Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa (Luận án tiến sĩ)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC MAI THỊ THANH THÙY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU PbO2 ỨNG DỤNG LÀM SEN SƠ ĐIỆN HÓA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC MAI THỊ THANH THÙY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU PbO2 ỨNG DỤNG LÀM SEN SƠ ĐIỆN HĨA CHUN NGÀNH: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phan Thị Bình TS Vũ Đức Lợi Hà Nội, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS TS Phan Thị Bình TS Vũ Đức Lợi Luận án khơng trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các kết số liệu luận án trung thực chưa công bố tạp chí ngồi cơng trình tác giả Tác giả luận án Mai Thị Thanh Thùy I LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, cảm phục kính trọng tới PGS TS Phan Thị Bình TS Vũ Đức Lợi – người Thầy tận tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu để luận án hoàn thành, động viên khích lệ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học – Viện Hàn lâm khoa học cơng nghệ Việt Nam cán Viện quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp phòng Điện hóa ứng dụng, Viện Hóa học ln giúp đỡ, ủng hộ tạo điều kiện thời gian đóng góp chun mơn cho tơi suốt q trình thực bảo vệ luận án Cuối xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè ln quan tâm, khích lệ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận án Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Mai Thị Thanh Thùy II MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU IX DANH MỤC BẢNG XI DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ XIII MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung chì đioxit, bạc (II) oxit polyanilin .6 1.1.1 Chì đioxit (PbO2) 1.1.1.1.Tính chất lý hóa 1.1.1.2 Các phương pháp tổng hợp chì điơxit .9 1.1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tính chất vật liệu PbO2 10 1.1.1.4 Ứng dụng PbO2 làm vật liệu anôt 12 1.1.2 Bạc (II) oxit AgO .12 1.1.2.1 Tính chất lý hóa .12 1.1.2.2 Phương pháp tổng hợp 13 1.1.2.3 Ứng dụng AgO 14 1.1.3 Polyanilin (PANi) .14 1.1.3.1 Cấu trúc polyanilin 14 1.1.3.2 Các phương pháp tổng hợp 16 1.1.3.3 Tính chất PANi 19 1.1.3.4 Ứng dụng PANi 23 1.2 Vật liệu compozit sở PbO2 AgO, PANi 25 1.2.1 Compozit PbO2 với số oxit vô .25 1.2.1.1 Tổng hợp compozit PbO2 - AgO 25 1.2.1.2 Khả xúc tác điện cực compozit PbO2 - AgO 26 III 1.2.2 Compozit oxit vô - polyme dẫn 26 1.2.2.1 Tổng hợp compozit PbO2 - PANi 27 1.2.2.2 Ứng dụng compozit PbO2 - PANi 27 1.3 Một số khái niệm xúc tác điện hóa xúc tác điện hóa điện cực compozit 28 1.3.1.Nguyên lý xúc tác điện hóa 28 1.3.2 Một số phản ứng xúc tác điện hóa điện cực compozit PbO2 - AgO 29 1.3.3 Oxi hóa metanol điện cực compozit PbO2 - PANi 29 1.4 Sen sơ điện hóa 30 1.4.1 Sen sơ đo dòng 32 1.4.2 Sen sơ quét động 32 1.4.3 Sen sơ điện 33 1.4.3.1 Điện cực đo pH dựa sở oxit kim loại 34 1.4.3.2 Điện cực đo pH dựa sở polyme dẫn 35 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Thực nghiệm 37 2.1.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị thí nghiệm 37 2.1.1.1.Hóa chất 37 2.1.1.2.Thiết bị thí nghiệm 37 2.1.2 Tổng hợp vật liệu compozit điện cực thép không rỉ 38 2.1.2.1 Xử lý điện cực thép không rỉ 38 2.1.2.2 Tổng hợp compozit PbO2 – AgO PbO2 38 2.1.2.3 Tổng hợp compozit PbO2 – PANi PbO2 38 2.1.3 Nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu 39 2.1.4 Nghiên cứu tính chất điện hóa 40 2.1.5 Nghiên cứu khả xúc tác compozit PbO2 - AgO 40 2.1.6 Nghiên cứu khả xúc tác compozit PbO2 - PANi .41 2.1.7 Nghiên cứu phụ thuộc điện điện cực PbO2 compozit PbO2 PANi theo pH .41 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 42 IV 2.2.1 Các phương pháp điện hóa .42 2.2.1.1 Phương pháp quét tuần hoàn (CV) 42 2.2.1.2 Phương pháp đo đường cong phân cực 43 2.2.1.3 Phương pháp đo tổng trở 44 2.2.1.4 Phương pháp dòng tĩnh 45 2.2.1.5 Phương pháp xung dòng 46 2.2.1.6 Phương pháp điện động 46 2.2.1.7 Phương pháp xác định mật độ dòng oxi hóa metanol 47 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái học .47 2.2.2.