Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu PANi tio2 CNTs

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ===***=== TRẦN THỊ NGỌC LAN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU PANi – TiO2 – CNTs KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa lý Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS TS PHAN THỊ BÌNH HÀ NỘI - 2015 Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hóa học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội tận tình dạy dỗ em trình học tập trƣờng Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho em trình làm khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Phan Thị Bình, giáo viên hƣớng dẫn, giao đề tài, bảo tận tình giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô phòng Điện hóa Ứng dụng Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ em nhiều thời gian học tập làm khóa luận tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ngƣời thân động viên giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Trong thực đề tài này, thời gian lực có hạn nên em nhiều thiếu sót hạn chế Vì vậy, em mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trần Thị Ngọc Lan Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs 1.1.1 Khái niệm, ƣu điểm vật liệu compozit 1.1.1.1 Khái niệm 1.1.1.2 Ƣu điểm 1.1.2 Vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs 1.2 Giới thiệu PANi 1.2.1 Cấu trúc phân tử PANi trạng thái oxi hóa khử 1.2.2 Một số tính chất PANi 1.2.2.1 Tính dẫn điện 1.2.2.2 Tính thuận nghịch điện hóa 1.2.2.3 Tính điện sắc 1.2.2.4 Khả tích trữ lƣợng 1.2.3 Tổng hợp PANi 1.2.3.1 Phƣơng pháp hóa học 1.2.3.2 Phƣơng pháp điện hóa 10 1.2.4 Ứng dụng polyanilin 12 1.3 Giới thiệu titan đioxit (TiO2) 13 1.3.1 Tính chất vật lý TiO2 13 1.3.2 Tính chất hóa học titan đioxit kích thƣớc nano mét 15 1.3.3 Điều chế TiO2 17 1.3.4 Ứng dụng titan đioxit 18 1.4 Giới thiệu ống nano cacbon (CNTs) 20 1.4.1 Tính chất ống nano cacbon 21 1.4.1.1 Tính chất 21 Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 1.4.1.2 Tính chất nhiệt 22 1.4.1.3 Tính chất điện 22 1.4.1.4 Tính chất hóa học 22 1.4.1.5 Tính chất phát xạ điện tử trƣờng 23 1.4.2 Một số ứng dụng ống nano cacbon 23 1.4.2.1 Các ứng dụng lƣợng 23 1.4.2.2 Đầu dò nano sen sơ 24 1.4.2.3 Ống nano cacbon tạo vật liệu siêu bền, siêu nhẹ 24 1.4.2.4 Ống nano cacbon tạo linh kiện điện tử nano 24 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 27 2.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR) 29 2.4 Phƣơng pháp đo độ dẫn 31 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM 32 3.1 Hóa chất 32 3.2 Dụng cụ 32 3.3 Thiết bị đo 32 3.4 Cách tiến hành 33 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 4.1 Tổng hợp vật liệu 35 4.2 Xác định độ dẫn điện 36 4.3 Phân tích hình thái học 38 4.4 Phân tích nhiễu xạ Rơn-ghen 41 4.5 Phân tích phổ hồng ngoại 42 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp công nghệ cao nhu cầu việc sử dụng loại vật liệu có tính ƣu việt ngành lớn Để đáp ứng nhu cầu nhà khoa học nghiên cứu tìm nhiều phƣơng pháp để tạo vật liệu có tính vƣợt trội nhƣ phƣơng pháp pha tạp để biến tính vật liệu compozit Các compozit đƣợc tạo phƣơng pháp lai ghép oxit vô polyme dẫn thu hút đƣợc quan tâm nhà nghiên cứu nƣớc Trong có titan đioxit (TiO2), số vật liệu bán dẫn điển hình có tiềm ứng dụng cao thân thiện với môi trƣờng, có khả diệt khuẩn tốt, có tính xúc tác quang hóa quang điện hóa, đƣợc nghiên cứu lai ghép với polyanilin (PANi), số polyme dẫn điện điển hình vừa bền nhiệt, bền môi trƣờng, dẫn điện tốt, thuận nghịch mặt điện hóa, có tính chất dẫn điện điện sắc, có khả xúc tác điện hóa cho số phản ứng điện hóa, với ống nano cacbon (CNTs), vật liệu bền nhiệt, bền hóa học, có diện tích bề mặt lớn, khả dẫn điện, dẫn nhiệt tốt…nên sử dụng làm chất xúc tác, chế tạo linh kiện điện tử, chế tạo vật liệu tổng hợp có tính đặc biệt, vật liệu cho công nghệ môi trƣờng Compozit PANi-TiO2-CNTs có khả dẫn điện tốt, tính ổn định cao, có khả xúc tác điện hóa quang điện hóa tốt, làm sen sơ điện hóa, vật liệu nguồn… đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp hóa học Dựa ƣu điểm vật liệu này, khuôn khổ đề tài “Tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu PANi – TiO2 – CNTs”, em muốn tạo vật liệu compozit có cấu trúc nano, có tính vƣợt trội nhằm nâng cao hiệu ứng dụng Nội dung khóa luận bao gồm: Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội  Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài  Tổng hợp vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs phƣơng pháp hóa học  Nghiên cứu tính chất vật liệu compozit tổng hợp + Cấu trúc hình thái học + Cấu trúc vật liệu Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng:  Thu thập tài liệu xử lý liệu  Đo độ dẫn (quét tuần hoàn)  Chụp ảnh SEM để nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu  Phân tích nhiễu xạ tia X phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc tinh thể cấu trúc hóa học vật liệu Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs 1.1.1 Khái niệm, ƣu điểm vật liệu compozit 1.1.1.1 Khái niệm Compozit vật liệu đƣợc tạo nên pha trộn thành phần riêng lẻ trƣớc sử dụng chế tạo sản phẩm Vật liệu compozit vật liệu đƣợc chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm mục đích tạo vật liệu có tính ƣu việt hẳn vật liệu ban đầu[10] Compozit loại vật liệu có tính ƣu việt sau đây: - Nhẹ nhƣng cứng, chịu va đập, uốn, cắt tốt - Chịu hóa chất, không sét rỉ, chống ăn mòn - Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hóa nên bền - Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy tốt - Cách điện, cách nhiệt tốt - Chịu ma sát, cƣờng độ lực nhiệt độ cao - Không thấm nƣớc, không độc hại - Thiết kế, tạo dáng thuận lợi - Vận chuyển dễ dàng… 1.1.1.2 Ƣu điểm Tính ƣu việt vật liệu compozit khả chế tạo từ vật liệu thành kết cấu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật khác mà ta mong muốn, thành phần cốt compozit có độ cứng, độ bền học cao, vật liệu đảm bảo cho thành phần liên kết hài hòa tạo nên kết cấu có khả chịu nhiệt chịu ăn mòn vật liệu điều kiện khắc nghiệt môi trƣờng Một ứng dụng có hiệu dụng rộng rãi, tính chất bật nhẹ, độ bền cao, chịu môi trƣờng, dễ lắp Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội đặt, có độ bền riêng đặc trƣng đàn hồi cao, bền vững với môi trƣờng ăn mòn hóa học, độ dẫn điện, dẫn nhiệt thấp [10] 1.1.2 Vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs Vật liệu compozit lai ghép PANi, TiO2 CNTs có tính chất vƣợt trội so với tính chất đơn chất ban đầu nên thu hút nhà khoa học nƣớc giới nghiên cứu, chế tạo ứng dụng nhiều lĩnh vực nhƣ làm vật liệu anot cho nguồn điện, sử dụng làm sen sơ điện hóa hay làm vật liệu xúc tác điện hóa cho trình điện cực Compozit PANi-TiO2-CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp hóa học từ TiO2 dạng sol-gel, anilin ống nano cacbon với tỉ lệ khác môi trƣờng axit HCl 0,1 M với có mặt chất oxi hóa amonipersunfat chất hoạt động bề mặt DBSA 1.2 Giới thiệu PANi PANi [18,24] đƣợc nghiên cứu rộng rãi khoảng 100 năm gần polyme dẫn đƣợc tổng hợp dễ dàng, chi phí thấp monome hóa chất không đắt Green Woodhead tìm dung dịch PANi màu đen, sau tìm tính dẫn điện, tích trữ lƣợng số tính chất khác 1.2.1 Cấu trúc phân tử PANi trạng thái oxi hóa khử Green Woodhead mô tả PANi nhƣ mạch cặp phân tử anilin đầu cuối vị trí para vòng thơm [13] PANi sản phẩm cộng hợp nhiều phân tử anilin điều kiện có mặt tác nhân oxi làm xúc tác Trạng thái tổng quát PANi: [ N N H H ]a [ N N ]b a, b = 0,1,2,3,4,… Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội PANi tồn nhiều trạng thái oxi hóa khử khác Với trạng thái có cấu trúc mạch polyme khác có màu sắc khác Các trạng thái oxi hóa khử cụ thể: Khi a = 0, Pernigranlin (màu xanh thẫm), trạng thái oxi hóa hoàn toàn N N N N Khi b = 0, Leucoemeraldin (màu vàng), trạng thái khử cao N N N N H H H H Khi a = b, Emeraldin (màu xanh cây), trạng thái oxi hóa nửa [ N N H H ]a [ N N ]b Ngoài ba trạng thái trên, đƣợc hoạt hóa cao nhóm (-NH-) mẫu cấu trúc(=N-) nên PANi thƣờng tạo muối với axit thành dạng Emeraldin có tính chất dẫn điện tốt Muối Emeraldin [ N N H H ]a [ N+ N+ ]b H H 1.2.2 Một số tính chất PANi 1.2.2.1 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 PANi tồn trạng thái cách điện trạng thái dẫn điện Trong đó, trạng thái muối Emeraldin có độ dẫn điện cao Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Đặc tính dẫn điện polyme đƣợc định hai yếu tố quan trọng là: trạng thái oxi hóa polyme mức độ proton hóa nguyên tử nitơ mạch Độ dẫn PANi môi trƣờng khác đƣợc thể bảng sau: Bảng 1.1: Độ dẫn PANi số môi trường axit [23] Độ dẫn điện Axit Độ dẫn điện Axit (S/cm)*10-2 (S/cm)*10-2 H2SO4 9,72 H3PO4 8,44 HCl 9,14 HClO4 8,22 HNO3 8,63 H2C2O4 7,19 Tuy nhiên, tính dẫn điện PANi thay đổi ta đƣa vào số ion lạ ví dụ: Cl-, Br-, ClO4- Khi độ dẫn tăng thêm ion lạ PANi chuyển sang dạng muối, dẫn đến tăng tính dẫn điện PANi [21] 1.2.2.2 Tính thuận nghịch điện hóa PANi bị oxi hóa phần toàn phần [9] Từ dạng đơn giản a > b = PANi bị oxi hóa thành dạng khác cách thuận nghịch, ví dụ: chuyển từ Leucoemeraldin sang Pernigranlin sang Emeraldin Khi b = 0, Leucoemeraldin N N N N H H H H a = 0, Pernigranlin [ N N ][ N N ] a = b =1, Emeraldin Khóa luận tốt nghiệp Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan - Trường ĐHSP Hà Nội Carbon nanotube: Cân CNTs với khối lƣợng lần lƣợt nhƣ bảng 3.1  Tổng hợp - Lấy dung dịch HCl 0,1M DBSA 0,015M vừa pha cho vào cốc thủy tinh 1000ml Đổ tiếp