NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HÓA CỦA TITAN DIOXIT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ TỐT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HÓA CỦA TITAN DIOXIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌCKHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ TỐT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HÓA CỦA TITAN DIOXIT Chuyên ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 60440119 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ BÌNH Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình dạy dỗ em trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình dạy dỗ giúp đỡ em trình học tập làm khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Phan Thị Bình, giáo viên hướng dẫn, giao đề tài, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn cô chú, anh chị phòng Điện hóa Ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ em nhiều thời gian làm luận văn Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, gia đình người thân động viên giúp đỡ em trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Phạm Thị Tốt i MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quang điện hóa 1.1.1 Những vấn đề sở .3 1.1.2 Bản chất quang điện hóa 1.2 Giới thiệu titan dioxit 13 1.2.1 Tính chất vật lý titan dioxit 13 1.2.2 Tính chất hóa học titan dioxit kích thước nano mét 14 1.2.3 Điều chế TiO2 16 1.2.4 Ứng dụng titan dioxit 18 1.3 Giới thiệu polianilin (PANi) 19 1.3.1 Cấu trúc phân tử PANi 19 1.3.2 Một số tính chất PANi 20 1.3.3 Phương pháp tổng hợp PANi 22 1.3.4 Ứng dụng PANi 26 1.4 Tổng quan vật liệu compozit TiO2-PANi 27 1.4.1 Khái niệm, ưu điểm vật liệu compozit 27 1.4.2 Vật liệu compozit TiO2 - PANi 28 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ 30 THỰC NGHIỆM 30 2.1 Phương pháp điện hóa 30 2.1.1 Phương pháp quét tuần hoàn (CV) 30 2.1.2 Phương pháp tổng trở điện hóa 31 ii 2.2 Phương pháp phi điện hóa 35 2.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoai IR 35 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 36 2.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 36 2.2.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 36 2.3 Hóa chất dụng cụ 37 2.3.1 Hóa chất điện cực 37 2.3.2 Dụng cụ 37 2.3.3 Các loại thiết bị 37 2.4 Quy trình tổng hợp mẫu 38 2.4.1 Tổng hợp TiO2 38 2.4.2 Tổng hợp PANi 38 2.4.3 Tổng hợp composit TiO2 - PANi 38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu 39 3.1.1 Phân tích giản đồ nhiễu xạ Rơn-Ghen 39 3.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại 40 3.1.3 Phân tích ảnh SEM 41 3.1.4 Phân tích ảnh TEM 42 3.2 Nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu 43 3.2.1 Nghiên cứu phổ quét tuần hoàn (CV) 43 3.2.2 Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa 49 KẾT LUẬN 62 KHUYẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 iii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1: Sự sinh điện tử/lỗ trống vùng nghèo bán dẫn chiếu sáng 11 Bảng 2.1: Liệt kê số phần tử cấu thành tổng trở 33 Bảng 3.1: Dòng đáp ứng anot 1,4V TiO2 compozit TiO2-PANi 47 Bảng 3.2: Sự ảnh hưởng thời gian nhúng đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện không chiếu tia UV 52 Bảng 3.3: Sự ảnh hưởng thời gian nhúng đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện chiếu tia UV 52 Bảng 3.4: Sự ảnh hưởng điện đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện không chiếu tia UV 58 Bảng 3.5: Sự ảnh hưởng điện đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện chiếu tia UV 59 iv DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ vùng lượng vật rắn Hình 1.2: Sơ đồ vùng lượng kim loại, bán dẫn chất cách điện Hình 1.3: Xác suất phân bố DRed, DOx Hình 1.4: Mô hình Schottky liên bề mặt bán dẫn│dung dịch Hình 1.5 : Đường cong phân cực sáng/tối hệ bán dẫn │dung dịch 10 Hình 1.6: Sự sinh điện tử lỗ/lỗ trống vùng nghèo bán dẫn 11 chiếu sáng 11 Hình 1.7: Sơ đồ cấu trúc vùng TiO2 12 Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2 13 Hình 1.9: Cơ chế trình xúc tác quang chất bán dẫn 16 Hình 1.10: Sơ đồ tổng hợp điện hóa polyanilin 25 Hình 2.1: Quan hệ dòng – điện quét tuần hoàn 30 Hình 2.2: Mạch điện tương đương bình điện phân 32 Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống đo điện hóa tổng trở 32 Hình 2.4 : Biểu diễn Z mặt phẳng phức 33 Hình 2.5: Quá trình điện cực có khuếch tán 34 Hình 2.6: Hình dạng điện cực titan 37 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X TiO2 39 Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit TiO2-PANi 40 (điện cực TiO2 nhúng 60 phút dung dịch PANi) 40 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại compozit TiO2-PANi (điện cực TiO2 nhúng 60 phút dung dịch PANi) 40 Hình 3.4: Ảnh SEM TiO2 41 Hình 3.5: Ảnh SEM compozit TiO2-PANi 41 (nhúng TiO2 dung dịch PANi với thời gian khác 41 Hình 3.6: Ảnh TEM compozit TiO2-PANi (điện cực TiO2 dung dịch PANi 60 phút) 42 v Hình 3.7: Ảnh hưởng tốc độ quét 43 Hình 3.8: Ảnh hưởng thời gian nhúng TiO2 dung dịch PANi 44 Hình 3.9: Ảnh hưởng số chu kỳ quét tới phổ CV vật liệu khác 45 Hình 3.10: Ảnh hưởng thời gian nhúng TiO2 dung dịch PANi 46 Hình 3.11: Ảnh hưởng số chu kỳ quét tới phổ CV vật liệu khác 48 Hình 3.12: Tổng trở dạng Bode không chiếu UV 49 Hình 3.13: Tổng trở dạng Bode chiếu UV 50 Hình 3.14: Tổng trở dạng Nyquist 50 Hình 3.15: Sơ đồ tương đương 51 Hình 3.16: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổi 54 vào thời gian nhúng 54 Hình 3.17: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào thời gian nhúng 54 Hình 3.18: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở dung dịch vào thời gian nhúng 55 Hình 3.19: Tổng trở dạng Bode không chiếu UV 56 Hình 3.20: Tổng trở dạng Bode chiếu UV 57 Hình 3.21: Tổng trở dạng Nyquist 58 Hình 3.22: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổi vào điện đo 60 Hình 3.23: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào điện đo 60 Hình 3.24: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở điện trở dung dịch 61 vào điện áp đặt 61 vi MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp công nghệ cao nhu cầu việc sử dụng loại vật liệu có tính ưu việt ngành lớn Để đáp ứng nhu cầu nhà khoa học nghiên cứu tìm nhiều phương pháp để tạo vật liệu có tính vượt trội phương pháp pha tạp để biến tính vật liệu, phương pháp lai ghép vật liệu khác để tạo thành compozit Các compozit tạo phương pháp lai ghép oxit vô polime dẫn thu hút quan tâm nhà nghiên cứu nước Trong có titan dioxit (TiO2), số vật liệu bán dẫn điển hình có tiềm ứng dụng cao thân thiện môi trường, có khả diệt khuẩn tốt, có tính xúc tác quang hóa quang điện hóa, nghiên cứu lai ghép với polianilin (PANi), số polyme dẫn điện điển hình vừa bền nhiệt, bền môi trường, dẫn điện tốt, thuận nghịch mặt điện hóa, có tính chất dẫn điện điện sắc, vừa có khả xúc tác điện hóa cho số phản ứng điện hóa Compozit TiO2-PANi có khả dẫn điện tốt, tính ổn định cao, có khả xúc tác điện