Sự khác nhau cơ bản của ba dẫn xuất này là các nhóm chức, điều này dẫn tới quá trình tự sắp xếp trên bề mặt điện cực cũng sẽ khác nhau. Cụ thể, đối với phân tử DBV, có hai cấu trúc tự sắp xếp được quan sát được trên bề mặt điện cực Cu(111) lần lượt là cấu trúc Herringbone (cấu trúc xương cá) và cấu trúc Stripe (cấu trúc kẻ sọc). Trong khi đó, chưa có cơng trình nào liên quán đến quá trình sắp xếp, cấy ghép của hai phân tử EV và g-DBV được công bố.
1.4. QUÁ TRÌNH TỰ SẮP XẾP CÁC PHÂN TỬ HỮU CƠ TRÊN BỀN MẶT GRAPHITE/GRAPHENE
Quá trình tự sắp xếp các nguyên tử/phân tử là sự liên kết tự nhiên ở trạng thái cân bằng của các phân tử/nguyên tử trong những điều kiện nhất định tạo thành hệ phân tử/nguyên tử mới có cấu trúc xác định và độ bền cao hơn. Quá trình tự sắp xếp các phân tử hữu cơ thường dẫn đến sự hình thành của hệ thống siêu phân tử có nhiều đặc tính khác biệt so với các phân tử riêng lẻ ban đầu.
Quá trình tự sắp xếp của các phân tử hữu cơ trên bề mặt graphene tại bề mặt phân cách rắn – lỏng là sự cân bằng của nhiều loại tương tác và liên kết khác nhau:
- Tương tác tĩnh điện: Xảy ra giữa các hợp phần mang điện tích trái dấu, lực tương tác tương đối mạnh (so với các loại tương tác khác như tương tác Van der Waals, tương tác π-π,…) và khơng có tính định hướng.
- Tương tác Van der Waals: Tương tác vật lý giữa các phân tử lưỡng cực. - Tương tác π-π: Là sự kết hợp giữa tương tác Van der Waals và tương tác tĩnh điện. Đối với liên kết π-π giữa các vòng thơm, khi các vòng đối diện với nhau tạo nên sự giao thoa giữa các điện tử π sẽ làm tăng năng lượng liên kết của các phân tử.
- Liên kết hiđro: Hình thành giữa nguyên tử H linh động giàu mật độ điện tích dương với nguyên tử mang điện tích âm hoặc giàu mật độ điện tích âm. Năng lượng của liên kết hiđro thường lớn hơn liên kết Van der Waals.
- Liên kết cộng hóa trị: Sự dùng chung một hay nhiều cặp electron của các nguyên tử.
- Liên kết phối trí: Liên kết được tạo nên giữa hai nguyên tử nhờ một cặp electron của một trong hai nguyên tử này.
Chương 2. THỰC NGHIỆM
2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ CHẾ TẠO MẪU
2.1.1. Hóa chất
- DBV (Dibenzyl Viologen dichloride)C H Cl N24 22 2 2(M 409,35g mol/ , độ tinh khiết 97%; Sigma Aldrich;
- DPV (Diphenyl Viologen dichloride) M 381,3g mol/ , độ tinh khiết 97%; Sigma Aldrich;
- KCl (M = 74,5 g/mol, độ tinh khiết 99,99%, Merck); - H2SO4 96% (M = 98 g/mol, Merck);
- Khí O2 y tế (độ tinh khiết 99%); - Khí N2 (độ tinh khiết 99%); - Nước cất 2 lần.
- NaNO2 0,1M
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
- Tế bào điện hóa;
- Điện cực so sánh Ag/AgCl;
- HOPG: Kích thước 12 12 1x x mm ; - Tấm Graphene: Kích thước8 8 1x x mm ; - Cân phân tích;
- Máy rửa sóng siêu âm (Elma); - Máy biến thế một chiều;
2.1.3. Chuẩn bị hóa chất
- Hóa chất rắn hoặc dung dịch axit đậm đặc được pha bằng nước milli-Q nhằm hạn chế thấp nhất sự pha lẫn chất bẩn làm ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả thực nghiệm.
- Dùng nước cất 2 lần rửa sạch các dụng cụ thủy tinh nhiều lần bằng máy rửa sóng siêu âm.
2..1.3.1. Dung dịch H2SO4 5 mM
- Dung dịch ban đầu: H2SO4 98% (M = 98 g/mol, d = 1,84 g/mL).
- Cách pha: Cho từ từ 2,7 mL dung dịch H2SO4 98% vào bình định mức có chứa 47,3 mL H2O cất khuấy đều thu được 50 mL dung dịch H2SO4 1 M. Tiếp tục lấy 5 mL dung dịch H2SO4 1 M cho vào bình định mức 1000 mL, cho nước vào đến vạch thu được 1000 mL dung dịch H2SO4 5 mM.
2.1.3.2. Dung dịch đệm KCl 10 mM trong H2SO4 5 mM
- Cân chính xác 1,8625 g KCl rồi cho vào bình định mức 250 mL. - Cách pha: Cho từ từ dung dịch H2SO4 5 mM đã chuẩn bị đến vạch và lắc đều, thu được 250 mL dung dịch KCl 10 mM + 5 mM H2SO4.
2.1.3.3. Dung dịch đệm KI 10 mM trong H2SO4 5 mM
- Cân chính xác 0,166 g KI rồi cho vào bình định mức 100 mL.
- Cách pha: Cho từ từ dung dịch H2SO4 5 mM đã chuẩn bị đến vạch và lắc đều, thu được 100 mL dung dịch KI 10 mM + 5 mM H2SO4.
2.1.3.4. Dung dịch đệm chlorine chứa phân tử DBV 1mM
- cân chính xác 0.0081 g DBV rồi cho vào bình định mức 20mL. - cách pha: cho từ từ dung dịch đệm chlorine đã chuẩn bị đến vạch và lắc đều, thu được
2.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA
2.2.1. Chuẩn bị dung dịch làm việc
Bước 1: Pha 1000 ml dung dịch H SO2 4 5mM từ dung dịch H SO2 496%; Bước 2: Pha 500 ml dung dịch KCl 10mM + H SO2 4 5mM;
Bước 3: Pha 100 ml dung dịch làm việc DBV 1mM + KCl 10mM + 2 4
H SO 5mM,
Các bước tiến hành tưng tự đối với dung dịch EV, ta có 100ml dung dịch làm việc EV 1mM + KCl 10mM + H SO2 4 5mM
2.2.2. Chuẩn bị tế bào điện hóa và điện cực làm việc
- Điện cực làm việc: Bề mặt HOPG để trong khơng khí có thể bị bẩn nên cần làm sạch bề mặt trước khi tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp bóc tách băng dính: dùng băng keo để lột một lớp graphite bề mặt, làm cẩn thận để bề mặt phẳng, sạch.