Hình 4.45 cho thấy hình thái của PANi được tổng hợp trên điện cực SS có dạng sợi có kích thước dao động từ 150nm đến 300nm và bắt đầu xuất hiện hiện tượng kết khối của màng PANi, hiện tượng kết khối PANi xảy ra là do sự phát triển của các sợi dẫn đến hiện tượng chồng lẫn lên nhau dẫn đến sự kết khối của màng PANi.
Việc nghiên cứu hình thái của màng PANi cho thấy rằng khi tổng hợp PANi ở dòng thấp thường cho PANi có cấu trúc trật tự hơn so với việc tổng hợp PANi ở dòng cao. Hình thái cấu trúc của PANi phụ thuộc lớn vào lực tương tác của nền điện cực với phân tử aniline, khi tương tác này lớn màng có
a b
xu hướng phát triển theo cấu trúc hai chiều, khi lực này nhỏ thì màng tạo thành có cấu trúc dạng sợi.
Hình 4.45: Ảnh SEM của PANi được tổng hợp trên điện cực SS ở các dung dịch khác nhau (a) H2SO4, (b) H2SO4 + HClO4, (c) Na2SO4, (d) Na2SO4 +HClO4
a b
KẾT LUẬN
Việc nghiên cứu hình thái cấu trúc của màng polyaniline tổng hợp trên các nền khác nhau trong các dung dịch khác nhau cho thấy có sự tượng quan giữa cấu trúc của màng polyaniline đối với tốc độ phát triển của màng.
- Khi màng có cấu trúc dạng sợi thì khi tốc độ tổng hợp tăng lên thì kích thước của sợi giảm đi và ngược lại.
- Khi màng có cấu trúc hai chiều thì khi tốc độ tổng hợp tăng lên thi trên màng xuất hiện nhiều hốc.
- Hình thái cấu trúc của màng polyaniline phụ thuộc rất lớn vào lực tương tác của aniline đối với nền điện cực. Khi lực tương tác này mạnh thì màng có xu hướng phát triển theo cấu trúc hai chiều, khi lực tương tác này yếu thì màng có cấu trúc dạng sợi.
Kết quả nghiên cứu đặc tính điện hóa của màng PANi trong dung dịch H2SO4 cho thấy đối với hầu hết các điện cực thì khi tăng điện thế thì điện trở chuyển điện tích cũng tăng theo. Việc tăng điện trở chuyển điện tích cũng đồng nghĩa với việc điện trở của màng cũng tăng nên. Tuy nhiên với điện cực thép không gỉ thì điện trở chuyển điện tích lại nhỏ nhất ở 0,5V điều này chứng tỏ rằng màng polyaniline dẫn điện tốt nhất tại điện thế đó, ở điện thế cao thì màng xảy ra quá trình hấp phụ và làm giảm điện trở chuyển điện tích của màng điều đó có nghĩa là có thể tổng hợp màng polyaniline ở điện thế cao hơn và màng polyaniline cũng có thể hoạt động ở điện thế cao hơn.
Kết quả nghiên cứu CV của màng polyaniline trong quá trình tổng hợp trên điện cực cho thấy trong môi trường axit quá trình oxy hóa của monome aniline bắt đầu xảy ra ở điện thế tương đối cao so với môi trường trung tính trong chu kỳ đầu tiên. Tuy nhiên trong môi trường axit thì màng polyaniline phát triển thuận lợi hơn do màng polyaniline được tổng hợp trong môi trường này có độ dẫn tốt hơn.
Sự có mặt của chất oxy hóa mạnh HClO4 trong dung dịch H2SO4 làm giảm tốc độ của phản ứng trong hầu hết các loại điện cực tuy nhiên lại làm tăng tốc độ của phản ứng trên điện cực ITO, sự tăng tốc độ của phản ứng là do khi có mặt HClO4 thì làm tăng nhanh diện tích bề mặt điện cực. Trong môi trường trung tính sự có mặt của HClO4 làm tăng tốc độ của phản ứng tổng hợp polyaniline ở vùng điện thế thấp, tuy nhiên không cải thiện được tốc độ tổng hợp của polyaniline ở điện thế cao. Sự có mặt của HClO4 trong dung dịch tổng hợp cho thấy có sự giảm của các sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp của màng polyaniline điều này có nghĩa là màng polyaniline sẽ bền hơn.