hóa quang điện hóa tốt, chế tạo theo phương pháp điện hóa hóa học tùy theo mục đích sử dụng [22, 28, 37] Trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng polianilin đến tính chất quang điện hóa titan dioxit”, muốn biến tính TiO2 nhờ phương pháp oxi hóa titan nhiệt độ cao (5000C) kết hợp với nhúng tẩm PANi để tạo vật liệu compozit cấu trúc nano nhằm nâng cao hiệu ứng dụng Nội dung luận văn bao gồm:  Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài  Tổng hợp vật liệu compozit TiO2-PANi  Nghiên cứu tính chất vật liệu compozit tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu sử dụng:  Quét tuần hoàn, đo đường cong phân cực, đo tổng trở điện hóa mô sơ đồ tương đương để nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu  Chụp ảnh SEM TEM để nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu  Phân tích nhiễu xạ tia Rơn-Ghen phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc tinh thể cấu trúc hóa học vật liệu Dựa vào giá trị số khuếch tán σ thu từ mô ta tính giá trị hệ số khuếch tán D tương ứng Từ kết bảng 4.2 4.3 ta xây dựng đồ thị thành phần tổng trở phụ thuộc vào thời gian nhúng Cd (μF) CCPE (μF) 120 Không chiếu UV Chiếu UV Không chiếu UV Chiếu UV 80 40 0 30 60 90 120 30 t (phút) 60 90 120 t (phút) Hình 3.16: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổi vào thời gian nhúng Rf (Ω) 45 Rct (MΩ) Không chiếu UV Chiếu UV Không chiếu UV Chiếu UV 30 15 0 30 60 t (phút) 90 120 30 60 t (phút) 90 120 Hình 3.17: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào thời gian nhúng 54 D (10-26 cm2/s) Rdd (Ω) 400 Chiếu UV Exp (Chiếu UV) Không chiếu UV Exp (Không chiếu UV) 300 4.0 3.5 200 3.0 y = 17.584e R = 0.9724 100 0.0231x y = 1.8563e 0.0181x Không chiếu UV Chiếu UV 2.5 R = 0.9006 2.0 0 30 60 90 120 t (phút) 30 60 90 120 t (phút) Hình 3.18: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở dung dịch vào thời gian nhúng Dựa vào kết bảng 3.2 ta thấy điện trở dung dịch thành phần pha không đổi tất mẫu thay đổi không đáng kể Các mẫu compozit có điện dung lớp kép, số Warburg điện trở chuyển điện tích nhỏ nhiều so với mẫu TiO2, chứng tỏ hoạt tính điện hóa chúng cải thiện nhiều nhờ có mặt PANi So sánh mẫu compozit tạo thành từ thời gian nhúng khác cho thấy với thời gian nhúng 90 phút cho điện trở chuyển điện tích Rct nhỏ so với mẫu khác, tức họat tính điện hóa cao Khi tăng thời gian nhúng hệ số khuếch tán tăng chứng tỏ lượng PANi có mặt compozit nhiều tốc độ khuếch tán nhanh So sánh bảng 3.2 bảng 3.3 ta thấy giá trị điện trở màng compozit, điện dung lớp kép, điện trở chuyển điện tích số Warburg tất mẫu chiếu UV nhỏ so với không chiếu tia UV, điều chứng minh vật liệu compozit tổng hợp có hiệu ứng quang điện hóa Từ số liệu bảng 4.3 ta thấy mẫu TiO2 nhúng 30 phút có giá trị điện dung lớp kép, điện trở màng compozit, thành phần pha không đổi điện trở chuyển điện tích cao mẫu TiO2 lượng PANi hình thành compozit phân bố chưa đồng gây ảnh hưởng không tốt đến hiệu ứng quang điện hóa TiO2 So sánh 55 mẫu compozit tạo thành từ thời gian nhúng khác ta thấy tăng thời gian nhúng điện dung lớp kép, thành phần pha không đổi, số Warburg (đặc trưng cho trình khuếch tán) giảm điều lượng PANi có mặt compozit tăng lên b) Ảnh hưởng điện đến phổ tổng trở điện hóa Qua kết nghiên cứu phổ CV phổ tổng trở điện hóa theo thời gian nhúng ta thấy thời gian nhúng 90 phút tối ưu, nên chọn để khảo sát ảnh hưởng điện đến phổ tổng trở điện hóa Điện khảo sát từ E0 đến 1,4V so với