1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Hóa học: Vai trò của lớp đệm Halogenua đối với sự hình thành màng đơn lớp Phorphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa

27 72 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 27
Dung lượng 1,86 MB

Nội dung

Luận văn với mục tiêu: khảo sát ảnh hưởng của lớp đệm Halogenua đối với sự hình thành màng đơn lớp TAP trên bề mặt điện cực Cu(111) và nghiên cứu ứng dụng của chúng cho quá trình khử O2. Mời các bạn cùng tham khảo tóm tắt luận văn để nắm chi tiết nội dung.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN VAI TRỊ CỦA LỚP ĐỆM HALOGENUA ĐỐI VỚI  SỰ HÌNH THÀNH MÀNG ĐƠN LỚP PHORPHYRIN  TRÊN BỀ MẶT ĐƠN TINH THỂ ĐỒNG  TRONG HỆ ĐIỆN HĨA Chun ngành: Hóa Vơ cơ Mã số: 84 40 113 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Bình Định, năm 2018 Cơng trình được hồn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN Người hướng dẫn : 1. TS. HUỲNH THỊ MIỀN TRUNG 2. PGS.TS. NGUYỄN PHI HÙNG Phản biện 1:   Phản biện 2:   Luận văn được bảo vệ tại Hồi đồng đánh giá luận văn thạc sĩ  chun ngành Hóa Vơ cơ ngày   tháng   năm 2018 tại Trường  Đại học Quy Nhơn Có thể tìm hiểu luận văn tại: ­ Trung tâm Thơng tin tư liệu, Trường Đại học Quy Nhơn ­ Khoa Hóa, Trường Đại học Quy Nhơn  MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Việc chế tạo màng mỏng có cấu trúc hai chiều trên bề  mặt đơn  tinh thể bởi đơn lớp phân tử hữu cơ tự sắp xếp từ các phân tử riêng   lẻ  đã và đang trở  thành một trong những phương pháp quan trọng  trong điều chế  các hệ  vật liệu nano. Đặc biệt, việc kiểm sốt q  trình tự sắp xếp của các màng đơn lớp trên bề mặt đơn tinh thể dẫn  điện hoặc bán dẫn là một trong những yếu tố then chốt cho q trình   thiết kế và chế tạo các thiết bị điện tử kích thước nano. Cùng với sự  ra đời của kính hiển vi qt xun hầm (STM) năm 1981 và hiển vi   qt xun hầm điện hóa  (EC­STM) năm 1988 đã cho phép các nhà  khoa học nghiên cứu cấu trúc bề mặt vật liệu ở cấp độ ngun/phân   tử Các  porphyrin  được biết  đến là những chất  màu quan trọng   trong một số  quá trình tự  nhiên. Đặc biệt, porphyrin trong chất   diệp lục của lá cây tồn tại dưới dạng màng và đóng vai trò chính  cho sự hấp thụ photon ánh sáng trong q trình quang hợp của cây   xanh. Vì vậy, loại màng này được cho là có thể ứng dụng vào các  thiết bị  điện tử có kích thước nano mơ phỏng theo sự  tồn tại của   chúng trong tự nhiên, chẳng hạn làm đầu dò trong cảm biến khí và  cảm biến sinh học hay làm màng chuyển đổi trong pin nhiên liệu  và pin mặt trời Đến thời điểm hiện tại, có 3 hướng nghiên cứu chính về màng  đơn lớp porphyrin tự sắp xếp: + Ảnh hưởng của bề mặt đơn tinh thể + Vai trò của ngun tử kim loại liên kết ở tâm các porphyrin +Ảnh hưởng của các nhóm chức ngoại vi Tuy nhiên, hầu như  chưa có nghiên cứu về   ảnh hưởng của   điện tích nhóm chức lên cấu trúc bề mặt và tính chất điện hóa của  