nghiên cứu tổng hợp compozit PANi CNTs bằng phương pháp quét thế tuần hoàn

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC ******** VŨ THỊ LAN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP COMPOZIT PANi-CNTs BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUÉT THẾ TUẦN HOÀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa lý Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS MAI THỊ THANH THÙY HÀ NỘI - 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới Ths Mai Thị Thanh Thùy – Viện Hóa học – Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam định hƣớng hƣớng dẫn em tận tình suốt trình làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn PGS.TS Phan Thị Bình – Trƣởng phòng Điện hóa ứng dụng – Viện Hóa học – Viện hàn lâm KH&CN Việt Nam anh chị Phòng Điện Hóa giúp đỡ em học tập, nghiên cứu hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm khoa thầy cô khoa tạo điều kiện cho em trình học tập trƣờng Cám ơn gia đình bạn bè bên động viên em trình học tập Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2015 Sinh viên Vũ Thị Lan Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội DANH MỤC VIẾT TẮT CNTs : ống nano cacbon SWCNT : ống nano cacbon đơn lớp MWCNT : ống nano cacbon đa lớp SEM : phƣơng pháp hiển vi điện tử quét CVD : phƣơng pháp lắng đọng pha PANi : polianilin SDS : Sodium dodecyl sulfate DBSA : dodecyl benzen sunfonic acid Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Polyanilin 1.1.1 Giới thiệu chung polyme dẫn 1.1.2 Cấu trúc polyanilin 1.1.3 Tính chất polyanilin 1.1.4 Tổng hợp polyanilin 1.2 Ống nano cacbon (CNTs) 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Phân loại ống nano cacbon 1.2.3 Các phương pháp điều chế ống nano cacbon 1.3 Vật liệu compozit 12 1.3.1 Khái niệm, phân loại tính chất 12 1.3.2 Compozit PANi-CNTs 14 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Phƣơng pháp quét tuần hoàn CV 16 2.2 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 17 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM 20 3.1 Hóa chất 20 3.2 Dụng cụ thiết bị 20 3.2.1 Hệ điện hóa dạng điện cực: 20 3.2.2 Thiết bị đo điện hóa 20 3.2.3 Thiết bị nghiên cứu cấu trúc 21 3.2.4 Các dụng cụ thiết bị khác 21 3.3 Thực nghiệm 21 Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 3.3.1 Pha chế dung dịch 21 3.3.2 Chuẩn bị xử lý điện cực thép không rỉ 22 3.3.3 Tổng hợp vật liệu 22 3.3.4 Khảo sát tính chất điện hóa 23 3.3.5 Khảo sát cấu trúc hình thái học 23 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 4.1 Nghiên cứu phổ quét tuần hoàn CV trình tổng hợp 24 4.2 Khảo sát tính chất điện hóa phƣơng pháp quét tuần hoàn CV 28 4.3 Nghiên cứu ảnh SEM 33 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội MỞ ĐẦU Vật liệu polyme dẫn điện đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều thời gian gần Một số polyme dẫn điện nhƣ polyanilin, polypyrrol, polyme dẫn đƣợc ứng dụng thành công công nghệ điện tử tin học, chế tạo đi-ốt phát quang, làm hình siêu mỏng, ứng dụng làm vật liệu chống ăn mòn kim loại, làm vật liệu thông minh chế tạo cảm biến [14]… Trong Polyanilin (PANi) polyme dẫn điện đƣợc chế tạo ứng dụng rộng rãi PANi có giá