Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxit

Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxit Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxit Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxit luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ TỐT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA CỦA TITAN DIOXIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌCKHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ TỐT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA 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 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 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 phịng Điện hóa Ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Cơng 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quang điện hóa 1.1.1 Những vấn đề sở 1.1.2 Bản chất quang điện hóa 1.2 Giới thiệu titan dioxit Error! Bookmark not defined 1.2.1 Tính chất vật lý titan dioxit Error! Bookmark not defined 1.2.2 Tính chất hóa học titan dioxit kích thước nano métError! Bookmark not define 1.2.3 Điều chế TiO2 Error! Bookmark not defined 1.2.4 Ứng dụng titan dioxit Error! Bookmark not defined 1.3 Giới thiệu polianilin (PANi) Error! Bookmark not defined 1.3.1 Cấu trúc phân tử PANi Error! Bookmark not defined 1.3.2 Một số tính chất PANi Error! Bookmark not defined 1.3.3 Phương pháp tổng hợp PANi Error! Bookmark not defined 1.3.4 Ứng dụng PANi Error! Bookmark not defined 1.4 Tổng quan vật liệu compozit TiO2-PANi Error! Bookmark not defined 1.4.1 Khái niệm, ưu điểm vật liệu compozitError! Bookmark not defined 1.4.2 Vật liệu compozit TiO2 - PANi Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀError! Bookmark not defined THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Phương pháp điện hóa Error! Bookmark not defined 2.1.1 Phương pháp quét tuần hoàn (CV) Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phương pháp tổng trở điện hóa Error! Bookmark not defined ii 2.2 Phương pháp phi điện hóa Error! Bookmark not defined 2.2.1 Phương pháp phổ hồ ng ngoai IR Error! Bookmark not defined 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined 2.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined 2.2.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Error! Bookmark not defined 2.3 Hóa chất dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.3.1 Hóa chất điện cực Error! Bookmark not defined 2.3.2 Dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.3.3 Các loại thiết bị Error! Bookmark not defined 2.4 Quy trình tổng hợp mẫu Error! Bookmark not defined 2.4.1 Tổng hợp TiO2 Error! Bookmark not defined 2.4.2 Tổng hợp PANi Error! Bookmark not defined 2.4.3 Tổng hợp composit TiO2 - PANi Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nghiên cứu hình thái cấu trúc vật liệu Error! Bookmark not defined 3.1.1 Phân tích giản đồ nhiễu xạ Rơn-Ghen Error! Bookmark not defined 3.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 3.1.3 Phân tích ảnh SEM Error! Bookmark not defined 3.1.4 Phân tích ảnh TEM Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu Error! Bookmark not defined 3.2.1 Nghiên cứu phổ quét tuần hoàn (CV) Error! Bookmark not defined 3.2.2 Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined KHUYẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 iii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1: Sự sinh điện tử/lỗ trống vùng nghèo bán dẫn chiếu sáng Error! Bookmark not defined Bảng 2.1: Liệt kê số phần tử cấu thành tổng trở Error! Bookmark not defined Bảng 3.1: Dòng đáp ứng anot 1,4V TiO2 compozit TiO2-PANiError! Bookmark Bảng 3.2: Sự ảnh hưởng thời