Polymer LED nghiên cứu tổng hợp polyaniline và poly(p phenylene)vinylene

Polymer LED nghiên cứu tổng hợp polyaniline và poly(p phenylene)vinylene

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN NGỌC TUÂN POLYMER LED: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYANILINE VÀ POLY(p-PHENYLENE)VINYLENE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn ThS. DIỆP KHANH BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGUYỄN NGỌC TUÂN POLYMER LED: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP POLYANILINE VÀ POLY(p-PHENYLENE)VINYLENE ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC Người hướng dẫn ThS. DIỆP KHANH BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Tuân Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1990 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Hóa học MSSV: 0852010210 Nơi sinh: Bắc Trà My, Quảng Nam I. TÊN ĐỀ TÀI: Polymer LED: Nghiên cứu tổng hợp polyaniline và poly(p-phenylene)vinylene II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tổng hợp polyaniline dẫn điện dạng lỏng.  Tổng hợp 3 polymer thuộc họ poly(p-phenylene)vinylene.  Phân tích và đánh giá sản phẩm tổng hợp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 7/2/2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/8/2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Diệp Khanh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày tháng năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu LỜI MỞ ĐẦU Qua hàng nghìn năm tiến hóa, tự nhiên đã sáng tạo nên những điều kỳ diệu mà xung quanh cuộc sống chúng ta, những điều đó tưởng chừng quá quen thuộc. Khứu giác nhạy bén và khả năng cảm nhận tuyệt vời là những gì tự nhiên ban tặng cho một chú khuyển. Khả năng săn mồi bằng dòng điện sinh học độc đáo của loài cá trê thuộc nhánh sông của vùng Nam Mỹ. Những điều kỳ diệu được tự nhiên sáng tạo nên bây giờ đã có thể nằm trong tầm tay của con người. Khả năng khứu giác nhạy bén hay những lớp tụ điện siêu mỏng của loài cá đã được các nhà khoa học trên thế giới mô phỏng lại bằng những loại vật liệu mới, đó có thể là polymer dẫn điện. Polymer dẫn điện là một loại vật liệu được khám phá và phát triển rất nhiều hiện nay. Chúng đang dần thay thế cho các vật liệu vô cơ cổ điển trong các ứng dụng về cảm biến sinh học, tụ siêu mỏng, điện cực, màn hình siêu dẻo, sơn chống ăn mòn, vật liệu tàng hình. Sẽ thật tiện lợi nếu bạn có một cuộn pin mặt trời được làm từ polymer dẫn điện có thể cuộn lại và mang theo bên mình khi đi du lịch trên núi, sa mạc hay bất cứ đâu bạn muốn. Sẽ thật tuyệt nếu một ngày nào đó, chiếc đèn bàn có thể mỏng như tờ giấy và gắn bất cứ đâu mà không cần đến cây đỡ hay nếu bạn có một màn hình mỏng bằng polymer có thể uốn được thì có lẻ bạn sẽ không cần phải thay màn hình trong thời gian dài nếu có bị va đập. Đề tài “Polymer LED: nghiên cứu tổng hợp polyaniline (PANi) và poly(p- phenylene)vinylene (PPV)” là những kết quả nghiên cứu đầu tiên rất khả quan của chúng tôi về tổng hợp hai polymer dẫn điện là PANi và PPV dùng trong màn hình dẻo PLED, một loại màn hình mới sử dụng polymer làm nền phát huỳnh quang. PANi và PPV không chỉ phổ biến trong ứng dụng làm PLED mà còn được sử dụng nhiều trong các tấm pin mặt trời hữu cơ. Tổng hợp là bước đi đầu tiên và cơ bản nhất trong việc sử dụng polymer vào thực tế, chúng tôi hy vọng bài viết sẽ trở thành tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai muốn chinh phục loại polymer mới này. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu LỜI CẢM ƠN Sau 6 tháng nổ lực làm việc, tôi đã kết thúc thành công nghiên cứu tổng hợp các polymer dẫn điện PANi và PPV ứng dụng trong màn hình dẻo polymer LED. Để có được thành công đó tôi không thể thiếu được sự giúp đỡ từ gia đình, các thầy cô và bạn bè. Vậy nên tôi mong được gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Diệp Khanh, thầy đã hướng cho tôi đi những bước đi đầu tiên trên con đường nghiên cứu khoa học và dẵn dắt tôi đến khi hoàn thành đề tài này. Tôi xin cảm ơn trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Khoa Hóa học & CN Thực phẩm đã giúp đỡ tôi về kinh phí và vật tư để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu khoa học trong những năm học đại học của mình. Xin cảm ơn các cộng sự và các bạn học đã nhiệt tình giúp đỡ tôi khi làm việc. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH i DANH MỤC BẢNG . iv TỪ VIẾT TẮT v GIỚI THIỆU . 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2 1.1. Sơ lược về vật liệu polymer dẫn điện. . 2 1.1.1. Lịch sử phát minh polymer dẫn điện . 2 1.1.2. Cơ chế dẫn điện trong polymer 3 1.1.2.1. Cơ chế solution . 5 1.1.2.2. Cơ chế polaron 5 1.1.2.3. Chất doping . 6 1.2. Sơ lược về thiết bị PLED 8 1.2.1. Khái niệm PLED . 8 1.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động . 8 1.2.3. Ưu điểm PLED 10 1.2.4. Nhược điểm PLED 10 1.2.5. Sự phát triển của PLED trong tương lai 11 1.3. Phương pháp tổng hợp PANi . 11 1.4. Các phương pháp tổng hợp poly(p-phenylene)vinylene (PPV) . 13 1.4.1. Các phương pháp tổng hợp . 13 1.4.2. Cơ chế tổng hợp PPV bằng t-BuOK 17 1.4.3. Cơ chế thế nhóm SN 2 17 1.4.4. Cơ chế tách nhóm E 2 . 18 CHƯƠNG II. HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Hóa chất. 20 2.2. Thực nghiệm. 20 2.2.1. Tổng hợp polyaniline (PANi) . 20 2.2.1.1. Tổng hợp mẫu PANi – EB . 21 2.2.1.2. Tổng hợp PANi doping LAS . 21 2.2.1.3. Tổng hợp PANi trong PVA . 22 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu 2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất của poly(p-phenylene)vinylene) (PPV) . 23 2.2.2.1. Tổng hợp hydroquinone từ aniline 24 2.2.2.2. Chuẩn bị Kali tert-butoxide . 25 2.2.2.3. Tổng hợp bromoethane 25 2.2.2.4. Tổng hợp 1-bromooctane . 26 2.2.2.5. Tổng hợp p-ethoxyphenol 26 2.2.2.6. Tổng hợp 1-ethoxy-4-(octyloxy)benzene . 27 2.2.2.7. Tổng hợp 1,4-bis(chloromethyl)-2-ethoxy-5-(octyloxy)benzene 27 2.2.2.8. Tổng hợp poly(2-ethoxy-5-(octyloxy)-p-phenylene)vinylene (EOH-PPV) . 28 2.2.2.9. Tổng hợp 1,4-dioctyloxy benzene . 29 2.2.2.10. Tổng hợp 1,4-bis(chloromethyl)-2,5-dioctyloxybenzene (BCM-DOB) . 29 2.2.2.11. Tổng hợp poly(2,5-dioctyl-p-phenylene)vinylene (DOH-PPV-FClMe) 30 2.2.2.12. Tổng hợp 1,4-bis(bromomethyl)-2,5-dioctyloxybenzene(BBM-DOB) 31 2.2.2.13. Tổng hợp poly(2,5-dioctyloxy-p-phenylene)vinylene . 