THÔNG TIN TÀI LIỆU
Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THIỆN THUẬT TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG POLYME DẪN ĐIỆN POLY(3,4 ETHYLENE DIOXY THIOPHENE) (PEDOT) VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI PIN MẶT TRỜI Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009 Trang i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS TS NGUYỄN HỮU NIẾU Cán chấm nhận xét 1: TS Huỳnh Bạch Răng Cán chấm nhận xét 2: TS Võ Hữu Thảo Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 29 tháng 07 năm 2009 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ÇÇÇÇÇ [\ Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THIỆN THUẬT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh:01/11/1980 Nơi sinh:Thừa Thiên Huế Chuyên ngành:Vật liệu cao phân tử tổ hợp MSHV:00306044 I TÊN ĐỀ TÀI: TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG POLYME DẪN ĐIỆN POLY(3,4 ETHYLENE DIOXY THIOPHENE) (PEDOT) VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI PIN MẶT TRỜI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký định giao đề tài): IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị): GS.TS.NGUYỄN HỮU NIẾU CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) GS TS NGUYỄN HỮU NIẾU Th.S ĐỖ THÀNH THANH SƠN Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chun Ngành thơng qua Ngày TRƯỞNG PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH iii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn Thầy GS.TS Nguyễn Hữu Niếu không tạo điều kiện hướng dẫn tận tình cho tơi thực đề tài mà cịn thường xun bảo cho hướng sống Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đắc Thành cho lời khun bổ ích suốt q trình làm luận văn trình làm việc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme PTN Trọng điểm Quốc gia Polyme Composite Tôi xin cảm ơn thầy cô Khoa Công Nghệ Vật liệu bạn đồng nghiệp PTN Trọng điểm Polyme Composite truyền đạt cho kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm vô quý báu để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin cảm ơn Th.S Nguyễn Hoàng Dương, Th.S Nguyễn Quốc Việt Th.S Lê Viết Hải trực tiếp đọc giúp đỡ nhiệt tình trình thực luận văn Và lòng đội ơn ba má nuôi dạy ủng hộ suốt bao năm học tập Tôi xin cảm ơn tất người bạn giúp đỡ nhiều trình học tập Xin chân thành cảm ơn Học viên Nguyễn Thiện Thuật iv LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, lượng từ nhiên liệu hoá thạch cạn kiệt dần nên việc tìm nguồn nhiên liệu để thay trở thành vấn đề cấp bách việc tận dụng nguồn lượng mặt trời có ý nghĩa quan trọng Đây động lực cho việc nghiên cứu loại vật liệu để chế tạo pin mặt trời Polyme dẫn điện loại vật liệu có nhiều khả thay loại vật liệu cổ điển, đắt tiền Ngày nay, polyme dẫn điện nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thực tiễn nhà nghiên cứu Vật lý, Hóa học, Vật liệu học, Điện học Sinh học Trong số polyme dẫn điện, polythiophen dẫn xuất có triển vọng Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) dẫn xuất polythiophen với nhiều tính chất đặc biệt quan trọng Ngoài khả dẫn điện cao, PEDOT suốt dạng phim mỏng có độ bền cao trạng thái oxy hóa khử, tuổi thọ dài, tính bền nhiệt cao khả bị oxi hóa thấp, nên PEDOT quan tâm hàng đầu số polyme có khả dẫn điện, đưa vào ứng dụng thực tế Đây đề tài nghiên cứu luận văn này: “Tổng hợp khảo sát tính chất màng mỏng polyme dẫn điện poly(3,4 ethylen dioxy thiophen) (PEDOT) nghiên cứu khả ứng dụng làm điện cực đối cho pin mặt trời” v TĨM TẮT LUẬN VĂN Chúng tơi xây dựng quy trình tổng hợp màng mỏng polyme dẫn điện PEDOT PET xử lý EDA phương pháp bốc bay pha monome EDOT Màng mỏng PEDOT có độ dẫn điện cao, bề mặt phẳng độ dày khoảng vài trăm nanomet đánh giá thông qua phương pháp AFM, điện trở bề mặt mũi dò độ dày phương pháp phản xạ quang Thơng qua tổng hợp màng PEDOT đế dẫn điện ITO/PEN FTO/Glass để ứng dụng làm điện cực đối cho pin mặt trời ABSTRACT In this study, we produced well-characterized PEDOT film on a flexible polyethyleneterphthalate (PET) substrate film The PET surface was modified with ethylene diamine (EDA) in the order enhance hydrophilic interaction with Fe(III)tosylate (Fe(OTs)3) and for the desirable hydrogen bonding with the PEDOT The high conductivity and surface