gian nhúng đến thông số điện hóa mơ theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện không chiếu tia UV Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Sự ảnh hưởng thời gian nhúng đến thơng số điện hóa mơ theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện chiếu tia UVError! Bookmark n Bảng 3.4: Sự ảnh hưởng điện đến thơng số điện hóa mơ theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện không chiếu tia UVError! Bookmark not de Bảng 3.5: Sự ảnh hưởng điện đến thông số điện hóa mơ theo sơ đồ tương đương hình 3.15 điều kiện chiếu tia UVError! Bookmark not defined 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 .5 Hình 1.3: Xác suất phân bố DRed, DOx Hình 1.4: Mơ 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 dẫnError! Bookmark not defined chiếu sáng Error! Bookmark not defined Hình 1.7: Sơ đồ cấu trúc vùng TiO2 Error! Bookmark not defined Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể dạng thù hình TiO2Error! Bookmark not defined Hình 1.9: Cơ chế trình xúc tác quang chất bán dẫnError! Bookmark not defined Hình 1.10: Sơ đồ tổng hợp điện hóa polyanilin Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Quan hệ dịng – điện qt tuần hồnError! Bookmark not defined Hình 2.2: Mạch điện tương đương bình điện phân.Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống đo điện hóa tổng trởError! Bookmark not defined Hình 2.4 : Biểu diễn Z mặt phẳng phức Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Quá trình điện cực có khuếch tán Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Hình dạng điện cực titan Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X TiO2 Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X compozit TiO2-PANiError! Bookmark not defined (điện cực TiO2 nhúng 60 phút dung dịch PANi)Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Phổ hồng ngoại compozit TiO2-PANi (điện cực TiO2 nhúng 60 phút dung dịch PANi) Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Ảnh SEM TiO2 Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Ảnh SEM compozit TiO2-PANi Error! Bookmark not defined (nhúng TiO2 dung dịch PANi với thời gian khác nhauError! Bookmark not defined Hình 3.6: Ảnh TEM compozit TiO2-PANi (điện cực TiO2 dung dịch PANi 60 phút) Error! Bookmark not defined v Hình 3.7: Ảnh hưởng tốc độ quét Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Ảnh hưởng thời gian nhúng TiO2 dung dịch PANiError! Bookmark not de Hình 3.9: Ảnh hưởng số chu kỳ quét tới phổ CV vật liệu khác nhau.Error! Bookma Hình 3.10: Ảnh hưởng thời gian nhúng TiO2 dung dịch PANi.Error! Bookmark not d Hình 3.11: Ảnh hưởng số chu kỳ quét tới phổ CV vật liệu khác Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Tổng trở dạng Bode khơng chiếu UVError! Bookmark not defined Hình 3.13: Tổng trở dạng Bode chiếu UV Error! Bookmark not defined Hình 3.14: Tổng trở dạng Nyquist Error! Bookmark not defined Hình 3.15: Sơ đồ tương đương Error! Bookmark not defined Hình 3.16: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổiError! Bookmark vào thời gian nhúng Error! Bookmark not defined Hình 3.17: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào thời gian nhúng Error! Bookmark not defined Hình 3.18: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở dung dịch vào thời gian nhúng Error! Bookmark not defined Hình 3.19: Tổng trở dạng Bode khơng chiếu UVError! Bookmark not defined Hình 3.20: Tổng trở dạng Bode chiếu UV Error! Bookmark not defined Hình 3.21: Tổng trở dạng Nyquist Error! Bookmark not defined Hình 3.22: Sự phụ thuộc điện dung lớp kép thành phần pha không đổi vào điện đo Error! Bookmark not defined Hình 3.23: Sự phụ thuộc