3.2. Đặc trƣng tính chất điện cực
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian điện kết tủa tạo platin (t Pt )
Ảnh SEM của điện cực Pt/GC với thời gian điện kết tủa tạo platin (tPt) khác nhau được chỉ ra ở hình 3.13. Theo như kết quả ở hình 3.13, khi chưa biến tính thì bề mặt điện cực nền GC trơn, nhẵn và bóng, khi điện phân tạo platin ở điện thế cố định -0,2 V trong thời gian 50 s, các hạt platin bắt đầu được hình thành và nằm rải rác trên nền điện cực. Khi thời gian điện phân tăng lên đến 100 s, nhiều mầm tinh thể mới được hình thành trên bề mặt điện cực, do đó mật độ các hạt nano platin đã
dày đặc hơn, tuy nhiên chưa xen phủ kín được bề mặt than thủy tinh. Khi thời gian điện phân tạo platin tăng lên 150 s, lúc này nano platin có hình dạng là những bông hoa, mật độ xen kẽ của những bông hoa dày hơn và phân bố đều khắp bề mặt. Khi thời gian tăng lên đến 200 s, 300 s kích thước các bông hoa platin tăng lên và không đồng đều, lúc này xảy ra hiện tượng kết đám, co cụm các tiểu phân platin tạo thành nhiều lớp hạt, nằm chồng lắp lên nhau.
Như vậy, để thu được lớp nano platin dạng cấu trúc hình hoa phủ kín điện cực nền thì thời gian tối ưu cho việc điện phân kết tủa platin lên điện cực glassy cacbon diện tích 0,071 cm2 là 150 s tại thế -0,2 V.
Hình 3.13. Ảnh SEM của điện cực Pt/GC với thời gian điện kết tủa tạo platin khác nhau: (a) 0 s; (b) 50 s; (c) 100 s; (d) 150 s; (e) 200 s; (f) 300 s
3.2.2.2. Ảnh hưởng của tPt đến thành phần bề mặt điện cực Pt/GC
Để xác định thành phần các nguyên tố có mặt trên bề mặt điện cực Pt/GC theo tPt khác nhau chúng tôi đã nghiên cứu phổ tán xạ năng lượng tia X của điện cực Pt/GC ở các điều kiện tPt khác nhau. Kết quả thu được dưới đây:
Hình 3.14. Phổ tán xạ năng lượng tia X của điện cực Pt/GC theo thời gian tạo platin (tPt) khác nhau
Theo kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) của bề mặt điện cực Pt/GC theo thời gian tạo platin (tPt) khác nhau cho thấy phổ EDX thu được có 2 đỉnh được gán cho C (0,28 keV) và Pt (2,10 keV). Kết quả cho thấy khi thời gian tạo platin (tPt) tăng thì tỷ lệ % khối lượng Pt trên bề mặt điện cực tăng.
3.2.2.3. Diện tích hoạt động điện hóa của điện cực Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau
Tương tự như mục 3.2.1.4 diện tích hoạt động điện hóa (Ahd) của điện cực Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau được tính theo phương trình Randle – Sevcik. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.15 và bảng 3.4.
Bảng 3.4. Diện tích hoạt động điện hóa của điện cực Pt/GC với tPt khác nhau
GC Pt/GC
50s 100s 150s 200s 300s
Ipc.10-6 (A) 44,11 106,23 120,21 186,85 121,40 120,86 Ahd.10-2(cm2) 4,35 10,48 11,86 18,43 11,98 11,92
Hình 3.15. Đường CV của Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau trong dung dịch K3[Fe(CN)6] 5 mM pha trong đệm photphat 0,2 M, pH = 7, tốc độ quét thế 0,1 V/s
Theo kết quả bảng 3.4, so với diện tích hoạt động điện hóa trên điện cực nền GC, diện tích hoạt động điện hóa (Ahd)của các điện cực Pt/GC tăng lên và tăng dần theo chiều tăng của tPt từ 50 s đến 150 s, sau đó giá trị này giảm xuống khi tPt là 200 s, 300 s. Sự biến đổi này (có thể được quan sát rõ hơn ở hình 3.15) là phù hợp với sự biến đổi của chiều cao píc khử Fe3+ trên đường Von-Ampe ghi được.
Như vậy, khi thời gian tạo platin tăng, lượng platin kết tủa lên điện cực nền tăng, nhưng không đồng nghĩa với việc diện tích bề mặt điện cực sẽ tăng lên. Hiện tượng giảm dòng pic, tương đương với giảm diện tích hoạt động điện hóa của bề mặt điện cực xảy ra khi thời gian điện phân kết tủa platin tăng lên đến 200 s, 300 s là do khi tăng tPt lên 200 s, 300 s xảy ra hiện tượng kết đám nên bề mặt điện cực hình thành các khối platin tập trung. Lúc này, tổng diện tích của bề mặt platin bị giảm đi. Ngoài ra, thời gian tạo platin dài làm mật độ các bông hoa tăng lên, khoảng trống giữa chúng hẹp dần, gây khó khăn cho việc khuếch tán các chất điện hoạt vào các lớp sâu bên trong của điện cực platin để tham gia phản ứng điện hóa trên các
lớp bên trong này. Tức là, có thể diện tích bề mặt platin lớn, nhưng phản ứng điện hóa không xảy ra trên toàn bộ diện tích này. Vì thế, diện tích hoạt động điện hóa của điện cực bị giảm theo.
Như vậy, điện phân tạo các hạt nano platin hình hoa trên nền GC trong thời gian 150 s sẽ thu được bề mặt có diện tích hoạt động điện hóa lớn nhất.
3.2.2.4. Cường độ dòng đỉnh hòa tan của Pb trên điện cực Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau
Để chọn được tPt phù hợp cho quá trình chế tạo điện cực Pt/GC và ứng dụng vào phân tích ion kim loại nặng trong nước bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan anot xung vi phân (DPASV), chúng tôi tiến hành ghi đo đường Von-Ampe hòa tan của Pb trên các điện cực Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.16.
Hình 3.16. Đường DPASV của Pb ghi đo trên điện cực Pt/GC chế tạo ở các tPt khác nhau ĐKTN: [Pb2+] = 10 ppb trong nền đệm axetat 0,1M (pH 4,5), thời gian điện phân làm giàu
120 s tại - 1,1 V; khoảng quét thế từ -1,0 V đến -0,2 V với biên độ xung 60 mV, bề rộng xung 30 ms và bước thế là 5 mV.
Kết quả thu được cường độ dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Pb đạt cực đại trên điện cực Pt/GC chế tạo ở tPt là 150 s, có thể do trên bề mặt điện cực Pt/GC lúc này các hạt platin nano hình hoa được phân bố khá đồng đều và mật độ xen kẽ của những bông hoa tốt nên thu được bề mặt điện cực có diện tích hoạt động điện hóa là lớn nhất, kết quả này cũng đã được chỉ ra ở bảng 3.4, do đó cường độ dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Pb trên điện cực chế tạo ở điều kiện này là lớn nhất. Vì vậy, 150 s được chọn là tPt tối ưu cho quá trình biến tính GC bằng các hạt nano platin hình hoa (PtNFs/GC).