morphology of the PEDOT were investigated by a four point electrical probe device, thickness measurement, Atom Force Microscopy After that we continued to produce PEDOT film on conductive surfaces such as ITO/PEN and FTO/Glass and studied to replace Pt layer of encounter electrode in Dye sensitized solar cells xv MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn luận văn thạc sĩ iii Lời cảm ơn iv Lời mở đầu v Mục lục vi Danh mục hình vẽ vii Danh mục bảng biểu xii Từ viết tắt thuật ngữ xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ POLYME DẪN ĐIỆN 1.1.1 Giới thiệu polyme dẫn điện 1.1.2 Khái niệm 1.1.3 Tính chất dẫn điện .3 1.1.4 Cơ chế dẫn điện 1.1.5 Phân loại polyme dẫn điện 1.1.6 Phương pháp tổng hợp 13 1.1.7 Một số polyme dẫn điện điển hình 17 1.1.8 Ứng dụng polyme dẫn điện 23 1.1.9 Tình hình nghiên cứu 24 1.2 POLY (3,4 ETHYLENEDIOXYTHIOPHENE) – PEDOT 24 1.2.1 Khái niệm PEDOT 26 1.2.2 Phương pháp tổng hợp 27 vi 1.2.1.1 Phương pháp điện hóa 27 1.2.1.2 Phương pháp hóa học 27 1.2.3 Tính chất PEDOT 29 1.2.3.1 PEDOT trạng thái trung tính 28 1.2.3.2 Điều khiển khe vùng lượng PEDOT 28 1.2.3.3 Tính chất dẫn điện PEDOT 28 1.2.3.4 Tính chất điện hóa học PEDOT 30 1.2.4 Ứng dụng PEDOT 30 1.2.4.1 Màng chống tĩnh điện 30 1.2.4.2 PEDOT/PSS vật dẫn điện suốt thiết bị điện phát quang 31 1.2.4.3 PEDOT làm lớp dẫn tụ điện 33 1.2.4.4 PEDOT dùng OLED 32 1.3 PEDOT ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI TRONG PIN MẶT TRỜI 35 1.3.1 Pin mặt trời cấu trúc nano tẩm chất nhạy quang (DSSC) 32 1.3.2 Cấu trúc pin DSSC 1.3.3 Nguyên tắc hoạt động DSSC CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2.1.1 Hóa chất 2.1.1.1 Màng poly(etylen terephthalat) – PET 2.1.1.2 Ethylen diamin (EDA .34 vii 2.1.1.3 Monome – 3,4 ethylendioxythiophen (EDOT) 56 2.1.1.4 Sắt(III) p-toluen sunfonat hexahyrat-Fe(OTs)3.6H2O sử dụng làm chất oxi hóa đồng thời chất doping thứ 34 2.1.1.5 Pyridin (Py): sử dụng làm chất kìm hãm phản ứng 35 2.1.1.6 Glycerol: sử dụng làm chất dopant thứ hai 42 2.1.1.7 Màng dẫn điện ITO/PEN FTO/Glass .42 2.1.1.8 Dung môi chất tẩy rửa .42 2.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 43 2.1.2.1 Bình phản ứng 43 2.1.2.2 Bể điều nhiệt 2.1.2.3 Máy phủ quay (spin coating)- Filmfuge 1110 .45 2.2 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 46 2.2.1 Quy trình tổng hợp PEDOT PET 2.2.1.1 Xử lý bề mặt PET 2.2.1.2 Tổng hợp màng PEDOT 2.2.2 Nghiên cứu khả ứng dụng màng PEDOT làm điện cực đối pin mặt trời 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 2.3.1 Góc tiếp xúc 2.3.2 Điện trở bề mặt 47 2.3.3 Độ dày màng 49 viii 2.3.4 Độ truyền qua màng 50 2.3.5 Định danh sản phẩm-IR 50 2.3.6 Cấu trúc vi mô bề mặt - AFM 51 2.3.7 Phương pháp quét vịng tuần hồn Cyclic Voltammetry (CV) CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 53 3.1 XỬ LÝ BỀ MẶT PET 53 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY TRÌNH TỔNG HỢP MÀNG PEDOT 59 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất oxi hóa Fe(OTs)3 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian polyme hóa .64 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ giai đoạn doping .68 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pyridine 74 3.2.5 Khảo sát ảnh hưởng glycerol .83 3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PEDOT LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI CHO PIN MẶT TRỜI 3.3.1 Khảo sát khả xúc tác phản ứng I2/I3- mẫu PEDOT PET 3.3.2 Khảo sát khả xúc tác phản ứng I2/I3- mẫu PEDOT tổng hợp đế dẫn điện ITO/PEN FTO/Glass KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 96 ix ... tổ hợp MSHV:00306044 I TÊN ĐỀ TÀI: TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG POLYME DẪN ĐIỆN POLY( 3,4 ETHYLENE DIOXY THIOPHENE) (PEDOT) VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI PIN MẶT... .83 3.3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PEDOT LÀM ĐIỆN CỰC ĐỐI CHO PIN MẶT TRỜI 3.3.1 Khảo sát khả xúc tác phản ứng I2/I3- mẫu PEDOT PET 3.3.2 Khảo sát khả xúc tác phản ứng I2/I3-... dẫn điện poly( 3,4 ethylen dioxy thiophen) (PEDOT) nghiên cứu khả ứng dụng làm điện cực đối cho pin mặt trời? ?? v TÓM TẮT LUẬN VĂN Chúng xây dựng quy trình tổng hợp màng mỏng polyme dẫn điện PEDOT
Ngày đăng: 08/03/2021, 22:23
Xem thêm: