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 TÓM TẮT 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 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ BÌNH Hà Nội – 2014 Lý chọn đề tài 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 (TiO 2), 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 Trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng polianilin đến tính chất quang điện hóa titan dioxit”, muốn biến tính TiO 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 Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Biến tính vật liệu 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 - Nghiên cứu điều kiện tổng hợp vật liệu compozit TiO2- PANi - Nghiên cứu tính chất vật liệu compozit TiO2- PANi tổng hợp Điểm luận văn Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit TiO 2- PANi phương pháp oxi hóa titan nhiệt độ cao kết hợp với nhúng tẩm dung dịch PANi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quang điện hóa - Những vấn đề sở - Bản chất quang điện hóa - Ứng dụng quang điện hóa - Tính chất quang điện hóa titan dioxit 1.2 Giới thiệu titan dioxit - Tính chất vật lý titan dioxit - Tính chất hóa học titan dioxit kích thước nano mét - Điều chế TiO2 - Ứng dụng titan dioxit 1.3 Giới thiệu polianilin (PANi) - Cấu trúc phân tử PANi - Một số tính chất PANi - Phương pháp tổng hợp PANi - Ứng dụng PANi 1.4 Tổng quan vật liệu compozit TiO2-PANi - Khái niệm, ưu điểm vật liệu compozit - Vật liệu compozit TiO2 - PANi CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp điện hóa - Phương pháp quét tuần hoàn (CV) - Phương pháp tổng trở điện hóa 2.2 Phương pháp phi điện hóa - Phương pháp phổ hồng ngoại IR - Phương pháp nhiễu xạ tia X - Kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 2.3 Hóa chất dụng cụ 2.3.1 Hóa chất điện cực Điện cực: sử dụng điện cực titan dạng Hình 2.6: Hình dạng điện cực titan Hóa chất: - Alinin (C6H7N) 99%, d = 1,023g/ml (Đức) - Axit HCl 36,5%, d = 1,18g/ml (Trung Quốc) - Axít H2SO4 98%, d = 1,8g/ml (Trung Quốc) - Amonipersulfat: dạng tinh thể trắng (Đức) - Nước cất - Cồn (C2H5OH) 99% (Trung Quốc) - Xút (NaOH): dạng tinh thể (Trung Quốc) 2.3.2 Dụng cụ - Giấy nhám p400 - Cốc thủy tinh: 25, 50, 100, 1000 ml - Đũa, đĩa thủy tinh, thìa thủy tinh nhựa - Pipet: 1, 2, 5, 10, 20 ml Đức - Các bình định mức: 50, 100ml Đức - Giấy bọc thực phẩm, bình hút ẩm 2.3.3 Các loại thiết bị - Lò nung - Thiết bị đo tổng trở IM6 Đức - Đèn chiếu tia UV SUNBOX loại bóng (Đức) - Bếp khuấy từ 2.4 Quy trình tổng hợp mẫu 2.4.1 Tổng hợp TiO2  Xử lý bề mặt điện cực: + Điện cực titan: - Được mài nhám giấy nhám 400 - Tẩy dầu mỡ dung dịch tẩy: 30 phút - Rửa mẫu nước nóng - Tẩy hóa học: ngâm HCl 20% 10 phút - Tia nước cất bề mặt điện cực - Rửa siêu âm cồn 10 phút  Sau bề mặt điện cực làm ta đem nung 500 0C 30 phút để tạo thành TiO2 Ti TiO t [...]... nghiệm tiếp theo để nghiên cứu hoạt tính quang điện hóa của vật liệu b) Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến phổ CV 10 Vật liệu sau khi được tổng hợp chúng tôi đem khảo sát CV trong dung dịch H2SO4 0,5M, tốc độ quét 20mV/s dưới điều kiện chiếu và không chiếu tia UV để nghiên cứu tính chất quang điện hóa của vật liệu, đồng thời xem xét ảnh hưởng của PANi đến tính chất quang điện hóa của TiO2 *) Phổ quét... chất điện hóa của vật liệu 3.2.1 Nghiên cứu phổ quét thế tuần hoàn (CV) a) Ảnh hưởng của tốc độ quét đến phổ CV Vật liệu được nung trong lò tại 5000C trong 30 phút sau đó được nhúng trong dung dịch PANi trong 90 phút