dung dịch anilin 0,1M vừa pha vào cốc Tráng hai bình định mức 10ml nƣớc cất Đặt cốc vào chậu nƣớc đá có bổ sung thêm muối ăn để giữ lạnh Bật máy khuấy từ, sau cho thêm 15,52ml TiO2 vào cốc thủy tinh Khuấy - Cho thêm CNTs từ từ vào cốc Khuấy 30 phút - Tiếp theo đổ dung dịch (NH4)2S2O8 vừa pha vào buret lắp giá Sau 30 phút, cho amonipersunfat chảy từ từ xuống cốc thủy tinh khuấy Để máy khuấy hoạt động Sau tắt máy, để dung dịch qua đêm tiến hành lọc, rửa  Thu sản phẩm Lọc rửa nƣớc cất để rửa axit (dùng máy hút chân không) đến pH = dừng lại Sau đó, dùng dung dịch methanol: axeton (1:1) để trôi monome dƣ lại trình tổng hợp Cuối dùng nhíp lấy sản phẩm cho vào đĩa thủy tinh sạch, sấy khô sản phẩm (50 OC), nghiền nhỏ, tiếp tục sấy khô sản phẩm Cân sản phẩm bảo quản sản phẩm lọ thủy tinh có nút nhám Khóa luận tốt nghiệp 34 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Tổng hợp vật liệu Tổng hợp compozit PANi-TiO2-CNTs theo tỷ lệ khác với chất oxi hóa amonipersunfat Hiệu suất tổng hợp đƣợc trình bày bảng 4.1 đƣợc tính toán dựa sở khối lƣợng chất thu đƣợc so với tổng khối lƣợng ban đầu Bảng 4.1: Hiệu suất tổng hợp compozit PANi-TiO2-CNTs Tỉ lệ Khối Khối lƣợng Khối lƣợng Hiệu suất ban đầu sản phẩm tổng hợp (g) (g) (%) 8,7885 6,9 78,51 8,8351 7,1555 80,99 9,2545 7,3238 79,14 20 9,7205 8,2701 85,08 30 10,1265 8,358 82,54 CNTs/Anilin (%) Tỉ lệ lƣợng TiO2/Anilin Anilin (g) 1:6 10 4,6565 Công thức tính Khối lƣợng ban đầu: mban đầu = manilin + mTiO2 + mCNTs + mDBSA + 1/2 mHCl Hiệu suất tổng hợp: H%  Trong đó: msp mbđ 100% msp : khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc mbđ : tổng khối lƣợng chất phản ứng Khóa luận tốt nghiệp 35 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Quá trình chuyển hóa từ anlin thành PANi, PANi tạo muối với axit HCl Ta thấy mol monome phản ứng với mol HCl nên nHCl tạo muối=1/2 nHCl bđ  Nhận xét: Theo cách tính toán hiệu suất tổng hợp tối đa 85,08% (ở tỉ lệ CNTs/Anlin 20%) Tuy nhiên, lƣợng tỉ lệ CNTs/Anilin lớn 20% hiệu suất có xu lại giảm làm giảm khả trùng hợp monome 4.2 Xác định độ dẫn điện Bảng 4.2: Độ dẫn compozit PANi-TiO2-CNTs tổng hợp phương pháp hóa học Tỉ lệ CNTs/Anilin (%) Khối Tỉ lệ lƣợng Độ dẫn χ TiO2/Anilin Anilin (S/cm) (g) 0,0465 0,0489 10 1:6 4,6565 0,0483 20 0,0698 30 0,0774  Nhận xét: Bảng 4.2 phản ánh kết đo độ dẫn compozit PANi-TiO2-CNTs tổng hợp với tỉ lệ khối lƣợng chất khác Ta thấy tăng lƣợng CNTs độ dẫn nhìn chung tăng lên đạt giá trị cao mẫu (tỉ Khóa luận tốt nghiệp 36 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội lệ CNTs/Anilin 30%) Nguyên nhân CNTs chất có khả dẫn điện tốt nên làm cho độ dẫn sản phẩm tăng lên Nhìn chung, độ dẫn điện compozit tăng theo khối lƣợng CNTs cao so với compozit PANi-TiO2 Từ kết đo độ dẫn, em lựa chọn mẫu đại diện có độ dẫn tốt cho compozit PANi-TiO2-CNTs tổng hợp để tiến hành chụp ảnh SEM, phổ IR nhiễu xạ Rơn-ghen 15 10 i (mA/cm2) PANi-TiO2 -5 PANi-TiO2-CNTs 1% PANi-TiO2-CNTs 10% PANi-TiO2-CNTs 20% -10 PANi-TiO2-CNTs 30% -15 -600 -400 -200 200 400 600 U (mV) Hình 4.1 Phổ CV compozit PANi-TiO2-CNTs so với PANi-TiO2 Khóa luận tốt nghiệp 37 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 4.3 Phân tích hình thái học PANi Hình 4.2:Ảnh SEM PANi [2] Hình 4.3: Ảnh SEM TiO2 Khóa luận tốt nghiệp 38 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Hình 4.4:Ảnh SEM CNTs Hình 4.5:Ảnh SEM PANi-TiO2 Khóa luận tốt nghiệp 39 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Hình 4.6: Ảnh SEM PANi-TiO2-CNTs 30% Quan sát hình ta thấy có khác biệt cấu trúc hình thái học mẫu sau:  Từ hình 4.2 ta thấy, PANi có cấu trúc chủ yếu dạng sợi, đƣờng kính khoảng 30-35 nm, xuất dạng sợi Các sợi PANi rời rạc không liên kết với  Từ hình 4.3 ta thấy, TiO2 có kích thƣớc khoảng < 20 nm, có cấu trúc dạng hạt phân bố tƣơng đối đồng  Từ hình 4.4 ta thấy, CNTs có cấu trúc dạng ống, đƣờng kính khác nhau, khoảng dƣới 50 nm  Từ hình 4.5 hình 4.6 ta thấy, bề mặt compozit sợi PANi đan xen bao phủ lên bề mặt hạt TiO2 ống CNTs  Từ hình ta thấy vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs tạo thành đồng hơn, hốc rãnh nhiều so với vật liệu riêng lẻ Khóa luận tốt nghiệp 40 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 4.4 Phân tích nhiễu xạ Rơn-ghen SIEMENS D5000, X-Ray Lab, Hanoi 05-05-2015 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 4.7: Nhiễu xạ Rơn-ghen PANi [2] TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 TiO2 Hình 4.8: Nhiễu xạ Rơn-ghen TiO2 Khóa luận tốt nghiệp 41 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Cuong (d.v.t.y) D 2-Theta-Scale SIEMENS D5000, X-Ray Lab, Hanoi 05-05-2015 C30 PANi TiO2 10 20 30 40 2 (do) 50 60 70 Hình 4.9: Nhiễu xạ Rơn-ghen compozit PANi-TiO2-CNTs 30%  Nhận xét:  Hình 4.7 phản ánh phổ nhiễu xạ tia X PANi, ta thấy xuất pic đặc trƣng cho cấu trúc PANi góc  > 25o  Hình 4.8 phản ánh phổ nhiễu xạ tia X TiO2 ta thấy xuất pic đặc trƣng góc  khoảng 25 o, 48 o, 54 o, 55 o, 63 o đặc trƣng cho dạng anatase TiO2  Hình 4.9 phản ánh phổ nhiễu xạ tia X compozit PANiTiO2-CNTs ta thấy xuất pic đặc trƣng PANi TiO2 Vì ta kết luận đƣợc vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs tổng hợp thành công 4.5 Phân tích phổ hồng ngoại Kết chụp phổ hồng ngoại: Khóa luận tốt nghiệp 42 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Adsorption coefficient 0.18 1032,15 35,79 1428,53 1335,27 1265,32 506,85 609,97 708,32 770,46 cm-1) 596,88 1163,89 454,43 545,72 629,18 824,81 Adsorption coefficient 1500 1000 500 (cm-1) 1301.68 825.83 601.13 1156.28 1119.27 0.06 646.07 3438.91 3268.45 944.79 3041.17 2927.53 Wavenumber (cm-1) 1025,65 1328,22 1492,54 (b) (a) PANi 0.12 0.00 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 1500 1000 500 79 1499.95 1584.54 Hình 4.10: Phổ hồng ngoại PANi Signals Binding -1 (cmhồng ) ngoại đƣợc thể bảng 4.3 cho thấy: Kết phân tích phổ (a) (b) (c)  Có xuất nhóm đặc chứng tỏ có mặt 3430 3444trƣng PANi O-H 2903,1057 C-H-O PANi compozit 1636 1630 C=C  Khi có PANi bám vào CNTs bƣớc sóng pic thay đổi chút 1032 1025 C-O 3438, 3268 3385 N-H 3041,2927 2925 C – H aromatic 2.20 Benzoid 1584 1596 Quinoid 2.00 Quinoid 1499 1492 Benzoid 1.80 1328 –N=quinoid=N– 3462,891301 1.60 1156 1163 C–N+ group 1.40 825 824 N-H group 1.20 3067,13 1.00 0.80 1557,65 0.60 2968,19 0.40 1298,5 800,17 1488,56 1083,92 674,34 1439,71 