thành chế tạo thấp, bền với môi trƣờng, có khả chịu nhiệt độ cao, có khả dẫn điện tốt Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp hợp chất hữu hợp chất vô có cấu trúc nano nhằm tạo vật liệu có tính vƣợt trội đƣợc nhiều nhà khoa học Việt Nam nhƣ giới quan tâm Những vật liệu lai ghép polyme dẫn với hợp chất vô có cấu trúc nano mang đặc tính ƣu việt chất hữu vô cơ, cộng với hiệu ứng lƣợng tử xảy cấp độ phân tử làm cho vật liệu có tính chất đặc biệt Cacbon nanotubes (CNTs) dạng cấu hình đƣợc phát nguyên tố cacbon với nhiều tính chất đặc biệt nhƣ tính chất cơ, nhiệt, điện tốt, có khả hòa tan số dung môi, bền với môi trƣờng, đƣợc nhà khoa học kết hợp với polyanilin nhằm tổng hợp thành vật liệu compozit làm tăng cƣờng tính chất mở nhiều hƣớng nghiên cứu để ứng dụng thực tế Chính mà em chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp compozit polyanilin-CNTs phƣơng pháp quét tuần hoàn” Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Polyanilin 1.1.1 Giới thiệu chung polyme dẫn Polyme dẫn điện lần đƣợc phát vào năm 1977 nhà khoa học phát khả dẫn điện poly axetylen T mở cho nhà khoa học hƣớng nghiên cứu loại vật liệu polyme dẫn điện Polyme dẫn thu hút đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nƣớc chúng có tiềm ứng dụng to lớn số l nh vực nhƣ: chế tạo linh kiện quang điện tử, làm điôt phát quang, làm hình siêu mỏng, ứng dụng làm vật liệu chống ăn mòn kim loại , làm sen sơ điện hóa, chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại , ứng dụng để bảo vệ môi trƣờng hay làm vật liệu cho ngu n điện cao cấp 13],… Polyanilin (PANi) lần đƣợc phát vào năm 1835 đƣợc sử dụng nhƣ chất nhuộm màu cho vải, đến tận đầu k 20 PANi đƣợc phát tính dẫn điện kể t PANi số polyme dẫn đƣợc quan tâm nhiều PANi có giá thành thấp, d tổng hợp, vật liệu thân thiện với môi trƣờng, bền nhiệt, bền học, có khả dẫn điện tốt PANi t n trạng thái oxy hóa khử khác trạng thái dạng muối, trạng thái chuyển hóa thuận nghịch lẫn [12, 19] Nhiều nhà khoa học nghiên cứu nâng cao số tính chất PANi cách doping thêm chất vô hữu Polyme dẫn có nhiều phƣơng pháp tổng hợp khác nhau: phƣơng pháp hóa học phƣơng pháp điện hóa Ngƣời ta tổng hợp số polyme dẫn t monome nhƣ: Anilin (C6H5NH2), Pyrrol (C4H4NH) Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (a) (b) Hình 1.1 Công thức hóa học Anilin (a), Pyrrol (b) 1.1.2 Cấu trúc polyanilin Công thức tổng quát PANi nhƣ sau: * H N H N N N a b * Hình 1.2: Cấu trúc Polyanilin [4] PANi có trạng thái oxi hóa khử chính: - Trạng thái khử cao ( b = 0) Leucoemeraldine (LE) màu vàng H N H N H N H N - Trạng thái oxi hóa nửa ( a = b) Emeraldine (EM) màu xanh H N H N N N - Trạng thái oxi hóa hoàn toàn (a = 0) Pernigranilin (PE) màu xanh tím N N N N Trong môi trƣờng axit độ hoạt hóa cao nhóm (- NH- ) (=N-) Emeradin thƣờng tạo muối với axit để tạo thành muối Emeradin (ES) Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội có tính dẫn điện tốt Ngƣợc lại môi trƣờng kiềm muối Emeradin chuyển thành Emeradin Hình 1.3: Sơ đồ chuyển trạng thái oxi hóa PANi [16] 1.1.3 Tính chất polyanilin 1.1.3.1 Tính chất học Thuộc tính học polyanilin 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 Phƣơng pháp hóa học xốp đƣợc sử dụng phổ biến, PANi t n dạng màng, sợi hay phân tán Màng PANi tổng hợp theo phƣơng pháp điện hóa có tính phụ thuộc nhiều vào điện tổng hợp Ở điện 0,6 V (so với Ag/Ag+) màng PANi có khả kéo dãn tới 40% Trong khoảng 0,8÷1 V màng giòn, d vỡ, khả co dãn [10] Hầu hết các sợi màng PANi đƣợc tạo t trình chuyển đổi t dạng emeraldin sang muối axit trình pha tạp Sự lựa chọn chất pha tạp có ảnh hƣởng lớn đến tính chất học Trong thực tế, MacDiarmid đẫ tính chất học phụ thuộc cách phức tạp vào chất pha tạp 10] Những ảnh hƣởng cụ thể tác động cấu trúc polyme Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (nhƣ chịu ảnh hƣởng chất pha tạp dung môi) tính chất học chƣa đƣợc nghiên cứu rõ ràng 1.1.3.2 Tính dẫn điện Tính dẫn muối emeraldin PANi.HA phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm nhƣ phụ thuộc dung môi Ngoài ra, điều kiện tổng hợp có ảnh hƣởng đến việc hình thành sai lệch hình thái cấu trúc polyme Vì làm thay đổi tính dẫn điện vật liệu Tuy nhiên tính dẫn PANi phụ thuộc nhiều vào mức độ pha tạp proton Chất pha tạp có vai trò quan trọng để điều khiển tính chất dẫn polyme dẫn Xét hai chất doping phtaloxyamin DBSA, ảnh hƣởng DBSA đến độ dẫn PANi không đáng kể so với ảnh hƣởng phtaloxyamin Do mẫu coi vai trò doping chủ yếu dophaloxynin, mặt khác ta cho thay đổi hàm lƣợng chất doping phtaloxyanin t 10-50% thấy độ dẫn polyaniline đạt cực đại hàm lƣợng chất doping khoảng 15%, hàm lƣợng chất doping lớn 15% độ dẫn polyme sản phẩm giảm nhanh Điều đƣợc giải thích độ dẫn polyaniline phụ thuộc vào độ hoàn thiện cấu trúc mạng tinh thể Mạng tinh thể hoàn thiện độ dẫn nâng cao, hàm lƣợng chất doping tăng làm tăng số khuyết tật mạng tinh thể polyaniline, khuyết tật đóng vai trò nhƣ bẫy dập tắt truyền điện tử (polaron) tinh thể, t làm giảm độ dẫn 10] 1.1.4 Tổng hợp polyanilin 1.1.4.1 Phương pháp hóa học Quá trình tổng hợp PANi đƣợc di n có mặt tác nhân oxi hóa Ngƣời ta thƣờng sử dụng amonipesunfat (NH4)2S2O8 làm chất oxi hóa trình tổng hợp PANi nhờ tạo đƣợc polime có khối lƣợng phân tử cao độ dẫn tối ƣu so với chất oxi hóa khác [3] Khóa luận tốt nghiệp 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nghiên cứu phổ quét tuần hoàn CV trình tổng hợp Compozit PANi – CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp quét tuần hoàn CV khoảng điện - 0,15 V đến 1V , 100 chu kỳ, dung dịch chứa H2SO4 0,1 M + anilin 0,1 M + CNT (5% so với monome) + DBSA 0,01 M với tốc độ thay đổi khác 20 mV/s, 30 mV/s 50 mV/s i (mA/cm2) 20 10 -10 ck1 ck20 ck70 -20 -0.3 0.0 0.3 0.6 ck10 ck50 ck100 0.9 1.2 EAg/AgCl (V) Hình 4.1: Phổ CV trình tổng hợp compozit PANi-CNTs dung dịch H2SO4 0,1 M + anilin 0,1M +CNT (5 % so với monome)+ DBSA 0,01 M với tốc độ quét 20 mV/s Khóa luận tốt nghiệp 24 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội i (mA/cm2) 12 -4 ck1 ck10 ck20 ck50 ck70 ck100 -8 0.0 -0.3 0.3 0.6 0.9 1.2 EAg/AgCl (V) Hình 4.2: Phổ CV trình tổng hợp compozit PANi-CNTs dung dịch H2SO4 0,1 M + anilin 0,1M + CNT (5 % so với monome)+DBSA 0,01 M với tốc độ quét 30 mV/s i (mA/cm2) -4 ck1 ck20 ck70 -8 -0.3 0.0 0.3 0.6 ck10 ck50 ck100 0.9 1.2 E Ag/AgCl (V) Hình 4.3: Phổ CV trình tổng hợp compozit