và đem khảo sát CV trong dung dịch H 2SO4 0,5M dưới điều kiện chiếu và không chiếu tia UV để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét đến tính chất quang điện hóa của vật liệu Hình 3.7: Ảnh hưởng. .. tác dụng của tia UV trong vòng 10 chu kỳ (hình 3.11) ta thấy ở tất cả các thời gian nhúng khác nhau thì hiệu ứng quang điện hóa của vật liệu từ chu kỳ 1 đến chu kỳ 2 đều giảm nhanh, nhưng sau đó thì giảm chậm dần và ổn định khi quét đến chu kỳ 10 15 3.2.2 Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa a) Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến tổng trở điện hóa của vật liệu Chúng tôi nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa với... rutile và anatase 3 Hiệu ứng quang điện hóa được thể hiện rất rõ ràng khi ta chiếu tia UV trong quá trình nghiên cứu CV và tổng trở điện hóa của các mẫu Hiệu ứng quang 28 điện hóa tăng theo thời gian nhúng tẩm TiO 2 trong dung dịch PANi Thời gian nhúng tẩm tối ưu là 90 phút 4 Thời gian nhúng ảnh hưởng nhiều đến phổ tổng trở điện hóa, khi thời gian nhúng càng tăng thì tổng trở điện hóa càng giảm do lượng... nhúng thì điện dung lớp kép, thành phần pha không đổi, hằng số Warburg (đặc trưng cho quá trình khuếch tán) càng giảm điều này là do lượng PANi có mặt trong compozit đã tăng lên b) Ảnh hưởng của điện thế đến phổ tổng trở điện hóa Qua kết quả nghiên cứu phổ CV và phổ tổng trở điện hóa theo thời gian nhúng ta thấy ở thời gian nhúng 90 phút là tối ưu, nên được chọn để khảo sát ảnh hưởng của điện thế đến phổ... trở điện hóa tăng theo chiều tăng của điện thế áp đặt về phía dương và giảm nhiều dưới tác dụng của tia UV, đặc biệt là điện trở chuyển điện tích 6 Đã mô phong được sơ đồ tương đương cho quá trình điện hóa xảy ra trên bề mặt vật liệu điện cực bao gồm 6 thành phần: điện trở dung dịch, điện dung lớp kép và điện trở màng compozit, thành phần pha không đổi, điện trở khuếch tán và điện trở chuyển điện. .. tổng trở phụ thuộc vào điện thế đo Hình 3.22: Sự phụ thuộc của điện dung lớp kép và thành phần pha không đổi vào điện thế đo 26 Hình 3.23: Sự phụ thuộc của điện trở màng compozit và điện trở chuyển điện tích vào điện thế đo Hình 3.24: Sự phụ thuộc của hệ số khuếch tán và điện trở điện trở dung dịch 27 vào điện thế áp đặt Nhìn vào bảng 3.4 ta thấy khi thay đổi điện thế quét thì điện trở dung dịch và... thấy nữa, tức là hoạt tính điện hóa đã giảm dần theo số chu kỳ quét Tuy nhiên khi tiếp tục quét thì pic catot giảm không đáng kể *) Phổ quét thế tuần hoàn dưới tác dụng của tia UV Hình 3.10: Ảnh hưởng của thời gian nhúng TiO2 trong dung dịch PANi (Phổ CV của vật liệu ở chu kỳ 1 đo trong dung dịch H2SO4 0,5M, tốc độ quét 20 mV/s) Để nghiên cứu xem một vật liệu có tính chất quang điện hóa hay không thì người... loại n 13 Ngoài ra khi quan sát hình 3.10 và giá trị trên bảng 3.1 ta thấy dòng đáp ứng quang điện hóa của TiO2 thấp hơn so với compozit TiO2-PANi Điều này chứng tỏ ảnh hưởng của PANi đến tính chất quang điện hóa của TiO 2 là rất rõ Khi thời gian nhúng tăng lên thì dòng đáp ứng cũng tăng lên, tuy nhiên khi tăng lên đến 120 phút thì dòng đáp ứng đã tăng chậm lại Vì vậy thời gian nhúng TiO 2 trong dung... liệu compozit tổng hợp được có hiệu ứng quang điện hóa Từ số liệu trên 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 và điện trở chuyển điện tích cao hơn mẫu TiO2 là do lượng PANi hình thành trong compozit còn ít và phân bố chưa đồng đều gây ảnh hưởng không tốt đến hiệu ứng quang điện hóa của TiO 2 So sánh các 22 mẫu compozit tạo