điện trở màng compozit điện trở chuyển điện tích vào điện đo Error! Bookmark not defined Hình 3.24: Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán điện trở điện trở dung dịchError! Bookmark vào điện áp đặt Error! Bookmark not defined vi MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp cơng 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 ngồi nước Trong có titan dioxit (TiO2), số vật liệu bán dẫn điển hình có tiềm ứng dụng cao thân thiện mơi 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 hƣởng polianilin đến tính chất quang điện hóa titan dioxit”, chúng tơi 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 mơ 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quang điện hóa [12, 28, 37] Hiện tượng quang điện hóa tượng vật liệu bán dẫn chiếu ánh sáng UV vào khả dẫn điện tăng lên rõ rệt Quang điện hóa lĩnh vực phát triển điện hóa học đại mà mục tiêu cuối đường điện hóa nghiên cứu biến đổi lượng ánh sáng thành điện (để sử dụng trực tiếp) thành lượng hóa học (ở dạng sản phẩm hóa học để tích trữ) Khác với điện hóa học cổ điển, đối tượng nghiên cứu quang điện hóa lớp tiếp giáp bán dẫn | dung dịch điện ly để khảo sát trình vật lý hóa học xảy liên bề mặt này, bán dẫn đóng vai trị vật liệu quang dẫn Nội dung phần nhằm đề cập số kiến thức sơ yếu vật liệu bán dẫn để hiểu chế dẫn điện q trình trao đổi điện tích liên bề mặt vật liệu quang dẫn điều kiện kích hoạt 1.1.1 Những vấn đề sở a) Sơ lược cấu trúc vùng lượng vật liệu quang điện hóa [12, 39] Vùng dẫn Năng lượng Vùng trống Vùng cấm Vùng điền đầy Vùng hóa trị Hình 1.1: Sơ đồ vùng lượng vật rắn Trước hết, với mơ hình cấu trúc vùng lượng giúp ta phân biệt khái quát chất kim loại (là đối tượng nghiên cứu lâu điện hóa cổ điển) bán dẫn (là đối tượng nghiên cứu quang điện hóa) Chất bán dẫn vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phịng Tính chất dẫn điện vật liệu rắn giải thích nhờ lý thuyết vùng lượng Như ta biết, điện tử tồn nguyên tử mức lượng gián đoạn (các trạng thái dừng) Nhưng chất rắn, mà nguyên tử kết hợp lại với thành khối, mức lượng bị phủ lên trở thành vùng lượng, có vùng chính: Vùng hóa trị, vùng dẫn vùng cấm  Vùng hóa trị: Là vùng có lượng thấp theo thang lượng, vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử không linh động  Vùng dẫn: Vùng có mức lượng cao nhất, vùng mà điện tử linh động (như điện tử tự do) điện tử vùng điện tử dẫn, có nghĩa chất có khả dẫn điện có điện tử tồn vùng dẫn Tính dẫn điện tăng mật độ điện tử vùng dẫn tăng  Vùng cấm: Là vùng nằm vùng hóa trị vùng dẫn, khơng có mức lượng điện tử tồn vùng cấm Khoảng cách đáy vùng dẫn đỉnh vùng hóa trị gọi độ rộng vùng cấm, hay lượng vùng cấm Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất dẫn điện khơng dẫn điện Từ sơ đồ vùng lượng (hình 1.2) ta chia vật rắn thành kim loại, bán dẫn chất cách điện Kim loại có vùng dẫn chất đầy electron đến mức lượng Fermi (mức E F) Chất bán dẫn chất cách điện tồn vùng cấm (Eg) ngăn cách vùng hóa trị (E V) vùng dẫn (E C) Dựa vào giá trị E g để phân biệt vật liệu: kim loại E g < 0,1eV, bán dẫn 0,1eV < E g < 3eV, vật liệu cách điện E g > 3eV Chân không Ee-(eV) Ec Vùng dẫn Ec Vùng hóa trị Vùng cấm Eg Eg EF Ev Ev Điền đầy eletron Vùng hóa trị Kim loại Bán dẫn Chất cách điện Hình 1.2: Sơ đồ vùng lượng kim loại, bán dẫn chất cách điện b) Hệ oxi hóa-khử [12] Trong điện hóa dung dịch ta thường làm quen với số hệ oxi hóa - khử đơn giản sau: Red Ox + ze- (1.1) Trong đó, dạng khử Red chất cho e- (khái quát gọi đônơ D), dạng Ox chất nhận e- (acêptơ A), ze- số electron trao đổi Tổng quát q trình trao đổi cho dạng điện tích (e-, h+) biểu diễn quan hệ đônơ-acêptơ sau: D0 (cho trường