CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.2.2. Quy trình chế tạo điện cực
Đế PET (kích thước 2,5 cm × 2,5 cm) được làm sạch bằng cách rung siêu âm 2 lần với nước cất và 2 lần với IPA. Sau đó, đế được làm khơ bằng súng phun nitơ và để trong tủ sấy ở 80 oC trong vịng 15 phút. Nhìn chung, quy trình chế tạo điện cực tổ hợp trong suốt bằng phương pháp phủ quay gồm 3 giai đoạn cụ thể như sau: - Giai đoạn 1: Nhỏ từ từ dung dịch phủ lên bề mặt đế PET vốn được giữ
chặt bằng bơm hút chân không.
- Giai đoạn 2: Đế được quay ở tốc độ cao và lực ly tâm giúp cho dung dịch sợi nano bạc phân tán đều trên mặt đế.
- Giai đoạn 3: Giai đoạn dung môi bay hơi và để lại một lớp chất dẫn điện mỏng trên bề mặt đế.
Một số lưu ý:
- Khi phủ dung dịch lên đế, cần nhỏ đều tay để tránh hiện tượng điện trở không đều trên bề mặt điện cực.
- Thao tác phủ giữa các lần thực hiện cần tương tự nhau để kết quả thu được có độ tin cậy cao.
a) Điện cực ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử
EDOT PSS H2O Na2S2O8 HCl FeSO4 Khuấy 30 phút ở 20 ᵒC Khuấy 24 giờ Loại bỏ các ion Na+, Fe2+, SO42-
Khuấy trong 1 giờ
PEDOT:PSS/
26
❖ Quy trình chế tạo điện cực
Với mục đích ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử, điện cực dựa trên các vật liệu AgNWs, GO, PEDOT:PSS với sáu cấu trúc khác nhau đã được chế tạo. Để chế tạo các điện cực với cấu trúc khác nhau, ba dung dịch AgNWs, GO và PEDOT:PSS được phủ lên đế PET (Hình 2.4) bằng phương pháp phủ quay ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 40 giây. Sau quá trình phủ, các điện cực được ủ nhiệt ở 120 oC trong 5 phút.
Hình 2.4. Sáu loại điện cực cấu trúc khác nhau được chế tạo dựa trên các
vật liệu AgNWs, GO, PEDOT:PSS
❖ Quy trình chế tạo pin mặt trời
Sau quá trình tối ưu cấu trúc điện cực dựa trên các vật liệu AgNWs, GO và PEDOT:PSS, điện cực được ứng dụng làm cực dương trong pin mặt trời polyme hữu cơ (Hình 2.5a). Linh kiện được chế tạo như sau: hỗn hợp PBDB-T và ITIC (tỉ lệ khối lượng là 1:1) được hịa tan trong dung mơi chlorobenzene (2%) và khuấy ở 65 °C trong 12 giờ. Lớp hoạt động được phủ quay trên điện cực dương ở tốc độ 3000 vịng/phút trong 40 giây. Tiếp theo đó các lớp LiF và Al có độ dày lần lượt là 1 nm và 100 nm được lắng đọng trên bề mặt linh kiện bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong môi trường chân không.
PET PET PET PET PET PET AgNWs PEDOT:PSS AgNWs AgNWs PEDOT:PSS AgNWs PEDOT:PSS PEDOT:PSS GO AgNWs GO PEDOT:PSS PEDOT:PSS GO AgNWs GO PEDOT:PSS D1 D2 D3 D4 D5 D6
27
Hình 2.5. Cấu trúc linh kiện pin mặt trời hữu cơ sử dụng điện cực dương
dựa trên tổ hợp AgNW/GO (a); Công thức cấu tạo của lớp hoạt động PBDB–T: ITIC
b) Điện cực ứng dụng trong cảm biến điện hóa
❖ Nghiên cứu cấu trúc phù hợp trong cảm biến điện hóa
Trong nghiên cứu này, điện cực dựa trên tổ hợp AgNW/GO với các cấu trúc khác nhau đã được chế tạo. Hình 2.6 minh họa cấu trúc của năm điện cực khác nhau.
Thuyết minh quy trình:
Trong bước đầu tiên, dung dịch AgNWs được phủ quay lên đế PET ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 40 giây trên tất cả các điện cực. Sau đó, ba điện cực E2, E3 và E5 được xử lý bằng phương pháp ép cơ học ở áp suất 10 MPa trong 10 giây ở nhiệt độ phịng. Trong khi đó, hai điện cực E1 và E4 được ủ nhiệt ở 120 ºC trong 5 phút. Tiếp theo, trên tất cả các điện cực, dung dịch AgNW được phủ quay ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 40 giây để tạo thành lớp AgNWs thứ hai. Tiếp đó, điện
Đế PET Điện cực dương Lớp hoạt động LiF
Điện cực âm (Al)
PBDB-T ITIC
a)
28 cực E3 được ép ở 10 MPa trong 10 giây, trong khi các điện cực khác được ủ nhiệt ở nhiệt độ 120 ºC trong 5 phút. Cuối cùng, điện cực E4 và E5 được phủ thêm lớp GO và ủ nhiệt ở 120 ºC trong 5 phút.
Các điện cực sau khi chế tạo được thực hiện kiểm tra độ bền qua một số thí nghiệm: uốn dưới đường kính 5mm, bảo quản 2 tháng, rung siêu âm hay kiểm tra lực bám dính.
Hình 2.6. Năm cấu trúc điện cực khác nhau được sử dụng để phát hiện ion
Pb(II)
❖ Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phân tích
Thí nghiệm phát hiện ion Pb(II) được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống ba điện cực bao gồm:
• Điện cực đối (CE): điện cực sợi Platin
• Điện cực so sánh (RE): điện cực Ag/AgCl/KCl bão hịa
• Điện cực làm việc: điện cực chế tạo được dựa trên vật liệu AgNW, GO
Diện tích bề mặt hoạt động của các điện cực làm việc được sử dụng để phát hiện Pb (II) là 1 cm x 1 cm.
Trong nghiên cứu này, cường độ dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Pb trên các điện cực thu được bằng phương pháp SWASV. Đường SWASV được tiến hành đo trong dung dịch chứa Pb(II) với biên độ xung 0,025 V; khoảng quét thế từ -1,0 V đến -0,15 V. Để tìm ra điều kiện làm việc tối ưu cho cảm biến điện hóa phát hiện ion Pb(II), một số điều kiện phân tích sau đã được nghiên cứu:
• Ảnh hưởng của dung dịch đệm: các dung dịch đệm axetat, KCl/HCl, photphat (PBS) và đệm Britton-Robinson đã được khảo sát.
GOphủ quay AgNWsép AgNWsphủ quay AgNWsphủ quay AgNWsphủ quay PET AgNWsép PET GOphủ quay AgNWsphủ quay PET AgNWsphủ quay PET AgNWsép AgNWsphủ quay PET AgNWsép E1 E2 E3 E4 E5
29 Tiến hành ghi đo đường SWASV của dung dịch chứa 20 µg L-1 Pb(II) trong các dung dịch đệm khác nhau ở pH = 4 với thời gian điện phân là 120 s.
• Ảnh hưởng của pH dung dịch: pH được khảo sát trong khoảng từ 3,6 đến 5,6.
Tiến hành ghi đo đường SWASV của dung dịch chứa 20 µg L-1 Pb(II) trong nền đệm đã tối ưu với thời gian điện phân là 120 s.
• Ảnh hưởng của thời gian tích lũy: thời gian được khảo sát trong khoảng từ 60 đến 600 giây.
Tiến hành ghi đo đường SWASV của dung dịch chứa 20 µg L-1 Pb(II) trong nền đệm với pH tối ưu.
❖ Ứng dụng cảm biến điện hóa dựa trên AgNW/GO trong phân tích mẫu thực
Để nghiên cứu khả năng ứng dụng của cảm biến dựa trên AgNW/GO, cảm biến được sử dụng để phân tích ion Pb(II) trong 2 mẫu nước thực: nước uống và nước máy. Trong nghiên cứu này, phương pháp thêm chuẩn được sử dụng để xác định nồng độ ion Pb(II) trong mẫu thực. Quy trình phân tích hàm lượng Pb(II) trong các mẫu nước bằng phương pháp SWASV sử dụng điện cực AgNW/GO được thực hiện như sau:
• Hai mẫu nước uống và nước máy được thu thập và lưu giữ ở nhiệt độ 4oC.
• Sau đó, dung dịch chuẩn chứa Pb(II) với hàm lượng đã biết được thêm vào nước uống hoặc nước máy để tạo thành mẫu cần phân tích.
• Tiếp theo, các dung dịch chứa hàm lượng Pb(II) tương tự lần lượt được thêm vào mẫu (3 lần) và ghi lại tín hiệu.
• Từ quá trình tăng của chiều cao pic Pb(II) thu được, nồng độ Pb(II) được thêm trong mẫu ban đầu được tính tốn bằng phương pháp ngoại suy.