màng porphyrin được cơng bố + Ngồi ra, còn có một vài nghiên cứu khác về  ảnh hưởng của   nhiệt độ, dung mơi, độ  pH, chất pha tạp, … lên sự  hình thành và  tính bền vững của màng đơn lớp porphyrin Như  đã trình bày   trên, màng đơn lớp porphyrin được  ứng  dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử kích thước nano. Tuy nhiên,  tính bền vững và khả năng hoạt động của chúng trong mơi trường   khơng khí có độ ẩm cao ­ mơi trường hoạt động thực của các thiết   bị  điện tử, vẫn là một câu hỏi mở. Do đó, việc mở  rộng những  nghiên cứu về màng đơn lớp porphyrin ở cấp độ phân tử trong mơi  trường thực là cần thiết. Các nghiên cứu trong  hệ  điện hóa được  xem như  mơ hình lý tưởng để  kiểm chứng khả  năng hoạt động  của màng đơn lớp porphyrin trong điều kiện thực Phân   tử   5,10,15,20­tetrakis­(4­trimethyl   ammonium   phenyl)­ porphyrin   (viết   tắt    TAP)  chứa   bốn   nhóm   chức  trimethyl  ammonium phenyl [C6H5(CH3)3N]+ có tính phân cực cao ở ngoại vi   Sự  có mặt của các nhóm này được dự  đốn sẽ  làm thay đổi đáng   kể tính chất của màng đơn lớp TAP so với màng porphyrin cơ bản   (porphin). Tuy nhiên, rất ít nghiên cứu về  cấu trúc màng đơn lớp   TAP ở cấp độ ngun tử/phân tử được cơng bố tính đến thời điểm  hiện tại. Hơn thế  nữa, các anion vơ vơ  được cho là  ảnh hưởng  trực tiếp đến khả năng hấp phụ của porphyrin trong dung dịch Từ  những nhận định khoa học trên, tơi quyết định chọn đề  tài:   “Vai trò của lớp đệm halogenua đối với sự hình thành màng đơn  lớp porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa”   cho luận văn thạc sĩ của mình 2. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của lớp đệm halogenua đối với sự hình thành  màng đơn lớp TAP trên bề mặt điện cực Cu(111) và nghiên cứu ứng  dụng của chúng cho quá trình khử O2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Màng   đơn   lớp     phân   tử   TAP     lớp   đệm   halogenua   (halogenua là clorua, bromua, iotua) 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực hiện trên quy mơ phòng thí nghiệm 4. Nội dung nghiên cứu 4.1. Chế tạo vật liệu Các hệ vật liệu màng đơn lớp TAP/halogenua/Cu(111) 4.2. Đặc trưng vật liệu ­ Khảo sát tính chất điện hóa, hình thái học và cấu trúc bề mặt   của các hệ vật liệu ở cấp độ ngun tử/phân tử ­ Khảo sát ứng dụng khử O2 của hệ vật liệu TAP/Cl/Cu(111) 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp chế tạo vật liệu Các hệ vật liệu được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện  hóa 5.2. Phương pháp đặc trưng vật liệu ­ Tính chất điện hóa của các hệ  vật liệu được khảo sát bằng   phương pháp thế qt vòng tuần hồn (CV) ­ Hình thái học và cấu trúc bề mặt của các màng đơn lớp được đặc   trưng bằng phương pháp hiển vi qt xun hầm điện hóa (EC­STM) ­ Ứng dụng khử O2 của hệ vật liệu TAP/Cl/Cu(111) được khảo  sát bằng phương pháp qt thế tuyến tính (LSV) Các phép đo CV, LSV được thực