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 47 2.2.2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 48 2.2.2.3 Phương pháp EDX 48 2.2.2.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 49 2.2.2.5 Phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR) 49 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 3.1 Nghiên cứu tính chất vật liệu compozit PbO2 - AgO 51 3.1.1 Nghiên cứu cấu trúc hình thái học .51 3.1.1.1 Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X 51 3.1.1.2 Nghiên cứu phổ EDX 52 3.1.1.3 Phân tích ảnh SEM TEM 53 3.1.2 Nghiên cứu tính chất điện hóa 54 3.1.2.1 Xác định độ bền điện hóa 54 3.1.2.2 Khảo sát phổ quét tuần hoàn CV 56 3.1.2.3 Nghiên cứu phổ tổng trở 59 3.2 So sánh hoạt tính xúc tác điện hóa compozit PbO2 - AgO với PbO2 định hướng ứng dụng phân tích môi trường .62 3.2.1 Nghiên cứu khả xúc tác q trình oxi hóa nitrit 62 3.2.2 Nghiên cứu khả xúc tác q trình oxi hóa Asen (III) 66 3.2.3 Nghiên cứu khả xúc tác q trình oxi hóa xyanua 69 3.3 Nghiên cứu biến tính PbO2 PANi 73 V 3.3.1 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu 73 3.3.1.1 Phân tích ảnh SEM 73 3.3.1.2 Phân tích ảnh TEM 79 3.3.1.3 Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X 80 3.3.1.4 Phân tích phổ hồng ngoại IR 84 3.3.2 Nghiên cứu tính chất điện hóa compozit PbO2 - PANi .89 3.3.2.1 Xác định độ bền điện hóa 89 3.3.2.2 Nghiên cứu phổ CV 92 3.3.2.3 Nghiên cứu phổ tổng trở 94 3.4 Nghiên cứu định hướng ứng dụng vật liệu lai ghép PbO2 - PANi 101 3.4.1 Nghiên cứu khả xúc tác cho q trình oxi hóa metanol 102 3.4.1.1 Khả xúc tác điện hóa compozit tổng hợp phương pháp điện hóa 102 3.4.1.2 Khả xúc tác điện hóa compozit tổng hợp phương pháp kết hợp điện hóa với hóa học .107 3.4.1.3 So sánh khả xúc tác cho trình oxi hóa metanol compozit PbO2 - PANi 114 3.4.2 Nghiên cứu khả xác định pH môi trường nước .115 3.4.2.1.Khảo sát phụ thuộc điện điện cực PbO2 theo pH 115 3.4.2.2 Khảo sát phụ thuộc điện điện cực compozit PbO2 -PANi theo pH .116 3.4.2.3 Thử nghiệm thực tế 118 KẾT LUẬN .120 DANH SÁCH CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .123 VI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt CE Counter Electrode Điện cực đối CV Cyclic Voltammetry Quét tuần hoàn DBSA Dodecyl Benzene Sulfonic acid DMF N,N’- dimethylformamide DMSO Dimethyl Sulfoxide EB Emeradine Base EDX Energy Dispersive X-ray Spectroscopy Dạng Emeradin Phổ tán xạ lượng tia X ES Emeradine Salt Dạng muối Emeradin HCSA 10- camphorsulfonic acid IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại LB Leucoemeradine Base Dạng Leucoemeradin NMP N-methyl 2- pyrolidone PANi Polyaniline Polyanilin PB Pernigraniline Base Dạng Perniganilin PS Pernigraniline Salt Dạng muối Perniganilin PPy Polypyrrole Polypyrol RE Reference Electrode Điện cực so sánh VII SEM TEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền Microscope qua THF Tetrahydrofuran UV-vis Ultraviolet - Visible Phổ tử ngoại khả kiến XRD X- ray Diffraction Giản đồ nhiễu xạ tia X WE Working Electrode Điện cực nghiên cứu VIII ... HỐ HỌC MAI THỊ THANH THÙY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU PbO2 ỨNG DỤNG LÀM SEN SƠ ĐIỆN HĨA CHUN NGÀNH: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA... metanol điện cực compozit PbO2 - PANi 29 1.4 Sen sơ điện hóa 30 1.4.1 Sen sơ đo dòng 32 1.4.2 Sen sơ quét động 32 1.4.3 Sen sơ điện 33 1.4.3.1 Điện. .. 38 2.1.3 Nghiên cứu cấu trúc hình thái học vật liệu 39 2.1.4 Nghiên cứu tính chất điện hóa 40 2.1.5 Nghiên cứu khả xúc tác compozit PbO2 - AgO 40 2.1.6 Nghiên cứu khả xúc tác