Nghiên cứu cấu trúc và nâng cao tính chất của vật liệu mno2 được điều chế bằng các phương pháp khác nhau

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN * * * * * * * * * ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI np A • Tên đê tài: NGHIÊN CỬU CÁU TRÚC VÀ NÂNG CAO TÍNH CHÁT CỦA VẶT LIỆU MnOz ĐƯỢC ĐIÈU CHẾ BÀNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU MÃ SỐ: QT-09-32 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: NGUYỄN XUÂN VIÉT ĐAI H Ọ C nA NOi TRUNG TÀM T H Ô N G TIN THƯ VIÊN _D ĩ / HÀ NỘI - 2009 m ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ********* BÁO CÁO TÓM TẤT KẾT QUẢ NGHIÊN cứu ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tên đề tải: NGHIÊN CỬU CÁU TRÚC VÀ NÂNG CAO TÍNH CHÁT CỦA VẬT LIỆU MnOj ĐƯỢC ĐIÈU CHÉ BẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU MÃ SÓ: QT-09-32 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: ThS Nguyễn Xuân Viết CÁC CÁN BỘ THAM GIA: TS: Nguyễn Thị cẩm Hà HÀ NỘI - 2009 BAO CAO TOM TAT a Tên đề tài: Nghiên cứu cấu trúc nâne cao tính chất cua vật liệu MnO; dược điêu chê bang phương pháp khác b Chủ trì đề tài: ThS Nguvễn Xuân Viết c Các cán tham gia: TS: Nguvễn Thị Câm Hà d Mục tiêu nội dung nghiên cứu: Mục tiêu: + Tônti hợp duợc \ậ t liệu MnƠ phưong pháp thuy nhiệt có kích thước đồne kích thước mong muốn nho 1fj.m xác định cấu trúc cua vật liệu MnO: thu dược, khao sát tính chất diện hóa cua màng ihu môi iruơng KOH 1M -r Sư dụng phưcrng pháp khác đê điều chế MnƠ nhàm mục đích so sánh toi ưu hóa tính chất cua MnO: thu Nội dung: Nghiên cứu tông họp MnO: bãnG khu tronu điều kiện thu\ nhiệt (thuv nhiệt trons môi trườrm nước \ hồn hợp nước etatnol) khỏne thu\ nhiệt Níihiên cứu cấu trúc hình thái học cua MnƠ thu bâng phưưng pháp phân tích hố lí Nghiên cứu tính chất điện hoá cua YlnO: thiết bị điện hoá e Các kết đạt đuọe: Tôna hợp vậl liệu oxit manaan bàng phan ứne K.MnO_Ị với etanol trone điều kiện thuv nhiệt, k ế t qua cho thâv vật liệu oxit manean thu có thành phần gồm maneanite y-MnOOH hausmannite MrhOj Khi ti lệ etanol K.MnO_Ị lớn oxit man°an thu có dạng hình que với kích tluróc lớn từ 150-250 nm ti lệ etanol KMnOj thap có dạns hạt rât xơp cịn mẫu thuv nhiệt trona hỗn hợp phan ứne \ới ti lệ etanol k \ n truns bình thu oxit marman dạnn sợi với kích thước nho từ 7-l5nm Ti lệ y-MnOOH \ n ; cùrm tãnti lên ti lệ etanol KMnOj tăng Khao sát anh hươne cua hàm luợrm etanol nơníi dộ durm dịch diện li tốc dộ qt thé sỏ \ò n e quét tới dune lượrm riêrm cua diện cực Kết qua chu thấ\ mầu có ti ]ệ etanol KMn()_ị bàng 2.] thu> nhiệt hỗn hợp phan ÚnÍ2 KMnOj - C;H and electrochem ical properties o f m anaanese oxides material, e T he