PANi-CNTs dung dịch H2SO4 0,1 M + anilin 0,1M + CNT (5 % so với monome) + DBSA 0,01 M với tốc độ quét 50 mV/s Khóa luận tốt nghiệp 25 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trên hình 4.1 đến hình 4.3 phổ CV trình tổng hợp compozit PANi- CNTs với tốc độ tổng hợp khác Quan sát hình thấy xuất cặp pic oxy hóa khử, pic oxy hóa điện khoảng 0,995 V pic khử điện 0,224 V Khi tăng số chu kỳ quét lên chiều cao cặp pic oxy hóa khử tăng dần chứng tỏ màng PANi dẫn điện đƣợc hình thành phát triển liên tục So sánh phổ CV hình thấy compozit PANi – CNTs tổng hợp tốc độ 20 mV/s có chiều cao cặp pic oxy hóa khử chu kỳ lớn i (mA/cm2) 20 10 -10 ck100,v=20mV/s ck100,v=30mV/s ck100,v=50mV/s -20 -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 EAg/AgCl (V) Hình 4.4: Chu kỳ thứ 100 phổ CV compozit PANi-CNTs trình tổng hợp tốc độ quét khác Hình 4.4 so sánh chu kỳ 100 mẫu compozit đƣợc tổng hợp tốc độ quét khác Chiều cao cặp pic oxy hóa khử đƣợc thể bảng 4.1 T kết hình 4.4 bảng 4.1 thấy compozit đƣợc tổng hợp tốc độ 20 mV/s xuất pic khử pic oxy hóa không Khóa luận tốt nghiệp 26 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội xuất rõ nhiên mật độ dòng oxy hóa khử lớn Vì tốc độ 20 mV/s đƣợc lựa chọn để tổng hợp PANi phƣơng pháp CV để làm mẫu so sánh PANi compozit PANi – CNTs Bảng 4.1: Chiều cao cặp pic oxy hóa – khử chu kỳ 100 compozit PANi – CNTs Pic khử Pic oxi hóa Tốc độ tổng hợp ia Ea (V) (mA/cm2) Ec (V) ic (mA/cm2) 20 mV/s - - 0,148 - 11,5 30 mV/s 0,904 9,42 0,177 - 6,88 50 mV/s 0,932 6,88 0,148 - 5,61 i (mA/cm2) -2 ck1 ck20 ck70 ck10 ck50 ck100 -4 -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 EAg/AgCl (V) Hình 4.5: Phổ CV trình tổng hợp PANi hỗn hợp H 2SO4 0,1 M +anilin 0,1 M, với tốc độ quét 20 mV/s Hình 4.5 phổ CV trình tổng hợp PANi hỗn hợp H2SO4 0,1 M + anilin 0,1 M tốc độ quét 20 mV/s Quan sát hình 4.5 thấy Khóa luận tốt nghiệp 27 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội xuất cặp pic oxy hóa khử, pic oxi hóa xuất điện 0,808 V pic khử 0,241 V Khi tăng số chu kỳ quét chiều cao pic tăng dần hay lớp màng PANi dẫn điện hình thành phát triển liên tục So sánh với hình 4.1 thấy chiều cao pic oxi hóa PANi-CNTs cao nhiều so với PANi chế độ tổng hợp (bảng 4.2) Bảng 4.2: Chiều cao cặp pic oxy hóa – khử chu kỳ 100 compozit PANi – CNTs PANi tổng hợp tốc độ 20 mV/s Pic khử Pic oxi hóa Vật liệu ia Ea (V) (mA/cm2) Ec (V) ic (mA/cm2) Compozit - - 0,148 -11,5 PANi 0,808 3,11 0,241 -2,81 Nhƣ có mặt CNTs trình tổng hợp làm tăng chiều cao cặp pic oxy hóa khử nhờ làm tăng độ dẫn thông qua CNTs 4.2 Khảo sát tính chất điện hóa phƣơng pháp quét tuần hoàn CV Phổ quét tuần hoàn CV điện cực compozit PANi – CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp quét tuần hoàn với tốc độ khác (20 mV/s, 30 mV/s 50 mV/s) điện cực PANi đƣợc tổng hợp phƣơng pháp quét tuần hoàn với tốc độ quét 20 mV/s dung dịch H2SO4 0,5 M đƣợc thể hình 4.6 đến hình 4.11 Đƣờng cong quét tuần hoàn phản ánh trình oxi hóa khử vật liệu Khóa luận tốt nghiệp 28 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội i (mA/cm2) 30 ck1 20 10 ck20 -10 ck1 ck5 ck15 -20 ck2 ck10 ck20 -30 -0.6 -0.1 0.4 0.9 1.4 1.9 EAg/AgCl (V) Hình 4.6: Phổ CV điện cực compozit PANi-CNTs tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s, dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.6 phổ quét tuần hoàn CV điện cực compozit PANiCNTs đƣợc tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s Quan sát chu kỳ thấy xuất pic oxy hóa điện điện 0,371 V với chiều cao pic 9,321mA/cm2 điện 1,163 V với chiều cao pic 20,628 mA/cm2 Khi tăng số chu kỳ quét lên pic oxi hóa giảm dần, chu kỳ điện 0,371V, pic oxi hóa lại 5,593 mA/cm2 Và chu kỳ thứ pic oxi hóa giảm mạnh, đến chu kỳ thứ 20 xuất pic oxi hóa nhƣng thấp Tƣơng tự phân tích phổ CV hình 4.7 compozit PANi-CNTs đƣợc tổng hợp tốc độ quét 30 mV/s ta thấy chu kỳ xuất pic oxi hóa điện 0,563 V ; 1,031 V 1,193 V pic khử điện 0,239 V nhƣng dòng đáp ứng thấp sau tăng chu kỳ Đến chu kỳ xuất pic oxi hóa 0,347 V 1,121 V, pic khử 0,230 V T chu kỳ trở đến chu kỳ 20 xuất pic oxi hóa pic khử không rõ ràng Tuy nhiên dòng đáp ứng giảm liên tục theo số chu kỳ quét Khóa luận tốt nghiệp 29 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội i (mA/cm2) 15 10 -5 -10 -0.6 ck1 ck5 ck15 0.2 -0.2 0.6 1.0 1.4 ck2 ck10 ck20 1.8 EAg/AgCl (V) Hình 4.7: Phổ CV điện cực compozit PANi-CNTs tổng hợp tốc độ quét 30 mV/s, dung dịch H2SO4 0,5 M i (mA/cm2) ck1 ck5 ck15 -2 ck2 ck10 ck20 -4 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 EAg/AgCl (V) Hình 4.8: Phổ CV điện cực compozit PANi-CNTs tổng hợp tốc độ quét 50 mV/s, dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.8 phổ quét tuần hoàn CV điện cực compozit PANiCNTs đƣợc tổng hợp tốc độ quét 50 mV/s thấy chu kỳ xuất pic oxi hóa điện 0,437 V, 0,905 V 1,157 V, xuất pic khử điện 0,239 V Đến chu kỳ giảm xuống pic oxi hóa 0,329 V 1,103V Khi tăng số chu kỳ quét lên chiều cao pic oxy hóa Khóa luận tốt nghiệp 30 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội khử giảm dần Cho đến chu kỳ thứ 20 xuất pic oxi hóa 1,129 V pic khử không quan sát rõ i (mA/cm2) -2 -4 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 ck1 ck2 ck5 ck10 ck15 ck20 0.9 1.2 1.5 EAg/AgCl (V) Hình 4.9: Phổ CV điện cực PANi tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s, dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.9 phổ quét tuần hoàn CV điện cực PANi đƣợc tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s Tƣơng tự phổ CV chu kỳ xuất pic oxi hóa 0,698 V 1,175 V pic khử điện 0,203 V T chu kỳ trở xuất pic oxi hóa điện 1,14 V pic khử giảm dần Khóa luận tốt nghiệp 31 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội i (mA/cm2) 30 20 10 -10 ck1-v=20mV/s PANi-ck1-v=20mV/s -20 -0.6 0.4 -0.1 0.9 1.4 1.9 EAg/AgCl (V) Hình 4.10: So sánh phổ CV dung dịch H2SO4 0,5 M compozit PANi-CNTs tổng hợp tốc độ 20mV/s chu kỳ i (mA/cm2) 20 10 -10 ck20-v=20mV/s PANi-ck20-v=20mV/s -20 -0.7 -0.2 0.3 0.8 1.3 1.8 EAg/AgCl (V) Hình 4.11: So sánh phổ CV dung dịch H2SO4 0,5 M compozit PANi-CNTs tổng hợp tốc độ 20mV/s chu kỳ 20 Khóa luận tốt nghiệp 32 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Hình 4.10 4.11 phổ CV chu kỳ chu kỳ 20 compozit PANi-CNTs PANi tổng hợp tốc độ 20 mV/s So sánh phổ CV thấy compozit PANi-CNTs đƣợc tổng hợp tốc độ 20 mV/s có chiều cao cặp