hiện tại Phòng thí nghiệm   Khoa Hóa và Khoa Vật lý, Trường Đại học Quy Nhơn. Phép đo  EC­STM được thực hiện ở KU Leuven, Bỉ 6. Ý nghĩa khoa học ­ Bổ  sung kiến thức về   ảnh hưởng của các yếu tố  tương tác   hấp phụ  và bản chất bề  mặt điện cực lên sự  hình thành và tính   bền vững của các màng đơn lớp TAP ­ Chế tạo các vật liệu mới và cung cấp những thơng tin về khả  năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị điện tử Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. GiỚI THIỆU VỀ PORPHYRIN  1.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỒNG  1.3   QUÁ  TRÌNH   TỰ   SẮP  XẾP  CÁC  PHÂN  TỬ   PHÂN   TỬ  HỮU CƠ TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. HĨA CHẤT 2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ 2.3. CHUẨN BỊ HĨA CHẤT 2.4. CHẾ TẠO VẬT LIỆU 2.5. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA CỦA HỆ VẬT LIỆU  BẰNG PHƯƠNG PHÁP CV 2.6. NGHIÊN CỨU  ỨNG DỤNG KHỬ OXI CỦA MÀNG TAP  BẰNG PHƯƠNG PHÁP QT THẾ TUYẾN TÍNH (LSV) 2.7. KHẢO SÁT CẨU TRÚC BỀ MẶT MÀNG ĐƠN LỚP TAP  BẰNG PHƯƠNG PHÁP EC­STM CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. SỰ  HẤP PHỤ  CỦA CÁC HALOGENUA TRÊN BỀ  MẶT  Cu(111) Hình 3.1  mơ tả  CV của Cu(111) trong các dung dịch chứa các   halogenua là dung dịch KCl 10 mM + H 2SO4 5 mM, dung dịch KBr   10 mM + H2SO4 5mM và dung dịch KI 10 mM + H2SO4 5 mM Hình 3.1: CV của Cu(111) trong các dung dịch halogenua:  Clorua, bromua và iotua Vùng  điện thế  của Cu(111) trong các dung dịch trên giới hạn bởi   phản  ứng oxi hóa hòa tan Cu (CDR) và phản  ứng khử  tạo thành khí  hiđro (HER). Các cặp pic thuận nghịch tại các giá trị điện thế   ­0,74 V  và ­0,42 V đối với clorua và ­0,75 V và ­0,65 V đối với bromua được  cho là gây nên bởi sự giải hấp và tái hấp phụ của clorua và bromua xảy  ra trên bề mặt Cu. Tuy nhiên, trong trường hợp của iotua, khơng có  sự xuất hiện của các pic hấp phụ ­ giải hấp. Có thể q trình giải   hấp của iotua xảy ra trong vùng thế HER.  Hình 3.2: Hình thái học bề mặt và cấu trúc ngun tử của các  halogen hấp phụ trên Cu(111): a, b) Clorua, It = 1 nA, Ub = 50 mV;  c, d) Bromua, It = 2 nA, Ub = 55 mV; e, f) Iotua, It = 3 nA, Ub = 40  mV Sự  gi ải h ấp – tái hấp phụ  của các halogenua làm thay đổ i   hình thái học b ề  m ặt c ủa Cu(111)   Cụ  thể  là  khi có m ặt c ủa  các halogenua, các  đườ ng biên  (step­edge) đị nh hướ ng có tr ật  t ự,   song   song   v ới   h ướ ng   c     hàng   a     nguyên   tử  halogenua và chúng t ạo v ới nhau các góc 120   ± 10  (Hình 3.2).  Tuy nhiên, khi khơng có m ặt c ủa các halogenua, các ngun tử  Cu   t ại   đườ ng   biên     linh   động           đườ ng   biên  khơng có hình d ạng rõ ràng Ở  cấp độ  ngun t ử, hình  ảnh EC –STM cho th ấy halogenua  hấp   ph ụ   m ạnh     bề   m ặt   điệ n   cự c   Cu(111)     tạo   thành  màng đơn l ớp có cấu trúc xác đị nh: c(p × )R30 ( Hình 3.2).  