Hình 3.5.Ảnh SEM màng Pt chế tạo ở 140°C trước khi nung
Hình 3.5 và 3.6 lần lượt là ảnh SEM của màng Pt chế tạo ở 140°C trước khi nung và sau khi nung ở 450°C. Trước khi nung, hình ảnh khá mờ, không rõ nét. Nguyên nhân là vì muối còn dư và một số hợp chất hữu cơ được tạo thành sau phản ứng làm cho màng dẫn điện kém dẫn đến lượng electron thứ cấp sinh ra khi chụp SEM ít, gây khó khăn cho quá trình ghi ảnh. Sau khi nung lên 450°C, màng hiện lên khá rõ ràng do các hợp chất hữu cơ và muối này đã bị phân hủy hoàn toàn làm cho màng dẫn điện tốt.
Hình 3.6.Ảnh SEM màng Pt chế tạo ở 140°C sau khi nung ở 450°C. (a) cấu
trúc màng, (b) các đám hạt
Dựa vào hình 3.6, mẫu nung ở 450°C có thể quan sát thấy 2 cấu trúc khá rõ ràng là cấu trúc màng (a) và các đám hạt (b). Hai loại cấu trúc này tương ứng với 2
45
quá trình mọc màng: Quá trình mọc màng trên đế và quá trình mọc màng trong lòng chất lỏng. Đối với quá trình mọc màng trên đế, dưới tác dụng của nhiệt, tiền chất Pt ngay lập tức bị khử để tạo thành các nhân Pt gắn chặt trên bề mặt đế. Các nhân Pt này phát triển dần tạo thành cấu trúc màng liên tục trải đều trên toàn bộ bề mặt đế. Đối với quá trình mọc màng trong lòng chất lỏng, các nhân Pt hình thành một các ngẫu nhiên trong dung dịch, dưới tác động của đối lưu, các nhân đó chuyển động liên tục và phát triển lên tạo thành các hạt nano Pt tự do. Khi dung dịch phản ứng bay hơi hết, các hạt nano này sẽ kết tụ vào nhau thành từng đám và lắng đọng trên bề mặt của cấu trúc màng phía dưới. Vì là chỉ là các hạt nằm chồng lên nhau, nên khi chưa nung, các hạt này dễ dàng bị bong ra khỏi đế khi cho vào nước. Đây chính là nguyên nhân làm cho màng Pt khi chưa xử lý nhiệt có độ bám dính kém. Sau khi ủ lên, các các đám hạt nano dưới tác dụng của nhiệt khuếch tán vào nhau và khuếch tán vào cấu trúc màng Pt bên dưới làm cho độ bám dính của chúng tăng lên đáng kể.
Bên cạnh hai loại cấu trúc màng và các đám hạt như đã chỉ ra, trên bề mặt của mẫu sau khi nung còn có các hạt có kích thước lớn hơn nằm phía trên cả cả hai loại cấu trúc này. Các hạt đó phân bố một cách đồng đều xuyên suốt bề mặt của mẫu nên có thể kết luận chúng được hình thành sau khi nung lên nhiệt độ cao chứ không thể hình thành bằng phản ứng ethylene glycol khử ion Pt. Vì nếu chúng được hình thành trong phản ứng khử polyol thì sau khi dung môi phản ứng bay hơi hết, các hạt này phải kết đám lại với nhau chứ không thể phân bố đồng đều như vậy. Chỉ có một cách giải thích hợp lý đó là các hạt này có nguồn gốc tự sự phân hủy muối H2PtCl6 còn dư ở nhiệt độ cao. Điều này được khẳng định khi nghiên cứu ảnh SEM của màng Pt chế tạo ở 160°C và nung lên 450°C.
Hình 3.7 là ảnh SEM của màng Pt được chế tạo ở 160°C. Bề mặt của màng khá lồi lõm so với mẫu chế tạo ở 140°C. Nguyên nhân có thể là do quá trình bay hơi và đối lưu mạnh của dung môi phản ứng ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, bề mặt mẫu không tồn tại các hạt có kích thước lớn phân bố đồng đều như hình 3.6. Như vậy có
46
thể kết luận rằng ở 160°C, ethylene glycol oxi hóa thành glycolaldehyde khá nhiều, dẫn tới việc khử hoàn toàn axit chloroplatinic trong dung dịch, do đó không còn lượng H2PtCl6 còn dư để phân hủy thành hạt Pt ở nhiệt độ cao.
Hình 3.7.Ảnh SEM mẫu chế tạo ở 160°C
Ảnh chụp AFM (hình 3.8) cho thấy chi tiết trên bề mặt của màng Pt. Do có sự tổng hòa của các cấu trúc màng, các đám hạt và các Pt do nhiệt phân, bề mặt màng Pt có độ mấp mô lớn dẫn đến diện tích bề mặt của màng tăng lên. Vì vậy, màng Pt này lý tưởng để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cần diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên để nghiên cứu chi tiết một cách định lượng khá khó khăn vì các quá trình này mang tính ngẫu nhiên cao, khó lặp lại.
Hình 3.8.Ảnh AFM của mẫu chế tạo ở 140°C sau khi nung
47