pic oxy hóa khử lớn Nhƣ compozit có hoạt tính điện hóa tốt Nhận xét: Qua phân tích phổ CV thấy tăng số chu kỳ quét lên dòng giảm đáng kể Nhƣ hoạt tính điện hóa vật liệu giảm theo số chu kỳ quét Sự có mặt CNTs làm tăng hoạt tính điện hóa PANi Compozit PANi – CNTs tổng hợp tốc độ 20 mV/s có hoạt tính điện hóa tốt 4.3 Nghiên cứu ảnh SEM (a) (b) (d) (c) Hình 4.12: Ảnh SEM PANi (a, c ), PANi-CNTs (b,d) tổng hợp phương pháp CV với tốc độ quét 20 mV/s Khóa luận tốt nghiệp 33 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Kết phân tích hình ảnh SEM PANi compozit PANi - CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp CV với tốc độ quét 20 mV/s đƣợc thể hình 4.12 Quan sát thấy có khác biệt lớn PANi (a,c) compozit PANi-CNTs (b,d) Ở hình (a,c) búi sợi PANi có kích thƣớc tƣơng đối đ ng có đƣờng kính cỡ 100 nm Quan sát hình (b,d) thấy lớp màng PANi phủ lên bề mặt ống nano cacbon tạo thành sợi đƣờng kính cỡ 100 nm đến 150 nm Khóa luận tốt nghiệp 34 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi-CNTs phƣơng pháp quét tuần hoàn CV điện cực thép không gỉ, điều kiện tổng hợp thích hợp là: khoảng điện - 0,15 V đến V, 100 chu kỳ, tốc độ quét 20 mV/s dung dịch H2SO4 0,1 M + anilin 0,1 M + CNT 5% + DBSA 0,01 M Đã khảo sát tính chất điện hóa vật liệu phƣơng pháp quét tuần hoàn CV dung dịch H2SO4 0,5 M compozit PANiCNTs tổng hợp tốc độ 20 mV/s có hoạt tính điện hóa tốt Sự có mặt CNTs vật liệu compozit cải thiện hoạt tính điện hóa PANi làm tăng khả dẫn điện Kết chụp ảnh SEM cho thấy có đan xen sợi PANi với ống CNTs Khóa luận tốt nghiệp 35 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Bộ môn cao phân tử (1973), trƣờng ĐH Bách Khoa hà nội, kỹ thuật sản xuất chất dẻo, Trƣờng ĐH Bách khoa Hà Nội Trần V nh Diệu, Lê Thị Phái (1996), Vật liệu compozit, vấn đề khoa học, hướng phát triển ứng dụng, Trung tâm KHTN CNQG, Trung tâm thông tin tƣ liệu, Hà Nội, 1998 Bạch Trọng Phúc Luận án phó tiến s khoa học k thuật , Hà Nội, tr5-7 Nguy n H ng Minh (2003), Synthesis and Characteristic studies Polyaniline By Chemical Oxidative Polymeriation Master of Materials Science – ĐHCNHN Trần Quang Thiện (2011), Tổng hợp nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu lai ghép oxit vô vơi polime dẫn TiO2 – PANi, Luận văn thạc s khoa học hóa học, ĐH Quốc Gia Hà Nội Mai Thị Thanh Thùy (2005), Tổng hợp polyanilin dạng bột phương pháp xung dòng vuông ứng dụng ngành điện hóa, Luận văn thạc s KH Hóa học, ĐHQGHN Trịnh Xân Xén (2009), Điện hóa học (in lần 3), NXB Đại học quốc gia Hà Nội Tài liệu nƣớc Abou-Elhagag A Hermas, Mohamed Abdel Salama, Salih S AlJuaid (2013), In situ electrochemical preparation of multi-walled carbon nanotubes/polyaniline composite on the stainless steel A Madhan Kumar, Zuhair M Gasem (2014), In situ electrochemical synthesis of polyaniline/f-MWCNT nanocomposite coatings on mild steel for corrosion protection in 3.5% NaCl solution Khóa luận tốt nghiệp 36 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội C N R Rao, B C Satishkumar, A Govindaraj, and Manashi Nath (2001), Nanotubes, Chem Phys Chem, pp.78-105 10 G Wallae M Spinks, A.P Kane-Maguine, R.Teasdale (2003), Conductive electroactive polymers 11 Joseph Goldstein, Dale E Newbury, David C Joy, Charles E Lyman, Patrick Echlin, Eric Lifshin, L.C Sawyer, J.R Michael (2003), Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis 12 J.Heinze (1991) “Electrochemistry of conducting polymes” Synthetic Metals 13 Joseph R Stter, William R Penrose, Shen Yao (2003), Sensors, chemical sensor, electrochemical sensor and ECS, Journal of The Electrochemical Society 14 K.Gurunathan, A.Vadivel Murugan, R.Marimuthu, U.P.Mulik (1999) Electrochemically synthesized conducting polymeric materials for applications towards technology in eclectronics, optoelectronics and energy storage devices, Materials Chemistry and Physics 15 M Daenen, R.D de Fouw, B Hambers, P.G.A Janssen, K Schouteder, M.A.J Veld (2003), The Wondrous World of Carbon Nanotubes, Eindhoven University of Technology 16 Pharhard Hussain A M and AKumar (2003), “Electrochemical synthesis and characterization of chloride doped polianilin”, Bull Mater Sci, Vol 26 No 3, pp 329 – 334 17 S.Iijima (2002), Physcal B 323 18 Vgo – Kinzig (1992), Composite application the role of matrix fiber and interface, VHC publisher Inc Khóa luận tốt nghiệp 37 2015 Vũ Thị Lan 19 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Yuvraj Singht Negi and Adhyapak P.V (2002) “Development in polyaniline conducting polymers”, J.Macromol.SCI.–Polymer Reviews Tài liệu internet 20 vi.wikipedia.org/wiki/Ống_nano_cácbon Khóa luận tốt nghiệp 38 2015 [...]... (V) ic (mA/cm2) Compozit - - 0,148 -11,5 PANi 0,808 3,11 0,241 -2,81 Nhƣ vậy sự có mặt của CNTs trong quá trình tổng hợp đã làm tăng chiều cao của cặp pic oxy hóa và khử nhờ làm tăng độ dẫn thông qua CNTs 4.2 Khảo sát tính chất điện hóa bằng phƣơng pháp quét thế tuần hoàn CV Phổ quét thế tuần hoàn CV của các điện cực compozit PANi – CNTs đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp quét thế tuần hoàn với các tốc... hình thái học Vật liệu compozit PANi – CNTs và PANi sau khi tổng hợp sẽ đƣợc chụp ảnh SEM trên máy Hitachi S - 4800 của Nhật Khóa luận tốt nghiệp 23 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nghiên cứu phổ quét thế tuần hoàn CV trong quá trình tổng hợp Compozit PANi – CNTs đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp quét thế tuần hoàn CV trong khoảng điện thế - 0,15 V đến 1V... phƣơng pháp điện hóa Theo [7] compozit PANi- CNTs đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp quét thế tuần hoàn CV trên điện cực thép không rỉ (SS304) trong khoảng điện thế -0,15 V đến 1 V, tốc độ 50 mV/s trong dung dịch chứa H2SO4, anilin, CNTs với chất phân tán bề mặt SDS Compozit PANi- CNTs cũng đƣợc tổng hợp trên nền thép nhẹ bằng phƣơng pháp quét thế tuần hoàn trong khoảng điện thế -200 mV đến 1200 mV, tốc độ... đƣợc sử dụng để tổng hợp PANi và compozit PANi – CNTs 3.3.3 Tổng hợp vật liệu 3.3.3.1 Tổng hợp điện cực PANi - CNTs Sử dụng hệ điện hóa 3 điện cực để tổng hợp compozit PANi – CNTs Trong đó điện cực so sánh (RE) là Ag/AgCl , điện cực đối (CE) là Pt và điện cực nghiên cứu (WE) là điện cực thép không rỉ (d = 6 mm) đƣợc sử dụng để tạo lớp phủ compozit PANi – CNTs Dung dịch tổng hợp g m: H2SO4 0,1 M + anilin... điện cực compozit PANi- CNTs được tổng hợp tại tốc độ quét thế 20 mV/s, trong dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.6 là phổ quét thế tuần hoàn CV của điện cực compozit PANiCNTs đƣợc tổng hợp tại tốc độ quét thế 20 mV/s Quan sát chu kỳ 1 thấy xuất hiện 2 pic oxy hóa tại điện thế điện thế 0,371 V với chiều cao pic là 9,321mA/cm2 và tại điện thế 1,163 V với chiều cao pic là 20,628 mA/cm2 Khi tăng số chu kỳ quét lên... 3.3.3.2 Tổng hợp điện cực PANi Sử dụng hệ điện hóa 3 điện cực để tổng hợp PANi Trong đó điện cực so sánh (RE) là Ag/AgCl , điện cực đối (CE) là Pt và điện cực nghiên cứu (WE) là điện cực thép không rỉ (d = 6 mm) Dung dịch tổng hợp g m H2SO4 0,1 M + anilin 0,1 M Chế độ tổng hợp vật liệu theo phƣơng pháp quét thế tuần hoàn CV, trong khoảng điện thế -0,15 V đến 1 V; 100 chu kỳ, tốc độ quét 20mV/s Điện cực PANi. .. Vật liệu compozit lai ghép giữa PANi và CNTs có tính chất vƣợt trội so với những tính chất của những đơn chất ban đầu nên đã thu hút các nhà khoa học trên thế giới và trong nƣớc nghiên cứu và chế tạo vật liệu này Ví dụ, sợi PANi chứa CNTs có hiệu quả lớn trong độ bền cơ học và độ dẫn điện Compozit PANi- CNTs đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp điện hóa và phƣơng pháp hóa học  Tổng hợp bằng phƣơng pháp điện... EAg/AgCl (V) Hình 4.8: Phổ CV của điện cực compozit PANi- CNTs được tổng hợp tại tốc độ quét thế 50 mV/s, trong dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.8 là phổ quét thế tuần hoàn CV của điện cực compozit PANiCNTs đƣợc tổng hợp tại tốc độ quét thế 50 mV/s thấy rằng tại chu kỳ 1 xuất hiện 3 pic oxi hóa tại điện thế 0,437 V, 0,905 V và 1,157 V, xuất hiện 1 pic khử tại điện thế 0,239 V Đến chu kỳ 2 giảm xuống còn 2... polyanilin thu đƣợc, bằng phƣơng pháp hóa học cũng có thể tạo màng trên bề mặt kim loại bằng cách hòa tan hoặc phân tán bột PANi trong chất tạo màng sau đó quét lên mẫu nhƣ một loại sơn phủ thông thƣờng 1.1.4.2 Phương pháp điện hóa Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp polyanilin bằng phương pháp điện hóa [16] Nguyên tắc của phƣơng pháp là dùng dòng điện tạo nên sự phân cực với điện thế thích hợp, sao cho đủ năng... M và CNTs với các t lệ 1, 3 và 5 mg/l 8]  Tổng hợp bằng phƣơng pháp hóa học Sử dụng amonipesunphat (NH4)2S2O8 làm chất oxi hóa để oxy hóa anilin trong dung dịch axit có chứa CNTs và sử dụng DBSA là chất hoạt động bề mặt để phân tán đều CNTs trong dung dịch Khóa luận tốt nghiệp 15 2015 Vũ Thị Lan Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng pháp quét thế tuần hoàn ... cực compozit PANi – CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp quét tuần hoàn với tốc độ khác (20 mV/s, 30 mV/s 50 mV/s) điện cực PANi đƣợc tổng hợp phƣơng pháp quét tuần hoàn với tốc độ quét 20 mV/s dung... 4.6: Phổ CV điện cực compozit PANi- CNTs tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s, dung dịch H2SO4 0,5 M Hình 4.6 phổ quét tuần hoàn CV điện cực compozit PANiCNTs đƣợc tổng hợp tốc độ quét 20 mV/s Quan sát... nƣớc nghiên cứu chế tạo vật liệu Ví dụ, sợi PANi chứa CNTs có hiệu lớn độ bền học độ dẫn điện Compozit PANi- CNTs đƣợc tổng hợp phƣơng pháp điện hóa phƣơng pháp hóa học  Tổng hợp phƣơng pháp