3.2   ẢNH   HƯỞNG   CỦA   CLORUA   ĐỐI   VỚI   SỰ   HÌNH   THÀNH   MÀNG   ĐƠN   LỚP   PORPHYRIN   TRÊN   BỀ   MẶT  Cu(111) 3.2.1. Tính chất điện hóa  của phân tử  TAP trong dung dịch  đệm của clorua  Hình 3.3  biểu diễn CV của Cu(111) trong dung dịch  đệm của  clorua (KCl 10 mM + H2SO4  5mM) (đường màu đen) và trong dung  dịch đệm chứa phân tử TAP (TAP 1mM + KCl 5mM + H2SO4 5mM)  (đường màu đỏ).  CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của clorua được đặc trưng   bởi ba vùng: (i) vùng hòa tan đồng (CDR) ở điện thế dương, (ii) vùng  hấp phụ ­ giải hấp của clorua đặc trưng bởi cặp pic thuận nghịch tại   –0,42 V và –0,74 V, và (iii) vùng hiđro bay hơi (HER) ở điện thế âm.  Sự  có m ặt của phân tử  TAP trong dung d ịch điệ n phân dẫn  đế n sự  xu ất hi ện các pic khử  P 1 t ại E = −0,54 V và pic P 2 t ại E  =   −0,76   V   Pic   P  xảy     t ại   vùng     gi ải   h ấp   c   clorua     có   cườ ng   độ   lớn     so   v ới     khơng   có   phân   tử  10 porphyrin trong dung d ịch. Do đó, cả  hai pic  ở vùng thế  âm này  đượ c cho là liên quan đế n q trình khử  c ủa phân tử   TAP. Bên  cạnh đó, phản  ứng HER dịch chuy ển v ề  vùng thế  âm khoảng   25 mV,  ều này có nghĩa là các phân tử  TAP làm chậm q   trình HER.  Hình 3.3: CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của clorua và  trong dung dịch đệm chứa phân tử TAP Khác với các porphyrin khác, phân tử TAP có khả năng tan trong  nước. Sau khi được hòa tan trong dung dịch nước có tính axit, TAP   tham gia q trình proton hóa, tạo thành đi­axit bền theo phương trình: TAP(0) + 2H+ ↔ [H2TAP(0)]2+  13 thành tại đường biên (Hình 3.6a) là 120 ± 10 chứng tỏ sự hấp phụ  của TAP trên bề mặt khơng làm ảnh hưởng đến cấu trúc của lớp  đệm clorua phía dưới. Các miền phân tử  quan sát được sắp xếp   tịnh tiến (Ia và Ib, Hình 3.6a) hoặc lệch nhau 120 ± 10  (Ia và Ic,  Hình 3.6a). Các phân tử  trong cùng một miền sắp xếp thành các  hàng song song với đường biên, nghĩa là song song với các hàng  clorua ở lớp đệm  Trên cơ sở các phép đo line profile (LP) ( Hình 3.6c), khoảng cách  giữa các phân tử trên cùng một hàng là 1,75   0,1 nm. Hình ảnh EC­ STM   độ  phân giải cao cho thấy mỗi phân tử   TAP riêng lẻ  (Hình  3.6b) có dạng hình vng và rỗng  ở tâm chứng tỏ các phân tử   TAP  nằm ngang trên bề mặt lớp đệm.  14 Hình 3.6: a­b) Hình thái học và cấu trúc bề mặt của màng đơn  lớp TAP trên lớp đệm clorua, It = 0,3 nA, Ub = 150 mV; c) Phép đo  LP cho thấy khoảng cách giữa hai phân tử TAP là 1,75 ± 0,1 nm Ơ mạng cơ sở của màng đơn lớp TAP được mơ tả bằng ma trận (3  x 4) so với cấu trúc  của lớp đệm clorua. Kết quả là hằng số mạng của   đơn lớp TAP được xác định lần lượt là    0,1  nm  và    0,1 nm. Mơ hình mơ tả sự hình thành màng đơn lớp TAP trên lớp  đệm clorua được đưa ra ở hình 3.7. Từ đó, mật độ phân tử TAP được  xác định là 2,8 x 1013 phân tử/cm2.  