obtained results: M an a a n ese oxides pow ders synthesized bv co m binins-reduction and hv drothem ial m ethod in different media w ere the mixture o f 7-M nO O H and M n ;0 M an a a n ese oxides pow ders synthesized by com binino m ethod react reversible in Na^SO: ]M solution O ne o f »raduate student defend successfullv thesis on this reseach topic A nn o un ce an article on specialist press ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ********* BÁO CÁO TOÀN VĂN KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tẳn đề tài: NGHIÊN CỬU CẤU TRÚC VÀ NÂNG CAO TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU M n02 ĐƯỢC ĐIỀU CHÉ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU MÃ SÓ: QT-09-32 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: ThS Nguyễn Xuân Viết CÁC CÁN B ộ THAM GIA: TS Nguyễn Thị cẩm Hà HÀ NỘI - 2009 MỤC LỤC Irani: A M ỏ’ đầu ] B NỘI D U N G C H ỈN H : C h u o n g - T ô n g quan 1.1 Giới thiệu chu na ve oxit m an can 1.1.1 2 M anaan đioxit Dạng khử cua oxit m anoan ] Các p h n e pháp tôna hợp oxit m an ean s ] ủ n g d ụ n s cua oxit m anaan 1.3.1 ] 3.2 1.4 Pin Leclancher y i1 Pin Z n -M n O : troníi dun e dịch kiềm I1 Các p h n e pháp nahiên cứu 1.4.1 Phươníỉ pháp nhiều xạ tia X (X -ra\ diffraction - XRD) 11 1.4.2 P hư n c pháp hiên vi điện tư quét (SĩiM ) 13 1.4.3 Phư ơna pháp dòno - the tuần hoàn (C \c lic V o ltam m etn CV) 13 1.5.Mục đích cua đê tài 1-4 C hương - T hự c nghiệm I5 2.1 Hóa chất thiết bị [5 2.2 Nội d u n a thực nohiệm 15 3.2.1 C huân bị d u n s dịch diện cực 16 3.2.2 Tiến hành thí nohiệm 16 C h o n g - Kết thảo luận 18 1.1 Cấu trúc kích thước cua vật liệu điêu chè dưực 1X ] Tính chất điện hóa cua vật liệu oxit m an ean 20 3.2.1 A nh hương cua môi trư ờna trinh thuv nhiệt lên tính chát điện hóa cua oxit m a n sa n 3.2.2 A nh hươníỉ cua hàm Iượn etanol lên tính chát diện hóa cua o \it m an can 3.2.3 A nh hưirno cua non« độ chát điện li lên d u n < Wll hâm 1n\ m ] P\rolusite MnO' 1etraụonal (3-MnO: MnO; Orthombic 4446 43: 28' ‘Hl 1)'I Ramsdellite MnO; Orthombic 446.2 034.: 285 W(I ‘Ai II V l| II X -1 | KI | |K2| and Mn(): nanorods b\ mean oi ihc h\drolhcrmal process assisted with c T A B Materials Letters 60 pp.3895-3898 15 Kenji Okitsu Masaki luantani Ben Naizai Rokuro Nishimura Yasuaki Maeda (-009) Sonochemical reduction of perm aneanese dioxide: The ctTccis o f H 2O formed in the sonolysis of water on the rates of reduction" Ultrasonics Sonochemistn 16 pp.387-391 16 Laurie I.Hill Alain Vcrbaere and Dominique Gu\omard (2003) "MnO' (a- P- -) compounds prepared b\ h\drotherrnal-electrochernical svnthesis: characterization morpholog\ and lithium insertion bcha\ior" Journal of Power Sources 119-121 pp.226-23 17 Lixia Zhang Chengshuai Liu l.i Zhuan° Weishan l.i Shuneui Zhou, and Jintao Zhang (2009) "Manganeses dioxide as an allemati\e cathodic cataKst to platinum in microbial fuel cells" Biosensors and Bioeli'ctronics 18 M Askar and H Abbas ''Chemical activated mantianese dioxide tor dr\ batteries" Journal o f Power Sources 51 pp.319-330 19 Minakshi Maniekam Pritam Sineh Touma B Issa Stephen Thurnatc Roland De Marco (2004) "Lithium insertion into manganese dioxide electrode in MnOyZn aqueous batten Part 1: A preliminary st\d\" Journal of Power Sources 130 pp.254-259 20 Minedeng Wei Yoshinari Konishi Haoshen Zhou Ilideki Sutiihara and Hironori Arakawa (2005) "Svnthesis of sinole-cr}stal manganese dioxide nanowires bv a soft chemical process" Aanotechnolog} 16 pp.245-249 21 P M Atkin (1998) Physical Chemistry Oxford I nivcrsit} Press Oxford Melbourne Tokvo 22 Rongji Chen Peter Zavalij and M.Stanle> Whittingham (19%) "Hydrothermal synthesis and characterization of KvM n 0: \H ;0 Chemistry o f Materials pp 1275-1280 v Ronarone Jiane Tao Huang Jiali Liu Jihua Zhuang and Aishui Yu (2009) "A novel method to prepare nanostructured manganese dioxide and its electrochemical as a supercapacitor electrode" Electrochi mica A d a 54 pp.3047-3052 24 S.Dcvaraj and N.Munichandraiah (2007) "Hlectrochemica] supercapacitor studies of nanostructured ư-MnO: svnthesized b\ microemulsion method and the effect o f annealing" Journal of the electrochemical society 1M pp.80-88 25 T h iem Brousse Mathieu Toupin Remain Dugas Laurence Athoucl OliMcr Crosnier and Daniel Bclanacr (2006) 32 "Cnsialline Mn(): as possible alternatixcs to amorphous compounds in electrochemical supercapacitors iournal o f The Electrochemical Socien 153 pp.2171-2180 26 V.Subramanian Hongwei / h u a n d B i r mq i n e Wei ( 20 ) " N a n o s t r u c t u r e d M nO: : Hydrothermal sxnthesis and electrochemical properties as u s u p e r c a p a c i l o r e le c t r o d e m a t er ia l" Jo u rn a l (>1 PoMer Sources 159 p p 1- 364 27 Wei Xiao Hui Xia jerr\ Y.H.Fuh and I.i Lu (2009) "Growlh of sinelecrxstal a-MnO; nanotubes prepared b\ a h\ drothermal route and their electrochemical propcrt\" 28 Xueliang Li Wenjie I.i Xianeving Chen and ChcnuxNu Shi "I Ivdrothermal synthesis and characterization of orchid-like (2006) Mn(): nanostructures" Journal o f Crystal Growth 297 pp.387-389 29 Y a n g e Zhana L i \ o n e Chen Zhi Zhone Fermliniz Yanii (2009) "A redox- hydrothermal route to (3-MnO;> hollow octahedrons" Solid Slate Sciences 30 Yong Cai Zhana Tao Qiao Xiao Ya Hu and Wei Done Zhou đôi lần lươt là: 56- ^7- ~MG- I 1 A * V mA| tn r/Yni I U' ii “ ■ Ng°ài racác máu đưac thu\ nhiêt tronii cac ^ r ỉ / m f - ^ au: r ưf c: etan° 1và hôt T **** ? ? C'' e P :^ n c ^ c c° thành phần gồ m vặt liệu oxit mancan muội a\ et il en én Ip I e *°n 'V°L,L-!f ve ^ OIt ươnễ Úng ià 7:2:1 Hỗn hợp trộn đểu sau đỏ ; 'ươL ^ _ 0n^ ^ ^ p ^ u n 'ken yới lưc ép tấn/cm: Điên cưc sau ép đươc sãy kh ô 80 c h n^ífnr|truc C^ a ' i * * l?!* 0n^ ^ ợc xác định bang phương pháp nhiều xạ tia X thiét bị X-Siemen tia ? *~u' bước s° n g 1-5406 Ả Kích thước \ hình thái cua \ ặ t liệu nghiên cứu thiết bị chụp SEM Hitachi S-4800 A" + Tính chát điện hỏa cua vật liệu oxit mangan đo thiết bị Autolab 30 Eco chemie a an ẹ binh đo điện hoá điện cực gồm: Điện cực làm việc điện cực nehiên cửu điện cực so sánh điện cực bạc clorua điện cực phụ trợ điện cực platincùng nhung tronii duniỉ dịch điện li Na^SOj với nồng độ khác 2.2 Kêt thảo luận 2.2 ỉ c âu trúc cua vậí liệu oxií mangan Khi thay đơi hàm lượng etanol hỗn hợp phan ứng thành phần cấu trúc o \i t mangan thu khác Kêt qua chi hình I cho thấ\: Mau I có ti lệ sổ mol e t a n o l / K M n 6.56 cỏ cấu trúc tinh thê hausmannite MniOj: với mẵu -4 có ti lệ sổ mol e t a n o l / K M n 4.37 2.19 1.11 cắu trúc tinh thê oxit mangan tươniĩ tự nhau, bao gôm rnanganite y -M n OO H hausmannite MrhO-i: Mầu cỏ ti lệ số mol 0.44 san phâm gồm y - Mn OO H T kêt qua cho thây phan ứng khư KMnOj băng etanol có thê \ a \ theo íiiai đoạn sau: K M n Ơ + C H 3C H :OH M n O : + C W O O K - ROM + 2H; () M n O : + C H 3C H 2OH + KOH -> C H C O O K - 4ỵ-MnCX)H M n O ; + C H 3C H : OH + KOH M n ?0 + C l h C O O k - 2H: (1) (2) (2 ) I ; Thcu- Si Jk' Hình L Gian dồ nhiễu xạ lia X cua mau tơng hợp híMỊỉ plum W1ỊI thin nhwi hồn hợp phan imp, K M nO j - C:H fO H rói II lị’ võ mol eianol K U nO j lã 56 i h : -f.3~ i2): / (ì); 1.IK 4): tì.4 tỉl Cá c phan ứng nả> dược khăng định rõ thêm ta thấ> ham lượny \ 1n-.0 , irẽn gián đồ nhiễu xạ tia X giam mạnh, ngược lại hám lưạny y-MnOOII thi lãny lẽn đány kê hàm lượng etanol giam Trên hình anh S E M cua mẫu cỏ hãm lượng etanol KMn khác Kct qua cho thấv: Mầu ] có hàm lượníĩ etanol lớn thi san phãm ket tinh toi t o dạng que kích thươc l ớn' từ - n m C ác m ầ u có hàm lượng etanol trung binh ihi san phãm có dạng sợi kết tinh t ơng đối tốt kích thước đồng đêu đirờng kính khoang tư -i M i m Mau > t o hàm lượng etanol nho san phảm có dạng cáu ket tinh chưa hoan toan d e H ình 2: A nh SE M mâu củ hàm ỉuợng anoỊ khúc Iươìỉịỉ írnịỉ với h ỉê sị moi etanoỉ X \ í n 4: (a) 6.56; ịbị J '7; (c) 2.19; nỉ) Ị Ị ỉ: (vỉ 0.4 C ác kêt q u a trẽn cho thấy hàm lượng etanol hỗn hợp phan ứnti anh hươnu tới cấu trúc, hình ng kích thước vật liệu oxit mangan Điều nà> có thê hàm lượng etanol lớn làm gi am sức căng bê mặt san phâm hồn hợp phan ứnti lư dỏ làm tàng khả n ăn g đê sonvat hóa phân tư hỗn hợp vị vậ> san phảm kết tinh tốt ngược lại 2.2.2 Tính chât điện hỏa cua vật ỉiệu oxií mangan Tính chất điện hóa cua vặt liệu oxit mangan níỉhiên cứu troníỉ dune dịch Na:SO_i Có chế đưa đẻ giai thích phan ứng diễn bẻ mặt điện cực oxil manuan \à dun g dịch chất điện li trình phản cực [1-3]: C ó sụ vào cua ion H~ ion kim ioại kiêm v r (như N a ’ k~ ) điện cực t rong suốt qu trình phán cực: MnO: + v r + e' nhiệt trone hồn hợp phan ưng K M 11O + C ;H > O H có dung lượng riêng lớn quét phàn cực vò n íi trone mơi trường N a 2S I M Cơng trình hồn thành với ho trọ kinh phi cua đù lài nghiên ctnt khoa hoc cap Đại học O uôc gia Hà ,\ộị mã sơ UT-09-32 "Xghiên Cỉhi cảu trúc nâniỊ cao lính cluĩl CIU1 vật liệu M nŨ điêu chê hăng phương pháp khác Tài liệu tham khảo Mi n gd en g Wei Yoshinari Konishi Haoshen Zhou Hideki Suíiihara and Hironori A r a k aw a (2005) Nanotechnology 16 pp.245-249 P M Atkin (1998) Physical Chemistry Oxford L'niversit\ Press Oxford Melbourne Tokyo R o ng ro ng Jiang Tao Huarm Jiali Liu Jihua Zhuanii and Aishui > u (2009) Electrochim ica Acta 54 pp.3047-3052 Cheng ju n Xu Bao hu a Li Hongda Du Feiyu Kang, and Yuqun Zeng (2008) Journal (>1 Pow er Sources 184 pp.691-694 J eng- Kuei Chang Yi-Lun Chen and Wen-Ta Tsai (2004) Journal 1 Power Sources 135 pp 344-353 Thierrv Brousse Mathieu Toupin Romain Dugas Laurence Athouel 01 i \i er Crosnier and Daniel Bélaneer (2006) Journal o f The Electrochemical Society I 53 pp.2 17 1-2180 Wei Xiao Hui Xia jerr\ Y.H.Fuh and Li Lu (2009) M Nagao R Kanno Y Kawamoto T Kamiyama Abstracts of International Conference on Solid State Ionics 2001 (A-PO-42) ĐẠI H ỌC Ọ U Ỏ C GIA HÀ NỘI T R Ư Ờ N G ĐẠI HỌC KHO A HỌC T ự NHI ÉN KHOA: HỎA HỌC N g u y ễ n Thị T hanh C huyền NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT IN HểA ô CA VT LIU OXIT MANGAN ã ã Được ĐIÈU CHÉ • BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỬ K H Ó A L U Ậ N T Ố T N G H IỆ P HỆ ĐẠI HỌC C H ÍN H Q U Y N gành : Hóa lý thuyết hóa lý C án hiróng dẫn: ThS N guyễn Xuân Viết Hà Nội - 2009 PHIÊU ĐẢNG KÝ K ÉT Q U Ả N G H IÊ N c ứ u KH-CN Tênđể tài (hoặc dự án): N ghiên cứu cấu trúc nâng cao lính chắi cua vật liệu m điều chế bầng phư ơng pháp khác ; ị Mãsổ: ỌT - 09- 32 I Cơquan chù tri đề tài (hoặc dự n ) : T rườne Đ H K H Tự nhiên D H Q G H N ỠỊa chì: 334 Nguyền Trãi Thanh X uân Hà N ội Tel: 8.584287 Ị % ? kinh phí thực chi: j 0 0 0 rong đo: -Từ ngân sách nhà nước: * - Kinh phí trườne: ' Vay tín dụne: - Vốn tự có: ■ Thu hồi: hời gian nghiên cứu: 12 tháns hời êian bẩt đầu : /2 0 hời gian kết thúc: 