nhóm chức Đinh Thị Hoan 33 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: Vũ Ngọc Ánh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng FeSO4/ Al2(SO4)3 đến tổng hợp điện hóa PANi axit H2SO4 Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Thị Bình (2014), Hoàn thiện công nghệ tổng hợp vật liệu compozit sở polime dẫn phụ phẩm nông nghiệp ứng dụng xử lý kim loại nặng nước, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện HL KH&CN Việt Nam Đinh Văn Dũng, Nguyễn Quang Dũng, Bùi Thị Thoa, Hứa Thị Ngọc Thoan, Lê Xuân Quế, Xác định điện oxi hóa PANi thép không gỉ axit H2SO4 tạo màng PANi chống ăn mòn kim loại Hội nghị toàn quốc lần thứ ăn mòn bảo vệ kim loại với hội nhập kinh tế, Đà Nẵng 6-7/4/2007, tr 228-232 Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Đỗ Trà Hƣơng, Lê Xuân Quế, Phạm Huy Quỳnh, Vũ Hùng Sinh, Đặng Ứng Vận, Tác động oxi hóa đến cấu trúc điện tử PANi, tạp chí hóa học, T 39, số 4, 2001, Tr 32 – 36 Trƣơng Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Mai Thị Thanh Thùy (2005), Tổng hợp polianilin dạng bột phương pháp xung dòng ứng dụng nguồn điện hóa học, Luận văn thạc sĩ khoa học, GGH KHTN-ĐHQG Hà Nội Đinh Thị Hoan 34 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học Phạm Thị Thanh Thủy (2007), Ứng dụng polianilin để bảo vệ sườn cực chì acquy axit, Luận văn thạc sĩ hoa học, trƣờng ĐHSP Hà Nội 10 Trần Thị Thƣ (2008), Nghiên cứu chế tạo polime dẫn điện polianilin khảo sát tương tác màng với Poliphenol – Antioxi DANT tự nhiên, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 11 Nguyễn Phấn Phú (2007), Tổng hợp nghiên cứu tính chất Polianilin dạng dung dịch, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội- Khoa Công nghệ hóa học- Bộ môn Công nghệ Hữu – Hóa dầu 12 Bùi Thị Thu Phƣơng (2008), Nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử màng PANi điện cực thép hỗn hợp HCl anilin, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 13 Nguyễn Thị Quỳnh Nhung (2002), Nghiên cứu chế tạo polime dẫn PANi phương pháp điện hóa khả chống ăn mòn, Khóa luận tốt nghiệp, ĐHSP Hà Nội 14 Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng polyanilin đến cấu trúc PbO2, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Quốc Gia Hà Nội 15 Mai Thị Xuân (2012), Chế tạo vật liệu compozit polyanilin/ vỏ trấu định hướng làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng đại học Công nghiệp Hà Nội – Khoa Công nghệ Hóa 16 Trần Thị Xuyên (2013), Nghiên cứu trình hấp phụ Cd2+ vật liệu hấp phụ compozit PANi/vỏ trấu sau hoàn nguyên, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng đại học sƣ phạm Hà Nội Tiếng anh: 17 N.Gospodinova; L.Terlemezyan Conducting polimers prepared by oxidative polimerzation: Polianilin S 0079 – 6700(98)00008 – 2, Prog.polym.Sci., Vol 23, (1998) PP 1443-1484 Đinh Thị Hoan 35 2015 Trường ĐHSP Hà Nội Khoa hóa học 18 D.D Brole, R.U Kapadi, P.P Kumbhar, G.D Hundiwale, Infloence of inorganic and organic supporting electrolytes on the electrochemical synthesis of polyaniline, poly (o- toluidine) and their copolymer thin films Materials letters 56, (2002) pp 685 – 691 Internet: 19 Viện khoa học vật liệu, http: // www.ims.vast.ac.vn 20 http://vi.wikipedia.org/wiki/%E1%BB%90ng_nan%C3%B4_c%C3%A1c bon 21 http://www.vast.ac.vn/khoa-hoc-va-phat-trien/nghien-cuu/1380-nghiencu-u-cong-nghe-che-ta-o-va-u-ng-du-ng-va-t-lie-u-o-ng-nano-ca-c-bon 22 http://www.slideshare.net/8s0nc1/ng-nano-cacbon 23 http://text.123doc.org/document/1034892-nghien-cuu-cau-truc-cua-ongnano-carbon-duoi-tac-dong-cua-buc-xa-nang-luong-cao-dinh-huong-ungdung-trong-moi-truong-vu-tru.htm Đinh Thị Hoan 36 2015 [...]... vật liệu compozit bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân bố đều trên một pha nền liên tục Pha gián đoạn thƣờng có tính chất trội hơn pha liên tục và đƣợc gọi là cốt hay vật liệu gia cƣờng  Cơ tính của vật liệu compozit phụ thuộc vào những đặc tính sau đây: - Cơ tính của các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính tốt thì vật liệu compozit cũng có cơ tính tốt và tốt hơn từng vật liệu. .. Các vật liệu lai ghép này hứa hẹn rất nhiều khả năng ứng dụng trong thực tế nhƣ: làm sensor, pin nhiên liệu Vật liệu compozit lai ghép giữa CNTs và PANi với nền là PANi và cốt là CNTs có những tính chất vƣợt trội so với những tính