31 2.2.2.14. Tổng hợp 1,4-diethoxybenzene (DEB) . 32 2.2.2.15. Tổng hợp 1,4-bis(chloromethyl)-2,5-diethoxybenzene (BCM-DEB) . 32 2.2.2.16. Tổng hợp poly(2,5-diethoxy-1,4-phenylene)vinylene . 33 2.3. Phương pháp nghiên cứu. . 33 2.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR-FTIR) . 33 2.3.2. Phân tích bằng hiển vi điện tử quét 34 2.3.3. Đo điện trở của vật liệu . 36 2.3.4. Hiệu suất quá trình tổng hợp 37 2.3.5. Xác định nhiệt độ nóng chảy 37 2.3.6. Phương pháp phủ màng bằng bay hơi dung môi . 38 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1. Cơ chế của một số phản ứng tổng hợp thuộc PPV . 39 3.1.1. Cơ chế tổng hợp hydroquinone từ chuyển hóa benzoquinone . 39 3.1.2. Cơ chế tổng hợp Kali tert-butoxide . 40 3.1.3. Cơ chế tổng hợp bromoethane 40 3.1.4. Cơ chế tổng hợp p-ethoxyphenol . 41 3.1.5. Cơ chế tổng hợp BCM-EOB 41 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu 3.2. Hiệu suất tổng hợp và nhiệt độ nóng chảy 42 3.3. Kết quả phân tích PANi 43 3.3.1. Phổ IR 43 3.3.2. Đo Điện trở của PANi : LAS 52 3.3.3. Ảnh SEM của PANi doping LAS 52 3.4. Kết quả phân tích FTIR các mẫu trong quá trình tổng hợp dẫn xuất PPV 57 CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 67 4.1. Kết luận. 67 4.2. Đề nghị. . 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 68 PHỤ LỤC 74 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Mô tả cơ chế dẫn điện trong polymer dẫn 6 Hình 1.2. Các polymer sử dụng làm lớp quang điện trong PLED 8 Hình 1.3. Cấu trúc lớp của Polymer LED. 9 Hình 1.4. Cơ chế trùng hợp polyaniline 12 Hình 1.5. Các dạng cơ bản của dây phân tử polyaniline sau trùng hợp. . 13 Hình 1.6. Quá trình tổng hợp PPV bằng phương pháp Routes 13 Hình 1.7. Quá trình tổng hợp PPV bằng phương pháp dehydrohalogen 14 Hình 1.8. Quá trình tổng hợp PPV bằng phương pháp của Wittig 15 Hình 1.9. Bước tổng hợp PPV bằng phương pháp cặp đôi của Heck . 15 Hình 1.10. Cơ chế phản ứng tổng hợp PPV theo phản ứng E 2 17 Hình 1.11. Hình ảnh cơ chế phản ứng SN 2 . 18 Hình 1.12. Cơ chế tách E 2 tạo anken. 18 Hình 1.13. Hình lập thể anti hay trans của phân tử R-Cl. 19 Hình 2.1. Phương trình cơ bản tổng hợp PANi bằng phương pháp oxi hóa hóa học . 20 Hình 2.2. Mô tả quá trình tổng hợp PANi – EB . 21 Hình 2.3. Mô tả phản ứng tổng hợp PANi sử dụng LAS làm chất dopant. 22 Hình 2.4. Mô tả các bước tổng hợp các polymer thuộc họ PPV theo phương pháp dehydrohalogen. . 23 Hình 2.5. Mô tả các bước tổng hợp hydroquinone. 24 Hình 2.6. Phương trình tổng hợp benzoquinone. . 24 Hình 2.7. Phương trình tổng hợp potassium tert – butoxide (t-BuOK). . 25 Hình 2.8. Phương trình tổng hợp bromoethane. . 26 Hình 2.9. Phương trình tổng hợp 1-bromooctane . 26 Hình 2.10. Phương trình tổng hợp 4-ethoxyphenol 27 Hình 2.11. Phương trình tổng hợp 1-ethoxy-4-(octyloxy)benzene. 27 Hình 2.12. Phương trình tổng hợp 1,4-bis(chloromethyl)-2-ethoxy-5-(octyloxy)benzene (Comp.III) . 28 Hình 2.13. Phương trình tổng hợp poly(2-ethoxy-5-(octyloxy)-p-phenylene)vinylene 28 (EOH-PPV). 28 Hình 2.14. Phương trình tổng hợp 1,4-dioctyloxy benzene . 29