12/2009 ■n cán hộ phối hợp nohicn cứu: TS N u \ c n I hị Câm Ha đãng k\ đề tài Sỏ ch ứ n íỉ nhận d ă n g k\ ày: két q u a n o h iê n cứu B ao mật: a Phô biên rộny rãi: h Phô hiên hạn chẽ: B ao mật: PHIÉL ĐẢNG KÝ KÉT ỌLẢ NGHIÊN c í i KH-CN I en đe tai (hoặc dự án): Nghiên cứu cẩu trúc nâne cao tính chất cua \ ật liệu M n O i điêu chẻ băng phưưnc pháp khác M ã số: Q T - 09- 32 C quan chu tri đề tài (hoặc dự án) : Trường ĐHK11 Tự nhiên Đ IQGHN Địa chỉ: 334 N g u \ễ n Trãi Thanh Xuân Hà Nội Tel: 8.584287 T ông kinh phí thực chi: 25.000.000 T ro n e đó: -T nân sách nhà nước: * - Kinh phí cua trườne: - Vay tín dụne: - Von tự có: - Thu hồi: Thời eian nehiên cứu: 12 tháng Thời sian bất đẩu : 01 2009 Thòi aian kết thúc: 12 2009 Tên cán phối hợp nehiên cứu: s N guyên Thị Câm Hà Sô đ ãn e k \ dê tài Số ch ứ n e nhận đăng k\ I Bao mật: Neàv: kết qua nahiên cứu a Phô biến rộng rãi: b Phô biên hạn chê: Bao mật: Tóm tắt ket nghiên cửu: Sản phẩm phản ủng KM n04 etanol điều kiện thủy nhiệt hỗn hợp gồm manganite y-MnOOH hausmannite Mn30 Khi tỉ lệ etanol/KMn04 lớn, oxit mangan thu có dạng hình que với kích thước lớn từ 150-250 nm, tỉ lệ etanol/KMn04 thấp có dạng hạt xốp cịn mẫu thủy nhiệt hỗn họp phản ứng với tỉ lệ etanol/KMn04 trung binh thu oxit mangan dạng sợi vói kích thước nhỏ từ 7-15nm Tỉ lệ y-Mn00H/Mn30 giảm ti lệ etaíioI/KMn04 tăng Điều kiện môi trường phản ứng ảnh hưởng lớn tới tính chất điện hóa vật liệu oxit mangan Kết cho thấy mẫu có tì lệ etanol/KMn 2.19, thủy nhiệt hỗn họp phản ứng KMn04 + C2HjOH có dung lượng riêng lớn nhât quét phân cực vịng mơi trường Na2 SƠ4 IM Vật liệu o x it m angan tổng hợp theo phương pháp thuỳ nhiệt hỗn hợp phản ứng có khả hoạt động điện hoá cao hom hẳn sovới vật liệu oxit mangan không thuỷ nhiệt thuỷ nhiệt nước Kiếnnghị qui mô đối tượng áp dụng nghiên cứu : Đề nghị tiếp tục nghiên cứu vấn đề sâu để phát triển Chủ nhiệm đề tài Thủ trường quan chủ trì đề tài Chủ tịch hội đồng đánh giá thức Thủ trường quan quản lý đề tài TL.GiAm Đốc Học hàm Học vị Ký tên đóng dấu ... KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tẳn đề tài: NGHIÊN CỬU CẤU TRÚC VÀ NÂNG CAO TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU M n02 ĐƯỢC ĐIỀU CHÉ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU. .. KẾT QUẢ NGHIÊN cứu ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tên đề tải: NGHIÊN CỬU CÁU TRÚC VÀ NÂNG CAO TÍNH CHÁT CỦA VẬT LIỆU MnOj ĐƯỢC ĐIÈU CHÉ BẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU MÃ... Xuân Viết CÁC CÁN BỘ THAM GIA: TS: Nguyễn Thị cẩm Hà HÀ NỘI - 2009 BAO CAO TOM TAT a Tên đề tài: Nghiên cứu cấu trúc nâne cao tính chất cua vật liệu MnO; dược điêu chê bang phương pháp khác b Chủ