Ag/AgCl, KClbão hòa lg Z (Ω) 1.E+03 Pha (độ) mô 0.35V mô 0.56V mô 0.77V mô 0.98V mô 1.19V mô 1.40V đo 0.35V đo 0.56V đo 0,77V đo 0.98V đo 1.19V đo 1.40V 1.E+05 90 60 1.E+01 30 1.E-01 1.E-03 1.E-02 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06 1.E- 02 đo 0.35V đo 0.56V đo 0,77V đo 0.98V đo 1.19V đo 1.40V 1.E+00 mô 0.35V mô 0.56V mô 0.77V mô 0.98V mô 1.19V mô 1.40V 1.E+02 1.E+04 1.E+06 lg f (Hz) lg f (Hz) Hình 3.19: Tổng trở dạng Bode không chiếu UV Bên trái: tổng trở phụ thuộc vào tần số Bên phải: pha phụ thuộc tần số Hình 3.19 biểu diễn tổng trở điện hóa dạng Bode ta đo điện khác cho thấy có khác nhiều vùng tần số thấp (10 mHz – 10 Hz), vùng tần số cao gần giống Khi tăng điện quét tổng trở tăng Tại điện 1,4V có tổng trở điện hóa lớn nên hoạt tính điện hóa Sự thay đổi pha rõ ràng ta thay đổi điện đo, vùng điện đo 56 gần E0 xuất hai cung, tăng điện đo đến 0,77 V xuất cung Pha (độ) 90 lg Z (Ω) đo 0.13V đo 0.34V đo 0.86V đo 1.07V đo 1.28V đo 1.40V 1.E+03 mô 0.13V mô 0.34V mô 0.86V mô 1.07V mô 1.28V mô 1.40V 60 đo 0.13V đo 0.34V đo 0.86V đo 1.07V đo 1.28V đo 1.40V mô 0.13V mô 0.34V mô 0.86V mô 1.07V mô 1.28V mô 1.40V 1.E+01 30 1.E-01 1.E-03 1.E-02 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06 1.E-02 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06 lg f(Hz) lg f (Hz) Hình 3.20: Tổng trở dạng Bode chiếu UV Bên trái: tổng trở phụ thuộc vào tần số Bên phải: pha phụ thuộc tần số Khi ta chiếu tia UV vào tổng trở điện hóa giảm nhiều so với không chiếu tia UV Sự phân biệt tổng trở pha đo giá trị khác phân biệt rõ ràng mở rộng vùng tần số cao Tại điện 0,86V tổng trở điện hóa thấp chứng tỏ hoạt tính điện hóa cao Sự biến đổi pha rõ ràng ta tăng điện đo Tại giá trị điện E0 xuất cung tăng dần điện đo xuất hai cung 57 Z’’(MΩ) 0.9 Z’’ (MΩ) đo 0.13V đo 0.34V đo 0.86V đo 1.07V đo 1.28V đo 1.40V đo 0.35V đo 0.56V đo 0,77V đo 0.98V đo 1.19V đo 1.40V 0.6 mô 0.35V mô 0.56V mô 0.77V mô 0.98V mô 1.19V mô 1.40V mô 0.13V mô 0.34V mô 0.86V mô 1.07V mô 1.28V mô 1.40V 0.3 0.0 0.0 0.3 0.6 0.9 Z’(MΩ) ’ Z (MΩ) Hình 3.21: Tổng trở dạng Nyquist, bên trái: không chiếu UV, bên phải: chiếu UV Hình 3.21 tổng trở dạng Nyquist, quan sát hình ta thấy kết mô theo sơ đồ hình 3.15 gần trùng khít với thực nghiệm nên sơ đồ tương đương phù hợp Bảng 3.4: Sự ảnh hưởng điện đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện không chiếu tia UV Điện Rdd Cd Rf áp đặt (Ω) (μF) (kΩ) CCPE (μF) W n (V) Rct σ D (Ω/s1/2) (10-26cm2/s) (MΩ) 0,35 2,93 8,63 7,16 2,87 0,91 324,2 6,57 0,01 0,56 2,92 5,00 12,40 2,84 0,91 431,0 3,72 0,04 0,77 2,99 35,30 3,28 1,70 0,92 509,1 2,67 6,60 0,98 2,97 34,50 3,38 1,62 0,98 554,6 2,25 10,40 1,19 2,94 27,40 1,99 1,61 0,98 37,8 483,60 9,70 1,40 2,93 28,70 2,28 1,56 0,99 45,6 332,31 20,30 58 Giá trị mô phản ánh bảng 3.4 bảng 3.5 Dựa vào kết mô mà lý giải diễn biến điện hóa xảy chiếu tia UV so với không chiếu tia UV nhờ hiệu ứng quang điện hóa xuất Bảng 3.5: Sự ảnh hưởng điện đến thông số điện hóa mô theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện chiếu tia UV Điện Rdd Cd Rf áp đặt (Ω) (μF) (kΩ) CCPE W (μF) n D σ 1/2 (V) Rct (Ω/s ) (10 -24 (Ω) cm2/s) 0,13 2,52 11,50 622,00 7,73 0,83 93,30 0,79 4,00 0,34 2,40 23,10 168,00 2,97 0,95 24,00 11,99 5,80 0,86 2,39 10,70 20,40 2,15 1,00 3,99 434,04 7,51 1,07 2,28 13,00 37,10 2,08 1,00 3,90 454,31 1,59 1,28 2,17 14,10 48,40 2,31 0,98 3,97 438,43 1,13 1,40 2,09 14,60 60,00 2,36 0,97 3,54 551,4 1,06 Từ kết bảng 3.4 bảng 3.5 ta xây dưng đồ thị thành phần tổng trở phụ thuộc vào điện đo 59 CCPE (μF) Cd (μF) 40 Không chiếu UV Chiếu UV Không chiếu UV Chiếu UV 30 20 10 0 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 0.3 0.0 EAg/AgCl (V) 0.6 0.9 1.2 1.5 EAg/AgCl (V) Hình 3.22: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổi vào điện đo Rf (MΩ) Rct (MΩ) 0.8 24 Không chiếu UV Chiếu UV 0.6 Không chiếu UV Chiếu UV 18 12 0.4 0.2 0.0 -6 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 EAg/AgCl(V) 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 EAg/AgCl (V) Hình 3.23: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào điện đo 60 1.5 D (10-24 cm2/s) Rdd (Ω) 900 3.5 600 Không chiếu UV Không chiếu UV Chiếu UV Chiếu UV 3.0 300 2.5 2.0 -300 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 0.0 EAg/AgCl (V) 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 EAg/AgCl (V) Hình 3.24: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở điện trở dung dịch vào điện áp đặt Nhìn vào bảng 3.4 ta thấy thay đổi điện quét điện trở dung dịch thành phần pha không đổi thay đổi điện dung lớp kép, điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích số Warburg thay đổi tăng giảm khác theo giá trị điện Khi tăng điện đo thành phần pha không đổi giảm dần giá trị số mũ n tăng dần So sánh bảng 3.4 bảng 3.5 ta thấy chiếu tia UV điện trở dung dịch, điện trở chuyển điện tích số Warburg giảm, đặc biệt điện trở chuyển điện tích giảm nhiều, điều ta chiếu tia UV vào TiO2 có hiệu ứng quang điện hóa Từ bảng 3.5 ta thấy ta chiếu tia UV vào giá trị E0 giảm nhiều so với mẫu không chiếu tia UV Tại giá trị điện 0,13V điện trở màng compozit, thành phần pha không đổi, số Warburg lớn nhiều so với đo giá trị điện khác giá trị điện 0,13V chưa xuất hiệu ứng quang điện hóa Khi tăng điện đo lên 0,34V điện trở màng compozit, thành phần pha không đổi, số Warburg giảm nhiều giá trị điện bắt đầu xảy hiệu ứng quang điện hóa Tại điện 0,86V điện dung lớp kép, điện trở màng nhỏ hệ số khuếch tán gần lớn giá trị điện hiệu ứng quang điện hóa cao 61 KẾT LUẬN Qua trình thực nghiệm rút số kết luận sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit TiO2 – PANi phương pháp phân hủy nhiệt kết hợp với nhúng tẩm PANi compozit có cấu trúc dạng sợi TiO2 compozit tồn hai dạng rutile anatase Hiệu ứng quang điện hóa thể rõ ràng ta chiếu tia UV trình nghiên cứu CV tổng trở điện hóa mẫu Hiệu ứng quang điện hóa tăng theo thời gian nhúng tẩm TiO2 dung dịch PANi Thời gian nhúng tẩm tối ưu 90 phút Thời gian nhúng ảnh hưởng nhiều đến phổ tổng trở điện hóa, thời gian nhúng tăng tổng trở điện hóa giảm lượng PANi có mặt compozit nhiều Tổng trở điện hóa tăng theo chiều tăng điện áp đặt phía dương giảm nhiều tác dụng tia UV, đặc biệt điện trở chuyển điện tích Đã mô phong sơ đồ tương đương cho trình điện hóa xảy bề mặt vật liệu điện cực bao gồm thành phần: điện trở dung dịch, điện dung lớp kép điện trở màng compozit, thành phần pha không đổi, điện trở khuếch tán điện trở chuyển điện tích vật liệu điện cực 62 KHUYẾN NGHỊ Do thời gian nghiên cứu có hạn nên nhiều vấn đề chưa thể thực ảnh hưởng thời gian nung, nhiệt độ nung đến tính chất điện hóa, quang điện hóa vật liệu nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu Nếu có thời gian điều kiện mong muốn tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu Công trình công bố liên quan: Thi Tot Pham, The Duyen Nguyen, Mai Thi Xuan, Thi Thanh Thuy Mai, Hai Yen Tran and Thi Binh Phan “Influence of polyaniline on photoelectrochemical characterization of TiO2-PANi layers” Second International Workshop on Nano Materials for Energy Coversion, HoChiMinh City, 17-20 November 2014 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Phan Thị Bình (2006), Điện hóa ứng dụng, NXB Khoa học kĩ thuật Hà Nội Phan Thị Bình (2007), Nghiên cứu sử dụng polyme dẫn điện nguồn điện thứ cấp, Báo cáo đề tài cấp Viện Khoa học công nghệ Việt Nam Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp pháp vật lý hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục Lê Minh Đức, Nguyễn Thị Trang (2013), “Chế tạo nanocomposite TiO2/PANi phương pháp điện hóa khảo sát số tính chất chúng”, Tạp chí khoa học công nghệ, đại học Đà Nẵng, (66) Lê Quốc Hùng, Phan Thị Bình, Vũ Thị Thu Hà, Phạm Hồng Phong (2012), Giáo trình điện hóa học nâng cao, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Nguyễn Thị Quỳnh Nhung (2002), Nghiên cứu chế tạo polyme dẫn PANi phương pháp điện hóa khả chống ăn mòn, Luận văn tốt nghiệp đại học, ĐHSP Hà Nội Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng polianilin đến cấu trúc PbO2, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội 10 Bùi Hải Ninh, Mai Thị Thanh Thùy, Phan Thị Bình (2007), “Tổng hợp nghiên cứu tính chất compozit PANi/TiO2”, Tạp chí hóa học, 45 (6A), tr.31 - 34 11 Trương Ngọc Liên (2000), Điện hóa lí thuyết, Nhà xuất Khoa học kỹ 64 thuật, Hà Nội 12 Ngô Quốc Quyền (2004), Tích trữ chuyển hóa lượng hóa học, vật liệu công nghệ, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 13 Trịnh Xuân Sén (2009), Điện hóa học, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 14 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 15 Trương Văn Thịnh (2011), Khảo sát tính chất quang điện màng tổ hợp polymer dẫn pha tạp hạt nano vô cơ, Luận văn thạc sĩ, trường ĐH Công nghệ 16 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 hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội 17 Lê Trần Thanh Thúy (2012), Nghiên cứu tổng hợp khảo sát tính chất compozit polyme/oxit kim loại, luận văn thạc sĩ, ĐH Đà Nẵng 18 Phạm Thị Thanh Thủy (2007), Ứng dụng polianilin để bảo vệ sườn cực chì ắc qui axít, Luận văn thạc sĩ hóa học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội 19 Nguyễn Thị Trang (2013), Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện hóa vật liệu nanocompozit polianilin/TiO2, Đại Học Bách Khoa Hà Nội 20 Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý nghiên cứu hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 21 Lê Văn Vũ (2004), Giáo trình cấu trúc phân tích cấu trúc vật liệu, Đại học KHTN, Đại học quốc gia Hà Nội 65 Tiếng Anh 22 Akash Katoch, Markus Burkhart, Taejin Hwang, Sang Sub Kim (2012), “Synthesis of polyaniline/TiO2 hybrid nanoplates via a sol–gel chemical method”, Chemical Engineering Journal, 192, pp 262–268 23 Borole D D., Kapadi U R., Kumbhar P P., Hundiwale D G (2002), “Influence of inorganic and organic supporting electrolytes on the electrochemical synthesis of polyaniline, poly (o-toluidine) and their copolymer thin films”, Materials Letters, 56 (5), pp 685-691 24 Cristescu C., Andronie A., Iordache S., Stamatin S N (2008), “PANi - TiO2 nanostructures for fuel cell and sensor applications”, Journal of optoelectronics and advanced materials, 10 (11), pp 2985 - 2987 25 Duong Ngoc Huyen, Nguyen Trong Tung, Nguyen Duc Thien and Le Hai Thanh (2011), “Effect of TiO2 on the gas sensing features oF TiO2-PANi nanocomposites”, Sensors, 11 (2), pp 1924-1931 26 Gospodinova N., Terlemezyan L (1998), “Conducting polymers prepared by oxidative polimerzation: polyanilin”, Progress in polymer science, 23 (8), pp 1443-1484 27 Gurunathan K., Vadivel Murugan A., Marimuthu R., Mulik U P (1999), “Electrechemically synthesized conducting polymeric materials for applications towards technology in electronics, optoelectronics and energy storage devices” – Matericals Chemistry and Physic, 61, pp 173-191 28 Mohammad Reza Nabid1, Maryam Golbabaee, Abdolmajid Bayandori Moghaddam, Rassoul Dinarvand, Roya Sedghi (2008), “Polyaniline/TiO2 Nanocomposite: Enzymatic Synthesis and Electrochemical Properties”, Int J Electrochem Sci., 3, pp 1117 – 1126 29 Nguyen Hong Minh (2003), Synthesis and characteristic studies Polyaniline By Chemical Oxydative Polymeriation, Master Thesis of Materials Science – 66 Ha Noi University of Technology 30 Lu Chih-Cheng, Huang Yong-Sheng, Huang Jun-Wei, Chien-Kuo Chang and Wu Sheng-Po (2010), “A Macroporous TiO2 Oxygen Sensor Fabricated Using Anodic Alumminium Oxide as an Etching Mash”, Sensors, 10 (1), pp 670-683 31 Pharhad Hussain A M and Akumar (2003), “Electrochemical synthesis and characterization of chloride doped polianilin”, Bull Mater Sci., 26 (3), pp 329-334 32 Seung Hee Lee, Jeong Kwon, Dong Yeong Kim, Kyung Song, Sang Ho Oh, Jaehee Cho, E Fred Schubert, Jong Hyeok Park, Jong Kyu Kim (2015), “Enhanced power conversion efficiency of dye-sensitized solar cells with multifunctional photoanodes based on a three-dimensional TiO2 nanohelix array”, Solar Energy Materials and Solar Cells, 132, pp 47-55 33 Trần Thị Hà Linh (1997), Preparation of polyanilin thin films and study of their properties, Luận văn thạc sĩ khoa học khoa học vật liệu, trung tâm quốc tế đào tạo khoa học vật liệu 34 Xingfa Ma, Mang Wang, Guang Li , Hongzheng Chen, Ru Bai (2006), “Preparation of polyaniline–TiO2 composite film with in situ polymerization approach and its gas-sensitivity at room temperature”, Materials Chemistry and Physics, 98 (2-3), pp 241–247 35 Yan Qiao, Shu-Juan Bao, Chang Ming Li, Xiao-Qiang Cui, Zhi-Song Lu, and Jun Guo (2008), “Nanostructured Polyaniline/Titanium Dioxide Composite Anode for Microbial Fuel Cells” ACS Nano, (1), pp 113–119 36 Zahner Messsysteme (Germany), Thales software package for electrochemical Workstations user manual 37 ZiyanZhao, YingZhou, WenchaoWan, FangWang, QianZhang, YuanhuaLin (2014), “Nanoporous TiO2/polyaniline composite films with enhanced 67 photoelectrochemical properties”, Materials Letters, 130, pp 150–153 Internet 38 http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-titanium-dioxide-tio2-9040/ 39 http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Chất_bán_dẫn&oldid=14752975 40 http://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_%C4%91i %E1%BB%87n_t%E1%BB%AD_truy%E1%BB%81n_qua 68 [...]... tượng nghiên cứu lâu nay của điện hóa cổ điển) và bán dẫn (là đối tượng nghiên cứu của quang điện hóa) Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng Tính chất dẫn điện của các vật liệu rắn được giải thích nhờ lý thuyết vùng năng lượng Như ta đã biết, điện tử tồn tại trong nguyên... thiệu về quang điện hóa [12, 28, 37] Hiện tượng quang điện hóa là hiện tượng khi một vật liệu bán dẫn được chiếu ánh sáng UV vào thì khả năng dẫn điện của nó sẽ tăng lên rõ rệt Quang điện hóa là một lĩnh vực mới phát triển của điện hóa học hiện đại mà mục tiêu cuối cùng là bằng con đường điện hóa nghiên cứu sự biến đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng (để sử dụng trực tiếp) hoặc thành năng lượng hóa. .. trống Cơ chế dẫn điện tử Tăng phân cực catot 1.1.3 Ứng dụng của quang điện hóa [12, 32]  Chế tạo pin mặt trời điện hóa, hay còn gọi là pin photovoltaic điện hóa, để phân biệt với pin photovoltalic chất rắn Những pin quang điện hóa này có nguyên lí làm việc giống pin chất rắn nhằm biến năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng để sử dụng  Quang điện phân là công nghệ điện phân bằng dòng điện ngoài được... tính chất vượt trội so với những tính chất của các đơn chất ban đầu nên đã thu hút các nhà khoa học trong nước và trên thế giới nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng khá nhiều trong các lĩnh vực như làm vật liệu anot cho nguồn điện, sử dụng làm sen sơ điện hóa hay làm vật liệu xúc tác điện hóa cho các quá trình điện cực [24, 34, 35] Mohammad Reza Nabid và các cộng sự đã tổng hợp và nghiên cứu tính chất điện. .. đổi tính dẫn điện của vật liệu Tuy nhiên tính dẫn của PANi phụ thuộc nhiều nhất vào mức độ pha tạp proton Chất pha tạp có vai trò quan trọng để điều khiển tính chất dẫn của polyme dẫn Bảng 1.3: Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường axít [23] Axít Độ dẫn điện Axít (s/cm) * 10-2 Độ dẫn điện (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 của. .. phương pháp điện hóa Compozit TiO2-PANi có tính chất quang điện hóa tốt hơn 2,5 lần so với TiO2 và duy trì được sự ổn định trong thời gian 3 tháng Ở trong nước vật liệu compozit TiO2-PANi được quan tâm nghiên cứu sử dụng làm vật liệu catot cho pin Zn-PANi [2], chế tạo sen sơ điện hóa [25] Một số công trình nghiên cứu khác đề cập đến nghiên cứu tổng hợp và tính chất vật liệu [14, 15, 17] Vật liệu lai ghép... tự do của dung dịch oxi hóa khử (G = 0) Phản ứng điện hóa xảy ra trên điện cực đối (CE) thì ngược lại với phản ứng xảy ra trên điện cực TiO2 Khi mà năng lượng quang hóa phát ra được chuyển thành năng lượng hóa học thì năng lượng tự do của dung dịch sẽ thay đổi, tức là G  0 Điều này phụ thuộc vào khả năng của các cặp oxi hóa khử O/Red và O’/Red’ Trong pin xúc tác quang hóa tồn tại 2 cặp oxi hóa khử,... phẩm hóa học để tích trữ) Khác với điện hóa học cổ điển, đối tượng nghiên cứu của quang điện hóa là lớp tiếp giáp bán dẫn | dung dịch điện ly để khảo sát những quá trình vật lý và hóa học xảy ra tại liên bề mặt này, trong đó bán dẫn đóng vai trò vật liệu quang dẫn Nội dung phần này nhằm đề cập một số kiến thức sơ yếu về vật liệu bán dẫn để có thể hiểu được cơ chế dẫn điện cũng như quá trình trao đổi điện. .. năng cho h+ Trong điện hóa dung dịch, điện thế oxi hóa khử ΔΦ0oxi hóa- khử (điện thế khử vì ứng với phản ứng viết theo chiều khử) là thước đo cho khả năng oxi hóa (hoặc khử) của một hệ oxi hóa - khử bất kì và xây dựng thành thang thế điện hóa cho các cặp oxi hóa - khử khác nhau trong điều kiện chuẩn (250C, hoạt độ ion = 1, phép đo được thực hiện với điện cực hidro chuẩn - NHE) ΔΦ0oxi hóa- khử chuyển thành... chất điện hóa của compozit TiO2-PANi [28] Ông dùng phương pháp enzym hóa để tổng hợp compozit TiO2PANi, sản phẩm thu được là các sợi PANi bám lên bề mặt của hạt TiO2 Compozit thu được có tính dẫn điện tốt và khá ổn định Ziyan Zhao và các cộng sự đã có nghiên cứu để tăng khả năng xúc tác quang điện hóa của lớp màng compozit TiO2PANi [37] Ông tổng hợp compozit TiO2-PANi bằng phương pháp điện hóa Compozit