hợp: (tương tự: D - + e- Red A- + h + Red + h+ Ox + e-) (1.3) A0 (1.4) Ox) (1.2) (1.5) Vậy quan hệ đônơ - acêptơ dạng khử Red chất cho e- có khả chất nhận h+, dạng Ox chất nhận e- có khả cho h+ Trong điện hóa dung dịch, điện oxi hóa khử ΔΦ0oxi hóa-khử (điện khử ứng với phản ứng viết theo chiều khử) thước đo cho khả oxi hóa (hoặc khử) hệ oxi hóa - khử xây dựng thành thang điện hóa cho cặp oxi hóa - khử khác điều kiện chuẩn (250C, hoạt độ ion = 1, phép đo thực với điện cực hidro chuẩn - NHE) ΔΦ0oxi hóa-khử chuyển thành mức lượng quan hệ sau: Eoxi hóa-khử = - e ΔΦ0oxi hóa-khử (1.6) Trong thang lượng Eoxi hóa-khử hệ oxi hóa - khử có đơn vị eV Để thuận tiện Eoxi hóa-khử thang vật lý ΔΦoxi hố-khử thang điện hóa cần có quan hệ qui chiếu mức Trong thang điện hóa lấy ΔΦ điện cực hidro chuẩn NHE làm gốc qui ước 0, thang vật lý lấy gốc mức lượng electron chân khơng (vac) Từ ta có biểu thức qui chiếu sau: E0oxi hóa khử (vac) = - (4,5eV + e ΔΦ0oxi hóa khử (NHE)) (1.7)  Biểu biễn hàm mật độ trạng thái hệ Redox – mức EF, oxi hóa khử Xuất phát từ lý thuyết orbitan phân tử ta xem dạng khử trạng thái orbitan phân tử điền đầy electron cao (kí hiệu EHOMO) cịn dạng Ox trạng thái orbitan phân tử cịn khuyết electron thấp (kí hiệu ELUMO) Do nguyên tắc tồn mức khử EHOMO mức oxi hóa ELUMO H Gerischer biểu diễn phụ thuộc mật độ trạng thái DRed, DOx theo lượng electron DRed(E) = exp{ }CRed (1.8) DOx (E) = exp{ }COx (1.9) Biểu diễn hàm phân bố DRed, DOx theo lượng E đồ thị phân bố hình chng Gau β (Chân không) Eabs (eV) ∆Ф (V) Ái lực electron Năng lượng ion hóa 2H+ + 2e → H2 -4,48 NHE Tương tự vùng dẫn ELUMO W(OX) Ee EHOMO λ EF,redox λ ∆Ф0,redox Tương tự vùng hóa trị Hình 1.3: Xác suất phân bố DRed, DOx Điểm giao hai đường D Red DOx xác định giá trị E Redox (trên trục điện ΔΦ 0redox) xác suất chiếm chỗ electron hệ redox Năng lượng mức E LUMO dạng oxi hóa thước đo lực electron, lượng mức EHOMO dạng khử thước đo lượng ion hóa Quá trình trao đổi điện tử phản ứng redox dung dịch xảy E F,redox cần ±λ tương tác tiểu phân dung dịch mà điển hình hydrat hóa solvat hóa  Cơ sở động học q trình chuyển điện tích với tham gia dung dịch oxi hóa khử [12] Đặc trưng q trình trao đổi điện tích có mặt electron e (hoặc lỗ trống h+) phương trình phản ứng xảy liên bề mặt điện cực R A Marcus, phát triển thuyết trạng thái chuyển tiếp áp dụng cho trình chuyển electron dung dịch, xuất phát từ luận điểm cho rằng:  Quá trình chuyển điện tử dung dịch xem độ trạng thái điện tử từ cấu hình đầu {Ox + phân tử dung mơi} sang cấu hình cuối {Red + phân tử dung môi}  Dọc theo tọa độ diễn biến q trình nói khơng thể nhận dạng q trình chuyển điện tử trước hay trình tái định hướng trước  Ở trạng thái cân cấu hình đặc trưng mức cực tiểu (năng lượng Gibbs; G) Sự thăng giáng liên quan đến thay đổi cấu hình Áp dụng cho q trình chuyển điện tích (điện tử, lỗ trống) liên bề mặt bán dẫn  dung dịch ta cần quan tâm đặc thù hệ bán dẫn, là:  Do có q trình sinh hạt tải hệ đơnơ/acêptơ điều kiện kích hoạt nên bán dẫn có tính chất gần dung dịch  Tốc độ q trình chuyển điện tích phụ thuộc vào mật độ trạng thái hạt tải mật độ trạng thái hệ oxi hóa khử dung dịch sát liên bề mặt  Tham gia định tốc độ q trình chuyển điện tích cịn có q trình khác có chất phi Faraday vận chuyển ion phân tử; tái định hướng; hấp phụ… Vì nên việc xây dựng phương trình động học phụ thuộc vào mơ hình cụ thể số tốc độ xác định phù hợp với thực nghiệm khác Theo Franck – Condon biểu diễn số tốc độ trình chuyển điện tích liên bề mặt bán dẫn  dung dịch biểu thức sau: Kbddd =  Kel Kn (1.10) Trong đó:  tần số dao động theo tọa độ phản ứng Kn thừa số Fanck – Condon chứa đựng đại lượng  Kel