963,02 580,58 501,62 1239,36 0.20 0.00 4000 3500 3000 1125,86 2500 2000 Wavenumbers (cm -1) 1500 1000 500 Hình 4.11: Phổ hồng ngoại compozit PANi-TiO2-CNTs 30% Khóa luận tốt nghiệp 43 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội Bảng 4.3: Kết phân tích phổ hồng ngoại Số sóng  (cm-1) PANi-TiO2-CNTs Liên kết 1557 C=C 3438, 3268 3462 N-H 3041,2927 3067,2968 C – H vòng thơm 1584 1557 Benzoid 1499 1488,1439 Quinoid 1301 1298,1239 –N=quinoid=N– 1156 1125 Nhóm C–N+ PANi [2] Khóa luận tốt nghiệp 44 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN Qua trình thực nghiệm rút số kết luận sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi-TiO2-CNTs phƣơng pháp hóa học với có mặt chất oxi hóa amonipersunfat Chứng minh đƣợc có mặt PANi thành phần compozit phân tích kết phổ hồng ngoại Khối lƣợng CNTs ảnh hƣởng đến độ dẫn vật liệu compozit tổng hợp, khối lƣợng tăng độ dẫn tốt Kết chụp ảnh SEM chứng minh đƣợc rằng, cấu trúc compozit phụ thuộc vào có mặt chất cấu thành, với compozit PANi-TiO2-CNTs có cấu trúc dạng sợi đan xen phân tán tƣơng đối Kết chụp X-ray chứng minh đƣợc có mặt TiO2 compozit tổng hợp Khóa luận tốt nghiệp 45 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Phan Thị Bình (2014), Hoàn thiện công nghệ tổng hợp vật liệu compozit sở polyme 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 Văn Đình Đệ, Trịnh Thanh Đoan (2000), Hóa hữu tập 3, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXBGD Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội 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 Trần Quang Thiện (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu lai ghép oxit vô với polime dẫn TiO2 – PANi, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên Mai Thị Thanh Thùy (2005), Tổng hợp polyanilin dạng bột phương pháp xung dòng ứng dụng nguồn điện hóa học, Luận văn thạc sĩ khoa học Hà Nội 10 Nguyễn Thị Trang (2013), Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện hóa vật liệu nano compozit polyanilin/TiO2, Đại học Bách Khoa Hà Nội 11 Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý nghiên cứu hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 46 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 12 Trần Trung (1997), Nghiên cứu trình tổng hợp điện hóa màng polypirol, composit polypyrol tính chất chúng, Luận án tiến sĩ ngành công nghệ trình điện hóa, ĐHBKHN Tiếng Anh 13 A M Pharhad Hussain and Akumar (2003), Electrochemical synthesis and characterization of chloride doped polyanilin, Bull Mater Sci, 26(3), p 329-334 14 C Cristescu , A Andronie , S Iordache, S N Stamatin (2008), PANi – TiO2 nanostructures for fuel cell and sensor applications, Journal of optoelectronics and advanced materials Vol 10 No 11, pp 2985 – 2987 15 M De Graef (2003), Introduction to Conventional Transmission Electron Microscopy, Cambridge University Press, ISBN 0-521-62995 16 M.Sc Subrahmanya Shreepathi , Dodecylbenzene Sunfonic Acid: A Surfactant and dopant for the synthesis of processable polyaniline and its copolymers 17 J Heinze (1991) “Electronchemistry of conducting polymer” Synthetic Metals pp 2805-2823 18 J Stejskal (2002), Polyaniline, Preparation of a conducting polymer (IUPAC Technical Report)-Pure App,Chem Vol 7, No 5, p.857-867 19 Joseph Goldstein, E Newbury Dale, C Joy David, E LymanCharles, Patrick Echlin, Eric Lifshin, L.C Sawyer, J.R Michael (2003), Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis Springer, 3rd ed…ISBN13978-0306472923 20 Trần Thị Hà Linh (1997), Preparation of polyaniline thin films and study of their properties, Luận văn thạc sĩ khoa học vật liệu Trung tâm quốc tế đào tạo khoa học vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 47 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 21 Nguyễn Hồng Minh (2003), Synthesis and Characteristic Studies Polyanilin By Chemical Oxydative Polymeriation – Master Theis of Materials Science – Hanoi University of Technology 22 V Sreejith (2004), Structure and properties of processible conductive polyaniline blends Doctor of philossophy in Chemistry, University of pure India 23 YunYano, Katunori Terayama and Sumi Yamasaki (1997), “White polyaniline as a time display: reaction of polyaniline with gaseous oxygen” Synthetic Metals 85, pp 1381-1382 24 Yuvraj Singht Negi and P V-Adhyapak (2002), Development in Polyaniline Conducting Polymers Polymer Reviews Vol 42, No 1, p 35-53 Internet 25 http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-titanium-dioxide-tio2-9040 26 Viện khoa học Vật liệu, http://www.ims.vast.ac.vn 27 http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-cong-nghe-san-xuat-ong-nano-carbon Khóa luận tốt nghiệp 48 Khoa: Hóa học [...]... có đặc tính cơ học rất tốt, bền, nhẹ và cứng, thích hợp cho việc gia cƣờng vào các vật liệu compozit nhƣ: cao su, polyme…để tăng cƣờng độ bền, khả năng chịu mài mòn và ma sát cho các vật liệu này Khóa luận tốt nghiệp 21 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.4.1.2 Tính chất nhiệt Nhiều nghiên cứu cho thấy ống nano cacbon là vật liệu dẫn nhiệt tốt Độ dẫn nhiệt của vật liệu SWCNTs đạt... titan đioxit (TiO2) Titan đioxit là vật liệu bán dẫn điển hình, có khả năng ứng dụng cao và thân thiện với môi trƣờng Hiện nay nano -TiO2 đã và đang đƣợc nghiên cứu, sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý môi trƣờng cũng nhƣ tạo nguồn nguyên liệu sạch, do có độ bền hóa học, vật lý và có hiệu suất xúc tác quang hóa cao 1.3.1 Tính chất vật lý của TiO2 Titan đioxit (TiO2) thuộc họ oxit kim loại chuyển tiếp,... của vật liệu CNTs và một số vật liệu khác[27] Suất Young Độ bền kéo Mật độ khối (GPa) (GPa) lƣợng(g/cm3) SWCNTs 1054 150 1,4 MWCNTs 1200 150 2,6 Thép 208 0,4 7,8 Vật liệu Theo bảng trên ta thấy, so với thép, ống nano cacbon có suất Young gấp khoảng 5-6 lần và bền gấp 375 lần (trên cùng một đơn vị và chiều dài) Trong khi đó, khối lƣợng riêng của CNTs nhẹ hơn tới 3-6 lần so với thép Điều này chứng tỏ CNTs. .. sử dụng PANi vào việc chế tạo các vật liệu, thiết bị điện tử: điot, tranzito, tế bào vi điện tử Ngoài ra, nó còn khả năng tích trữ năng lƣợng nên có thể sử dụng làm hai bản của điện cực, tụ điện Sự thay đổi màu sắc của PANi phụ thuộc vào các trạng thái oxi hóa khử khác nhau tùy thuộc vào pH của môi trƣờng và thế đặt vào Nhờ sự thay đổi này, ngƣời ta