chất của các đơn chất ban đầu nên đã thu hút các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới quan tâm nghiên cứu Theo các công trình đã công bố, vật liệu lai ghép giữa CNTs và. .. làm các vật liệu tổ hợp: tăng khả năng dẫn điện của polime dẫn, thêm vào vật liệu compozit làm chúng bền và dẻo dai, gia cƣờng lớp mạ crom, làm chúng cứng và nhẵn hơn Đinh Thị Hoan 11 2015 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoa hóa học 1.4 Vật liệu compozit 1.4.1 Khái niệm Vật liệu compozit [15] là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau và có tính chất ƣu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành... học của vật liệu cốt: khi vật liệu cốt phân bố không đồng đều, vật liệu compozit bị phá hủy trƣớc hết ở những nơi ít vật liệu cốt Với compozit cốt sợi, phƣơng của sợi quyết định tính dị hƣớng của vật liệu, có thể điều chỉnh tính dị hƣớng này theo ý muốn để chế tạo đƣợc vật liệu cũng nhƣ phƣơng án công nghệ phù hợp với yêu cầu - Tác dụng tƣơng hỗ giữa các vật liệu thành phần : Vật liệu cốt và nền phải... chỉ tiêu quan trọng Hiệu suất tổng hợp vật liệu compozit PANi – CNTs theo các tỉ lệ khác nhau về hàm lƣợng CNTs so với anilin là khác nhau Hiệu suất của quá trình tổng hợp đƣợc thể hiện ở bảng 2 Bảng 2: Hiệu suất tổng hợp compozit PANi - CNTs Tỉ lệ Khối Khối Khối Khối Khối lƣợng Hiệu CNTs/ lƣợng lƣợng HCl lƣợng lƣợng Compozit suất tổng anilin anilin (g) DBSA CNTs PANi- CNTs hợp (%) (g) (g) (g) (g) (%)... này dùng để chỉ các bán thành phẩm trong đó thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tổ ong đƣợc cấu thành từ các vật liệu đồng nhất, phối hợp với các compozit khác Vật liệu compozit cấu trúc có tính chất kết hợp của các nguyên liệu thành phần 1.4.3 Vật liệu compozit PANi – CNTs Vật liệu compozit lai giữa vô cơ và hữu cơ trên cơ sở các chất vô cơ nhƣ oxit kim loại với polime dẫn đã đƣợc đề cập trong một số... hiệu suất chuyển hóa polianilin giảm kéo theo hiệu suất tổng hợp compozit giảm 4.2 Độ dẫn của vật liệu compozit PANi – CNTs Hình 4: Phổ CV của vật liệu compozit PANi – CNTs với tỉ lệ CNTs/ aniline khác nhau Đinh Thị Hoan 26 2015 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoa hóa học Bảng 3: Độ dẫn của vật liệu compozit PANi - CNTs Tỉ lệ CNTs/ anilin (%) Anilin (g) 1 5 CNTs (g) DBSA (g) APS (g) HCl (ml) 0,01863 1,863 0.0931... ghép giữa CNTs và PANi có thể tổng hợp đƣợc bằng phƣơng pháp hóa học và phƣơng pháp điện hóa Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa: Compozit đƣợc tổng hợp trên các nền thép không gỉ, graphit, thủy tinh dẫn điện có thể thu đƣợc vật liệu có kích thƣớc nano và phân bố đồng đều trên bề mặt nên có khả năng dẫn điện tốt và hoạt tính xúc tác điện hóa cũng đƣợc cải thiện Compozit này đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp... tiến hành tổng hợp Quy trình tổng hợp dựa theo sơ đồ khối trên hình 3 Sản phẩm sau khi tổng hợp đƣợc bảo quản trong các bình thủy tinh có nút nhám ở nhiệt độ phòng Hình 3: Sơ đồ khối tổng hợp compozit PANi – CNTs Đinh Thị Hoan 22 2015 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoa hóa học Dƣới đây là các mô tả chi tiết của quá trình tổng hợp đối với bình phản ứng 200 ml dung dịch ban đầu Chuẩn bị dung dịch và vật liệu: Pha... lí do vì sao compozit PANi – CNTs lại dẫn điện tốt hơn PANi Ảnh SEM cũng khẳng định compozit PANi- CNTs đƣợc tổng hợp có hai thành phần là PANi và CNTs với nền bao bọc là PANi và cốt là CNTs 4.4 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X SIEMENS D5000, X-Ray Lab., Hanoi 05-May-2015 400 00 2- Theta – scale 0 00 CPS PANi 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Hình 8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của PANi Đinh Thị Hoan 29 ... có tính chất trội pha liên tục đƣợc gọi cốt hay vật liệu gia cƣờng  Cơ tính vật liệu compozit phụ thuộc vào đặc tính sau đây: - Cơ tính vật liệu thành phần: vật liệu thành phần có tính tốt vật. .. từ vật liệu đồng nhất, phối hợp với compozit khác Vật liệu compozit cấu trúc có tính chất kết hợp nguyên liệu thành phần 1.4.3 Vật liệu compozit PANi – CNTs Vật liệu compozit lai vô hữu sở chất. .. hành tổng hợp khảo sát cấu trúc, tính chất compozit PANi – CNTs ta rút vài kết luận sau:  Đã tổng hợp thành công compozit PANi – CNTs phƣơng pháp hóa học  Hiệu suất tổng hợp compozit PANi – CNTs