15 Hình 3.7: Mối quan hệ về sự sắp xếp của đơn lớp TAP với lớp  đệm clorua, a) It = 0,2 nA, Ub = 180 mV, b) It = 3 nA, Ub = 20 mV;  c) Mơ hình cấu trúc của màng đơn lớp TAP hình thành trên bề  mặt  3.2.3. Quá trình giải hấp và tái hấp phụ  của màng đơn lớp  TAP trên lớp đệm clorua Như  đã  đề  cập   phần 3.2.1, khi   điện thế    quét  về  hướng âm, phân tử  TAP trải qua hai quá trình khử  đi kèm với sự  thay đổi về  mật độ  electron của màng đơn lớp  Kết quả  là khi  điện thế được quét qua đỉnh pic P 1, quá trình giải hấp của các phân  tử TAP xảy ra trên bề mặt lớp đệm clorua do tương tác tĩnh điện   giữa chúng với lớp đệm giảm (Hình 3.8a­c). Nếu điện thế  được   tiếp tục qt qua pic P2, các phân tử  TAP gần như  giải hấp hồn  16 tồn (Hình 3.8d). Bên cạnh đó, tính định hướng của đường biên  giảm chứng tỏ clorua cũng giải hấp khỏi bề mặt của Cu(111) Hình 3.8: Q trình giải hấp của TAP trên Cl/Cu(111), It = 0,1 nA,  Ub = 200 mV Khi điện thế  được quét ngược về  hướng dương và qua pic tái  hấp phụ  của clorua, các phân tử  TAP hấp phụ  và tự  sắp xếp trở  lại trên bề mặt lớp đệm clorua (Hình 3.9).  Hình 3.9: Quá trình tái hấp phụ của TAP trên Cl/Cu(111),  It = 0,1 nA, Ub = 200 mV 3.3   ẢNH   HƯỞNG   CỦA   BROMUA   ĐỐI   VỚI   SỰ   HÌNH  THÀNH MÀNG ĐƠN LỚP TAP TRÊN BỀ MẶT Cu(111)  3.3.1  Tính chất điện hóa  của phân tử  TAP trong dung dịch  đệm của bromua  Hình 3.10 mơ tả CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của bromua  (KBr 10 mM + H2SO4 5 mM) (đường màu đen đứt) và trong dung dịch  đệm của bromua  chứa phân tử  TAP  (TAP 1 mM +  KBr 10 mM  +  17 H2SO4 5 mM) (đường màu xanh lá). Vùng điện thế của Cu(111) trong  dung dịch chứa TAP cũng được giới hạn bởi phản ứng CDR và phản  ứng HER CV của Cu(111) trong dung dịch chứa phân tử TAP có nhiều điểm  khác biệt  so với trong dung dịch đệm  Thứ  nhất, pic  giải  hấp đặc  trưng của bromua khơng còn được quan sát trong vùng điện thế giới   hạn. Do đó, pic tái hấp phụ của bromua khơng xuất hiện khi điện thế  được qt ngược về hướng dương. Thứ hai, sự xuất hiện của hai pic  P1 và P2 được cho là liên quan đến q trình khử của phân tử TAP theo  phương trình 3.2­3.6 trong phần 3.2.1.  Hình 3.10: CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của bromua  và trong dung dịch đệm chứa phân tử TAP 18 3.3.2. Cấu trúc bề  mặt của màng đơn lớp TAP trên lớp đệm  bromua  Kết quả EC­STM thu được cho thấy tương tự như sự hấp phụ của   TAP trên lớp đệm clorua, góc tự hình thành tại đường biên của các lớp  Cu là 120 ± 10  (Hình 3.11a)  chứng tỏ  trong điều kiện hấp phụ  cạnh  tranh tức là cùng có cả bromua và phân tử TAP trong dung dịch, bromua   cũng hấp phụ  trên bề  mặt Cu(111) trước, tạo thành hệ  Br/Cu(111).  Giống như  lớp clorua, lớp bromua trên bề  mặt Cu cũng đóng vai trò  như lớp đệm đối với sự hấp phụ của các phân tử TAP.  Các phân tử TAP hấp phụ trên tồn bộ bề mặt  lớp đệm và hình  thành các miền phân tử tịnh tiến (Ia và Ib , Hình 3.11b) hoặc lệch nhau  120 ± 10 (Ia và Ic, Hình 3.11b). Trong mỗi miền, các hàng phân tử TAP  chạy song song với các hàng bromua bên dưới. Như vậy, về cơ bản   cấu trúc bề mặt của màng TAP trên clorua và bromua là giống nhau Hình 3.11: Hình thái học và cấu trúc bề mặt màng đơn lớp  TAP ở cấp độ phân tử trên lớp đệm bromua, It = 0,1 nA, Ub =  280 mV, E = ­0,3 V 19 Thông qua phép đo EC­STM  ở các điều kiện khác nhau để  xác   định mỗi quan hệ  về  mặt cấu trúc giữa màng TAP và lớp đệm   bromua (Hình 3.12), mỗi ơ cơ sở của màng TAP chứa một phân tử  có thể  được mơ tả  bằng  ma trận (3 x 3) tương  ứng với cấu trúc  mạng  của lớp đệm bromua. Hằng số mạng của ơ cơ sở được xác  định là    0,1  nm và    0,1 nm Hình 3.12: Mối quan hệ giữa màng TAP và lớp đệm bromua trên   Cu(111) tại E = ­0,35 V: a) Đơn lớp TAP, It = 0,2 nA, Ub = 200 mV;  b) Lớp đệm bromua, It = 2 nA, Ub = 100 mV; c) Mơ hình cấu trúc  của màng đơn lớp TAP hình thành trên bề mặt Br/Cu(111) 20 3.3.3. Q trình giải hấp và tái hấp phụ  của màng đơn lớp  TAP trên lớp đệm bromua Để  làm sáng tỏ  vai trò của lớp đệm halogenua đối với q trình  hấp phụ của TAP, chúng tơi thực hiện phép đo EC­STM về sự hấp   phụ ­ giải hấp – tái hấp phụ của TAP trên Br/Cu(111) bằng cách qt  thế tuần hồn trong khoảng ­0,3 V và ­0,60 V (Hình 3.13). Hình ảnh  EC­STM ghi lại q trình này được thực hiện tại các giá trị điện thế  giống như  trong phép đo trên Cl/Cu(111) được trình bày trong phần  3.2.3 Hình 3.13: Quá trình chuyển pha của màng đơn lớp TAP trên  lớp đệm bromua, It = 0,1 nA, Ub = 200 mV Sự  giải hấp của TAP trên Br/Cu(111) cũng xảy ra khi điện thế  được quét qua đỉnh pic P1 tương tự như trên Cl/Cu(111). Tuy nhiên,  khi điện thế  được tiếp tục quét về  hướng âm, quá trình giải hấp   tiếp theo của TAP trên Br/Cu(111) xảy ra nhanh hơn trên Cl/Cu(111).  21 Thật vậy, tại E = ­0,56 V, trong khi các phân tử TAP giải hấp hoàn   toàn     Br/Cu(111)     chúng     giải   hấp     phần   trên  Cl/Cu(111). Trong khi đó, sự  tái hấp phụ  của TAP trên Br/Cu(111)   xảy ra chậm hơn so với trên Cl/Cu(111). Theo đó, TAP hình thành  màng đơn lớp trên tồn bộ  bề  mặt Br/Cu(111) tại E = ­0,29 V, còn  trên Cl/Cu(111) là E = ­ 0,37 V. Kết quả đạt được cho thấy khả năng   hấp phụ của TAP trên lớp đệm bromua là yếu hơn so với trên lớp  đệm clorua 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA IOTUA ĐỐI VỚI SỰ HẤP PHỤ CỦA   PHÂN TỬ TAP TRÊN BỀ MẶT Cu(111)  3.4.1.  Tính chất điện hóa của phân tử  TAP trong dung dịch  đệm của iotua Hình 3.14 mơ tả CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của iotua   (H2SO4  5 mM  + KI 10 mM) (đường màu xám) và trong dung dịch   đệm chứa phân tử  TAP (H2SO4  5 mM + KI 10 mM + TAP 1 mM)  (đường màu xanh dương) 22 Hình 3.14 : CV của Cu(111) trong dung dịch đệm của iotua và  trong dung dịch đệm chứa phân tử TAP CV của Cu(111) có sự thay đổi rõ rệt khi dung dịch đệm H 2SO4 +  KI được thay thể bằng dung dịch đệm có chứa phân tử TAP (H 2SO4 +  KI + TAP) tương tự  như  trong các dung dịch đệm của clorua và  bromua, cụ thể là có hai pic khử P1 và P2 được quan sát tại E1 = ­0,48  V và E2 = ­0,72 V. Điều này chứng tỏ phân tử TAP cũng bị khử trong  vùng thế khảo sát. So sánh với các kết quả thu được trên Cl/Cu(111)   và Br/Cu(111), chúng ta có thể kết luận rằng hai pic khử P 1 và P2 là  kết quả  của hai q trình khử  liên tiếp của phân tử  TAP theo các   phương trình phản ứng từ 3.2 – 3.6 được trình bày ở phần 3.2.1 3.4.2. Sự hấp phụ của phân tử TAP trên lớp đệm iotua  Hình 3.15 mơ tả sự sắp xếp của phân tử TAP trên bề mặt lớp đệm  iotua được đo ngay sau khi dung dịch chứa phân tử TAP được cho vào  hệ điện hóa.  23 Hình 3.15: a­c) Sự hấp phụ của phân tử TAP trên lớp đệm  iotua, It = 0,1 nA, Ub = 200 mV, E = ­0,4 V; d) Phép đo LP tương  ứng với đường màu trắng ở hình c cho thấy khoảng cách giữa  hai phân tử TAP là 1,90 ± 0,1 nm Kết quả phân tích hình ảnh EC­STM cho thấy, trong khi các phân  tử TAP hấp phụ trên tồn bộ  bề  mặt lớp đệm clorua và bromua và  hình thành các màng đơn lớp tương ứng, thì chúng  chỉ sắp xếp có trật  tự trên một phần lớp đệm iotua tạo thành các miền phân tử  đơn lẻ  (được đánh dấu bằng mũi tên màu vàng trên hình 3.15a). Trên phần  bề  mặt còn lại, các phân tử  TAP hấp phụ  một cách ngẫu nhiên,  khơng có cấu trúc xác định (được đánh dấu bằng mũi tên màu xanh)   và khá linh động nên hình ảnh EC­STM thu được khơng rõ nét (Hình   3.15b). Sự sắp xếp này khơng thay đổi sau hai (2) giờ kể từ lúc bắt  24 đầu thực hiện phép đo. Như  vậy, các phân tử  TAP khơng tạo màng   đơn lớp trên tồn bộ bề mặt của lớp đệm iotua Dựa vào phép đo LP, khoảng cách giữa các phân tử TAP được xác  định là khoảng 1,90 ± 0,1 nm, lớn hơn so với khoảng cách của chúng  trên bromua và clorua (Hình 3.15d) 3.5. ỨNG DỤNG KHỬ O2 CỦA MÀNG ĐƠN LỚP PORPHYRIN  Phép đo LSV được thực hiện lần lượt với hai (2) dung dịch sau:   Dung dịch đệm (KCl 10 mM + H2SO4 5 mM) và dung dịch đệm chứa  phân tử TAP (KCl 10 mM + H2SO4 5 mM + TAP 1 mM), cả hai đều  được sục khí O2 bão hòa Vùng điện thế giới hạn của phép đo là từ ­0,1 V đến ­0,4 V, đây   được xem là vùng điện thế  đặc trưng của phản  ứng khử  oxi trên  bề mặt Cu. Đặc tính xúc tác của các màng đơn lớp tự sắp xếp hình   thành bởi các phân tử  này trên bề  mặt Cu(111) đối với q trình   khử  O2  được khảo sát thơng qua sự  biến đổi về  cường độ  dòng  điện theo hàm của điện thế. Về  ngun tắc, khi phản  ứng hoặc   q trình vật lý, hóa học xảy ra tại bề  mặt điện cực Cu sẽ  làm   thay đổi điện dung tại bề mặt phân cách rắn ­ lỏng tức là làm thay   đổi cường độ  dòng điện/mật độ  dòng điện của hệ. Hình 3.16 mơ  tả  đồ  thị  thế  qt tuyến tính LSV của Cu(111) trong hai (2) dung  dịch trên 25 Hình 3.16: Đồ thị LSV mơ tả q trình khử O2 trong dung dịch  đệm và dung dịch chứa phân tử TAP Kết quả  cho thấy, khi dung dịch  đệm được sục khí O 2  đến  trạng thái bão hòa thì mật độ dòng thấp (đường màu đen), nghĩa là  phản ứng khử oxi xảy ra trên bề mặt Cu(111) trong vùng thế khảo   sát nhưng với tốc độ chậm Cường độ  dòng tăng mạnh khi thực hiện phép đo với dung dịch  chứa các phân tử TAP (đường màu đỏ). Điều này cho thấy phân tử  TAP có hoạt tính xúc tác dương đối với q trình khử O2 trên bề mặt  Cu.  