chế tạo ra màng PANi phủ lên một số vật liệu nhƣ:... gian, sau khi 1000 chu kỳ sạc và xả pin thử nghiệm, không phát hiện có sự thay đổi của vật liệu Điều này hứa hẹn khả năng ứng dụng của CNTs trong xe hơi, các thiết bị điện tử cầm tay Do CNTs có cấu trúc dạng trụ rỗng và đƣờng kính cỡ nanomet nên vật liệu CNTs có thể tích trữ chất lỏng hoặc khí trong lõi trơ thông qua hiệu ứng mao dẫn Hấp thụ này đƣợc gọi là hấp thụ vật lý CNTs cũng có thể tích trữ hydrogen... nhạy quang có sử dụng điện ly màu - Làm sen sơ điện hóa Do TiO2 bền và thân thiện với môi trƣờng, tƣơng thích sinh học nên ngƣời ta đã nghiên cứu vật liệu này để chế tạo sen sơ đo glucozơ và đo khí oxi trong pin nhiên liệu 1.4 Giới thiệu về ống nano cacbon (CNTs) Ống nano cacbon (Carbon nanotube – CNTs) là một dạng thù hình của cacbon Bản chất của liên kết trong ống nano cacbon đƣợc giải thích bởi... mặt điện cực phụ thuộc vào thế đặt vào và nồng độ các chất 1.2.4 Ứng dụng của polyanilin Do những tính ƣu việt của PANi nên nó đƣợc ứng dụng vô cùng rộng rãi trong công nghiệp: Chế tạo điện cực của pin, thiết bị điện sắc, cố định enzim, chống ăn mòn kim loại, xử lý môi trƣờng,… Do tính dẫn điện nên nó có thể thay thế một số vật liệu truyền thống silic, gecmani đắt tiền và hiếm Nhờ tính bán dẫn mà ngƣời... màu sắc của PANi và còn đa dạng hơn nhiều Nhờ vào tính điện sắc đó ta có thể quan sát và biết đƣợc trạng thái tồn tại của PANi ở môi trƣờng nào 1.2.2.4 Khả năng tích trữ năng lƣợng PANi ngoài khả năng dẫn điện nó còn khả năng tích trữ năng lƣợng cao, do vậy ngƣời ta sử dụng nó làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp [9,12] Ví dụ: ac quy, tụ điện PANi có thể thay thế MnO2 trong pin do MnO2 là chất độc... N ]x + ZnCl2 H H 1.2.3 Tổng hợp PANi Có hai phƣơng pháp tổng hợp PANi: phƣơng pháp hóa học và phƣơng pháp điện hóa 1.2.3.1 Phƣơng pháp hóa học Phƣơng pháp hóa học có ƣu điểm hơn phƣơng pháp điện hóa, có thể sản xuất một lƣợng lớn PANi nhƣng nó có nhƣợc điểm là độ tinh khiết không cao, thời gian tiến hành phản ứng lâu hơn nhƣng không mất nhiều năng lƣợng [18] Quá trình tổng hợp PANi đƣợc diễn ra trong... 1870oC (3398oF) và nhiệt độ sôi là 2972oC (5381oF) Trong tự nhiên, TiO2 tồn tại dƣới dạng khoáng chất Ở điều kiện thƣờng TiO2 là chất rắn màu trắng, khi nung nóng có màu vàng và khi làm lạnh thì trở lại màu trắng Khóa luận tốt nghiệp 13 Khoa: Hóa học Trần Thị Ngọc Lan Trường ĐHSP Hà Nội 2 TiO2 có 3 dạng thù hình: + Dạng tứ phƣơng α (khoáng vật rutile d = 4,85) + Dạng tứ phƣơng β (khoáng vật anatase d ... compozit PANi- TiO2- CNTs tổng hợp để tiến hành chụp ảnh SEM, phổ IR nhiễu xạ Rơn-ghen 15 10 i (mA/cm2) PANi- TiO2 -5 PANi- TiO2- CNTs 1% PANi- TiO2- CNTs 10% PANi- TiO2- CNTs 20% -10 PANi- TiO2- CNTs 30%... Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài  Tổng hợp vật liệu compozit PANi- TiO2- CNTs phƣơng pháp hóa học  Nghiên cứu tính chất vật liệu compozit tổng hợp + Cấu trúc hình thái học + Cấu trúc vật. .. [10] 1.1.2 Vật liệu compozit PANi- TiO2- CNTs Vật liệu compozit lai ghép PANi, TiO2 CNTs có tính chất vƣợt trội so với tính chất đơn chất ban đầu nên thu hút nhà khoa học nƣớc giới nghiên cứu, chế