TÓM TẮT
Polyaniline là vật liệu quan trong nhiều lĩnh vực do tính chất ưu việt của nó về mặt vật lí, hóa học, quang học và đặc biệt thân thiện với môi trường. Ngày nay loại vật liệu này ngày nay vật liệu này có rất nhiều ứng dụng như: trong công nghệ điện tử có rất nhiều sản phẩm được chế tạo trên cơ sở polymer dẫn như transitor, màn hình hiển thị hữu cơ (OLED-organic light emitting diode); trong công nghệ cảm biến sinh học, hóa học như cảm biến glucose trong máu trên cơ sở polypyrrole, cảm biến NH3 trên cơ sở polyaniline; trong lĩnh vực dự trữ năng lượng bao gồm nguồn điện, siêu tụ điện hóa và trong lĩnh vực ăn mòn bảo vệ kim loại. Tổng hợp polyme dẫn có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp tuy nhiên phổ biến nhất là phương pháp điện hóa do có thể khống chế tốc độ phản ứng dễ dàng. Chính vì vậy việc ‘‘Nghiên cứu hình thái cấu trúc và đặc tính điện hóa của polyaniline
tổng hợp bằng con đường điện hóa’’ là cần thiết.
Màng PANi được tổng hợp bằng phương pháp quét thế vòng trong các dung dịch khác nhau, trên các nền điện cực khác nhau. Kết quả khảo sát sự hình thành và phát triển màng PANi, kết quả nghiên cứu đặc tính của màng sử dụng phương pháp CV và EIS, kết quả nghiên cứu hình thái cấu trúc của màng sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM cho thấy:
Có sự tượng quan giữa cấu trúc của màng polyaniline đối với tốc độ phát triển của màng.
Kết quả nghiên cứu đặc tính điện hóa của màng PANi trong dung dịch H2SO4 cho thấy đối với hầu hết các điện cực thì khi tăng điện thế thì điện trở chuyển điện tích cũng tăng theo. Việc tăng điện trở chuyển điện tích cũng đồng nghĩa với việc điện trở của màng cũng tăng nên. Tuy nhiên với điện cực thép không gỉ thì điện trở chuyển điện tích lại nhỏ nhất ở 0,5V điều này chứng tỏ rằng màng polyaniline dẫn điện tốt nhất tại điện thế đó, ở điện thế cao thì màng xảy ra quá trình hấp phụ và làm giảm điện trở chuyển điện tích
của màng điều đó có nghĩa là có thể tổng hợp màng polyaniline ở điện thế cao hơn và màng polyaniline cũng có thể hoạt động ở điện thế cao hơn.
Kết quả nghiên cứu CV của màng polyaniline trong quá trình tổng hợp trên điện cực cho thấy trong môi trường axit quá trình oxy hóa của monome aniline bắt đầu xảy ra ở điện thế tương đối cao so với môi trường trung tính trong chu kỳ đầu tiên. Tuy nhiên trong môi trường axit thì màng polyaniline phát triển thuận lợi hơn do màng polyaniline được tổng hợp trong môi trường này có độ dẫn tốt hơn.
Sự có mặt của chất oxy hóa mạnh HClO4 trong dung dịch H2SO4 làm giảm tốc độ của phản ứng trong hầu hết các loại điện cực tuy nhiên lại làm tăng tốc độ của phản ứng trên điện cực ITO, sự tăng tốc độ của phản ứng là do khi có mặt HClO4 thì làm tăng nhanh diện tích bề mặt điện cực. Trong môi trường trung tính sự có mặt của HClO4 làm tăng tốc độ của phản ứng tổng hợp polyaniline ở vùng điện thế thấp, tuy nhiên không cải thiện được tốc độ tổng hợp của polyaniline ở điện thế cao. Sự có mặt của HClO4 trong dung dịch tổng hợp cho thấy có sự giảm của các sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp của màng polyaniline điều này có nghĩa là màng polyaniline sẽ bền hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. F. Carpi, D. De Rossi, Optics & Laser Technology 38 (2006) 292–305 2. Jianhua Xu, Yajie Yang , Junsheng Yu, Yadong Jiang. Applied Surface Science 255 (2009) 4329–43334.
3. Bongkoch Somboonsub , Michael A. Invernale, Supakanok Thongyai, Piyasan Praserthdama, Daniel A. Scola, Gregory A. Sotzing b, Polymer 51 (2010) 1231–1236
4. M. Marchesiezllo, Eugem Genies, Electrochimica Acta Vol 37 No I I, pp 1987-1992. 1992
5. C. G. J. Koopal, M. C. Feiters, R. J. M. Nolte, Biosensors & Bioelectronics 7 ( 1992) 461-471
6. E.M.I. Mala Ekanayake, D.M.G. Preethichandra, Keiichi Kaneto, Biosensors and Bioelectronics 23 (2007) 107–113
7. Jing Shi, Pengliang Ci, FeiWanga, Hui Penga, Pingxiong Yanga, LianweiWang, Biosensors and Bioelectronics (2010)
8. Joseph Wang, Mustafa Musameh, Analytica Chimica Acta 539 (2005) 209–213
9. H. Hu, M. Trejo, M.E. Nicho, J.M. Saniger, A. Garcia-Valenzuela, Sensors and Actuators B 82 (2002) 14 -23
10. M. Matsuguchi, A. Okamoto, Y. Sakai, Sensors and Actuators B 94 (2003) 46–52
11. M. Matsuguchi, J. Io, G. Sugiyama, Y. Saka, Synthetic Metals 128 (2002) 15–19
12. Chellachamy A. Amarnath, Jin Ho Chang, Doyoung Kim, Rajaram S. Mane, Sung-Hwan Han, Daewon Sohn, Materials Chemistry and Physics 113 (2009) 14–17
13 Li-Jie Sun, Xiao-Xia Liu, European Polymer Journal 44 (2008) 219–224 14. Hongyu Mi, Xiaogang Zhang, Sudong Yang, Xiangguo Yeb, Jianming Luo, Materials Chemistry and Physics 112 (2008) 127–131
15. Wei-Chih Chen, Ten-Chin Wen 1, Hsisheng Teng, Electrochimica Acta 48 (2003) 641/649
16. Hanlu Li, JixiaoWangb, Qingxian Chub, ZhiWangb, Fengbao Zhanga, ShichangWang, Journal of Power Sources 190 (2009) 578–586
17. S. Sathiyanarayanan, K. Maruthan, S. Muthukrishnan, G. Venkatachari, Progress in Organic Coatings 66 (2009) 113–117
18. S. Sathiyanarayanan, C. Jeyaprabha, G. Venkatachari, Materials Chemistry and Physics 107 (2008) 350–355
19. M. Kraljic, Z. Mandic, Lj. Duic, Corrosion Science 45 (2003) 181–198 20. Y. Chen, X.H. Wang , J. Li, J.L. Lu, F.S. Wang, Corrosion Science 49 (2007) 3052–3063
21. RG. LINFORD. Elechochemical science and technology of polymes 2,1990
22. G. Inzelt, F. Scholz. Conducting polymers, 2008
23. Siegmar Roth, Advances in Solid State Physics, 1984, Volume 24/1984, 119-132
24. Trương Văn Tân, Vật liệu tiên tiến từ polymer dẫn đến ông than nano. 2008
25. G. Wallace, M. Spinks, A.P. Kane-Maguine, R. Teasdale. Conductive electroactive polymers, 2003
26. Trương Ngọc Liên , Điện hoá lý thuyết, 2002 27. L.I. Antropov, Theoretical electrochemistry.
28. K. David, Jr. Gosser. Cyclic Voltammetry-simulation and analysis of reaction mechanisms, 1994.
29. E. Orazem, Bernard Tribollet, Electrochemical Impedance spectroscopy, 2008
30. Evgenij Barsoukov, J. Ross Macdonald, Impedance Spectroscopy Theory, Experiment, and Applications,2005
31. E.C Venancio, C.A.R. Costa, S.A.S. Machado, A.J. Motheo, Electrochemistry communication 3 (2001) 229-233
32. A.Q. Zhang, C.Q. Cui, Jim Y. Lee, Synthetic Metals 72 (1995) 217- 223
33. OM. Bockris, U.M. Khan, Surface electrochemistry, 1993 34. Louis Meites, Petr Zuman, Electrochemical Data, 1974
35. Tran Trung, Tran Huu Trung, Chang-Sik Ha, Electrochimica Acta, Volume 51, Issue 5, 10 November 2005, Pages 984-990