KẾT LUẬN 1. Đã chế  tạo các hệ  vật liệu màng đơn lớp TAP tự sắp xếp trên  bề mặt halogenua/Cu(111) bằng phương pháp lắng đọng điện hóa  từ dung dịch chứa các phân tử này 26 2. Đã khảo sát tính chất điện hóa của phân tử  TAP bằng phương   pháp CV. Trong vùng điện thế giới hạn của Cu(111), TAP tham gia  hai (2) q trình khử trong nhân porphin 3.  Đã khảo sát hình thái học và cấu trúc bề  mặt   cấp độ  nguyên   tử/phân tử  của màng đơn lớp TAP trên bề  mặt halogenua/Cu(111)  bằng phương pháp EC­STM.  4.  Đã nghiên cứu vai trò của các halogenua đối với sự  hình thành  màng đơn lớp TAP trên bề mặt Cu(111).  Trong điều kiện cạnh tranh, các halogenua hấp phụ trên bề  mặt  Cu(111) nhanh hơn các phân tử TAP, màng halogen hình thành đóng  vai trò là lớp đệm đối với sự hấp phụ và sắp xếp của các phân tử  TAP trên chúng Sự  tồn tại của màng đơn lớp TAP trên bề  mặt lớp đệm phụ  thuộc vào trạng thái oxi hóa của các phân tử TAP và tương tác tĩnh  điện giữa chúng với lớp đệm. Khả năng hấp phụ của TAP trên bề  mặt halogenua/Cu(111) giảm dần từ  clorua đến iotua do mật độ  điện tích âm tương  ứng giảm dần. TAP hình thành các màng đơn   lớp có cấu trúc xác định trên cả  clorua và bromua nhưng độ  bền  của màng hữu cơ  này trên clorua là cao hơn so với trên bromua.  Trong khi đó, trên lớp iotua, các phân tử  TAP hầu như  khơng có   khả  năng sắp xếp thành màng đơn lớp trên tồn bộ  bề  mặt điện   cực.  5. Đã bước đầu khảo sát  ứng dụng khử  O 2 của hệ  vật liệu màng  bằng phương pháp quét thế  tuyến tính (LSV). Kết quả  thu được  27 cho thấy hệ  màng đơn lớp porphyrin có hoạt tính xúc tác dương   đối với q trình khử O2.  ...  những nhận định khoa học trên,  tơi quyết định chọn đề  tài:   Vai trò của lớp đệm halogenua đối với sự hình thành màng đơn lớp porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa   cho luận văn thạc sĩ của mình... tử/phân tử của màng đơn lớp TAP trên bề mặt halogenua/ Cu(111)  bằng phương pháp EC­STM.  4.  Đã nghiên cứu vai trò của các halogenua đối với sự hình thành màng đơn lớp TAP trên bề mặt Cu(111).  Trong điều kiện cạnh tranh, các halogenua hấp phụ trên bề. .. b) Lớp đệm bromua, It = 2 nA, Ub = 100 mV; c) Mơ hình cấu trúc  của màng đơn lớp TAP hình thành trên bề mặt Br/Cu(111) 20 3.3.3. Q trình giải hấp và tái hấp phụ của màng đơn lớp TAP trên lớp đệm bromua Để  làm sáng tỏ vai trò của lớp đệm halogenua đối với q trình 

Ngày đăng: 15/01/2020, 22:29

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w