thừa số liên kết điện tử 1.1.2 Bản chất quang điện hóa [12] Ec,EV Ec EF(n) EF(Me) EF(n) EF, redox EV EV a) Bán dẫn n│Kim loại (Me) b) Bán dẫn n│Dung dịch Hình 1.4: Mơ hình Schottky liên bề mặt bán dẫn│dung dịch Xuất phát từ chất giống lớp chuyển tiếp bán dẫn│kim loại (lớp tiếp giáp kiểu Schottky) lớp chuyển tiếp bán dẫn│dung dịch redox hình 1.4 a b, đặc biệt quan tâm đến hiệu ứng chiếu sáng để kích hoạt liên bề mặt đạt cân Ngày biết kim loại bị oxi hóa có chất bán dẫn hiệu ứng nhạy quang hiệu ứng quang điện hóa Thật vậy, thực nghiệm cho thấy phân cực hệ bán dẫn (n p)│dung dịch điều kiện chiếu sáng, ta nhận đường cong phân cực sáng khác với đường tối (hình 1.5) Điều không xảy với đối tượng hệ kim loại│dung dịch điều kiện Như chiếu sáng hệ bán dẫn ta đo giá trị quang điện khác với giá trị điện tĩnh cân tối ghi nhận xuất dòng quang điện chạy qua mạch ngồi khác với dịng phân cực tối Khi chiếu sáng hệ điện cực bán dẫn, lượng photon hấp thụ E (với E = hv ) lớn khe lượng vùng cấm Eg: E ≥ Eg xảy q trình kích hoạt điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, kéo theo tách ly điện tử - lỗ trống tác dụng điện trường sát bề mặt điện cực bán dẫn Quá trình làm thay đổi tương đối nồng độ hạt tải vùng không gian tích điện Chẳng hạn bán dẫn n, hạt tải vốn điện tử uốn vùng điện tử chạy vào thể tích pha chiếu sáng không làm tăng hạt tải bản, ngược lại hạt tải không lỗ trống lại gia tăng tương đối (đặc trưng đại lượng p*/p) Vùng khơng gian tích điện trở thành vùng nghèo hạt tải tích tụ hạt tải khơng Điều với bán dẫn loại p ta lý luận tương tự Sự khác chủ yếu uốn vùng (hình 1.5) it sáng it tối Et tối Et sáng a) Bán dẫn n│dung dịch b) Bán dẫn p│dung dịch Hình 1.5 : Đường cong phân cực sáng/tối hệ bán dẫn │dung dịch 10 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 cơng 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 mịn, Luận văn tốt nghiệp đại học, ĐHSP Hà Nội Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đế n cấ u trúc PbO2, Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ khoa ho ̣c hóa ho ̣c, Đa ̣i ho ̣c Quố c gia Hà Nô ̣i 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 11 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 Thi ̣Thanh Thùy (2005), Tổ ng hợp polianilin dạng bột bằ ng phương pháp xung dịng ứng dụng ng̀ n điê ̣n hóa học , Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ khoa ho ̣c hóa ho ̣c, Đa ̣i ho ̣c Quố c gia Hà Nô ̣i 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 12 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 – 13 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 Trầ n Thi ̣Hà Linh (1997), Preparation of polyanilin thin films and study of their properties, Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ khoa ho ̣c về khoa ho ̣c vâ ̣t liê ̣u , trung tâm quố c tế đào ta ̣o về khoa ho ̣c vâ ̣t liê ̣u 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 14 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 15 ... tượng nghiên cứu quang điện hóa) Chất bán dẫn vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phịng Tính chất dẫn điện. .. 28, 37] Trong khuôn khổ đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hƣởng polianilin đến tính chất quang điện hóa titan dioxit? ??, chúng tơi muốn biến tính TiO2 nhờ phương pháp oxi hóa titan nhiệt độ cao (5000C) kết... TRƢỜNG ĐẠI HỌCKHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ TỐT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA POLIANILIN ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HĨA CỦA TITAN DIOXIT Chuyên ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 60440119 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA