M Ở ĐẦU
3.1. Khảo sát hình thái, cấu trúc của silica, polypyrrole và
polypyrrole/silica
Các chất được tổng hợp, sử dụng trong khóa luận này được xác định hình thái và cấu trúc bằng phương pháp phổ hồng ngoại FTIR và kính hiển vi điện tử quét SEM.
Phổ hồng ngoại FT-IR được sử dụng nhằm chỉ ra các nhóm chức hấp thụ đặc trưng của vật liệu nanocompozit polypyrrole/silica. Đó là nhóm Si-O- Si của silica và các nhóm C=C, C-N, C-H của polypyrrole.
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của nanosilica
Bảng 3.1. Các pic đặc trưng của đường phổ nanosilica (hình 3.1)
Số sóng (cm-1) Pic đặc trưng
1100, 800, 470 Liên kết Si-O-Si
952 Liên kết Si-OH
32
Hình 3.2. Ảnh SEM của nanosilica (a), nanocompozit PPy/silica tỷ lệ 1:1 (b), 2:1 (c), 4:1 (d), 8:1 (e), PPy (f)
Hình 3.1 trình bày phổ hồng ngoại với các pic đặc trưng cho các liên kết trong phân tử của các hạt nanosilica tổng hợp (bảng 3.1). Các pic ở 1100 cm-1, 800 cm-1, 470 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Si-O-Si trong phân tử SiO2. Pic ở sốsóng υ = 952 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị
33
của liên kết Si-OH (liên kết giữa silica và nước). Pic ở số sóng υ = 3442 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm -OH (trong nước). Ảnh chụp SEM (hình 3.2a) cho thấy nanosilica có dạng hạt hình cầu, tách rời nhau không bị kết tụ. Kích thước các hạt nanosilica khá đồng đều, khoảng 100-150 nm.
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của polypyrrole
Phổ FT-IR của polypyrrole được thể hiện trên hình 3.3 cho thấy dao động hóa trị của các liên kết trong phân tử polypyrrole (bảng 3.2). Mỗi pic với số sóng υ khác nhau thể hiện một liên kết trong phân tử polypyrrole. Với số sóng υ = 1521 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=C trong vòng pyrrole. υ = 1437 cm-1 là pic đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-N trong vòng pyrrole còn υ = 1328 cm-1 là pic đặc trưng cho dao động biến dạng của liên kết C-N trong vòng pyrrole. Phổ hồng ngoại trên hình 3.3 cũng cho thấy dao động trong cùng mặt phẳng của liên kết C-H tại υ = 1154 cm-1
, liên kết =C-H tại υ = 1039 cm-1
. Số sóng υ = 786 cm-1
thể hiện dải hấp phụ của chuỗi liên hợp đối với cấu trúc dị vòng của polypyrrole. Hình 3.2f cho thấy, các hạt polypyrrole tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong HCl có cấu trúc dạng tấm, kết tụ lại như cấu trúc của san hô. Các hạt polypyrrole có kích thước khá lớn (≥ 0,5 µm).
34
Bảng 3.2. Các pic đặc trưng của đường phổ polypyrrole (hình 3.3)
Số sóng (cm-1) Pic đặc trưng
1521 Dao động của liên kết C=C trong vòng pyrrole 1437 Dao động dãn nén của liên kết C-N trong vòng pyrrole 1328 Dao động biến dạng của liên kết C-N trong vòng
pyrrole
1154 Dao động của liên kết C-H trong cùng mặt phẳng 1039 Dao động của liên kết =C-H trong cùng mặt phẳng
786 Dải hấp phụ của chuỗi liên hợp đối với cấu trúc dị vòng của PPy
Phổ IR của các mẫu nanocompozit polypyrrole/silica tỷ lệ 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, 8:1 (hình 3.4) đều cho thấy sự xuất hiện của polypyrrole và silica do có sự xuất hiện các pic đặc trưng (bảng 3.3). Với mẫu nanocompozit PPy/silica tỷ lệ 1:1, do silica có nhiều trong nền PPy nên các pic đặc trưng của silica thể hiện rõ rệt trên dải phổ. Hiện tượng này cũng được quan sát rõ trên ảnh chụp SEM (hình 3.2b), chỉ một phần nhỏ các hạt silica được bọc bởi PPy. Vì vậy, phổ hồng ngoại của các hạt nanocompozit polypyrrole/silica với tỷ lệ 1:1 không thể hiện được rõ các pic đặc trưng của PPy.
35
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của SiO2 (1), nanocompozit PPy/silica tỷ lệ 1:1 (2), 2:1 (3), 4:1 (4), 6:1 (5), 8:1 (6), PPy (7)
Khi nồng độ PPy trong hỗn hợp nanocompozit tăng lên thì các pic đặc trưng của PPy dần thể hiện rõ ràng hơn, ngược lại các pic liên kết hóa học đặc trưng của silica ngày càng yếu. Tại tỷ lệ PPy : SiO2 = 2 : 1, phổ IR bắt đầu thể hiện rõ các pic đặc trưng của polypyrrole tại các vị trí số sóng 1521 cm-1, 1437 cm-1, 1328 cm-1, 1154 cm-1 và 786 cm-1. Trong khi đó, các pic đặc trưng của silica (1100 cm-1, 952 cm-1 và 800 cm-1) lại bị suy giảm. Ảnh chụp SEM của mẫu bột cho thấy các hạt silica đã được bảo phủ bởi PPy, tuy nhiên, vẫn còn quan sát được một số hạt silica chưa được bao phủ (hình 3.2c).
Đối với các mẫu nanocompozit có thành phần polypyrrole cao hơn, các hạt silica bị bao phủ hoàn toàn bởi polypyrrole (hình 3.2d, e). Do polypyrrole được tổng hợp bằng phương pháp hóa học trong dung dịch phân tán nanosilica, các hạt nanocompozit polypyrrole/silica không còn hình dạng tấm đặc trưng như polypyrrole được tổng hợp trong dung dịch không có silica. Kích thước của các hạt nanocompozit polypyrrole/silica và kích thước của đám kết tụcũng nhỏ hơn so với các hạt polypyrrole tổng hợp. Do thành phần
36
của polypyrrole trong các hạt nanocompozit tỷ lệ 4:1 và 8:1 là khá cao, nên phổ IR của các mẫu bột này thể hiện rõ nét các pic đặc trưng của Ppy. Ngược lại, các pic đặc trưng cho liên kết của silica trên phổ hồng ngoại ngày càng nhỏ lại.
Bảng 3.3. Các pic đặc trưng của các đường phổ (hình 3.4)
Số sóng (cm-1) Pic đặc trưng
1521 Dao động của liên kết C=C trong vòng pyrrole 1437 Dao động hóa trị của liên kết C-N trong vòng pyrrole 1328 Dao động biến dạng của liên kết C-N trong vòng
pyrrole
1154 Dao động của liên kết C-H trong cùng mặt phẳng
1100 Liên kết Si-O-Si
952 Liên kết Si-OH
800 Liên kết Si-O-Si
786 Dải hấp phụ của chuỗi liên hợp đối với cấu trúc dị vòng của PPy
37