3.1.1. Khảo sát điều kiện chế tạo
Những năm gần đây, Doulache [61], Dodorin [105], Elnagar [14] và các cộng sự đã chế tạo thành công các hạt nano platin trên các điện cực nền khác nhau đi từ tiền chất H2PtCl6 1 mM pha trong H2SO4 và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Với mong muốn nhận được kết quả là các hạt nano platin như những nghiên cứu trên và ứng dụng làm sensor điện hóa phân tích ion kim loại nặng, chúng tôi cũng đi từ tiền chất H2PtCl6 1 mM pha trong H2SO4 và sử dụng phương pháp thế tĩnh-potentiostatic.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung chế tạo điện cực nano platin trên nền glassy cacbon, khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo đến tính chất điện cực: hình thái học, thành phần, cấu trúc bề mặt, tính chất điện hóa của điện cực.
Để chọn được giá trị thế áp phù hợp cho nghiên cứu, chúng tôi tiến hành thực nghiệm bằng phương pháp Von – Ampe quét thế vòng (CV) khảo sát đường đo của điện cực nền GC trong dung dịch H2SO4 0,1 M và trong dung dịch H2PtCl6 10 mM + H2SO4 0,1 M và kết quả thu được ở hình 3.1a.
Hình 3.1. Đường CV của điện cực GC trong dung dịch H2SO4 và trong dung dịch H2PtCl6 + H2SO4 (a); Điện cực GC và Pt/GC trong dung dịch H2SO4 (b) Khi so sánh với đường CV thu được của điện cực GC trong dung dịch H2SO4 0,1 M, đường đo thu được của điện cực GC trong dung dịch H2PtCl6 10 mM + H2SO4 0,1 M (hình 3.1a) có 3 vùng đặc trưng: vùng 1 (-0,2 V đến + 0,15 V) là vùng đặc trưng cho sự hấp phụ và giải hấp hydro, vùng 2 là vùng hình thành platin oxit
(0,8 V đến + 1,2 V), vùng 3 ứng với pic khử ở +0,5 V là vùng khử Pt (IV) → Pt (0).
Kết quả này phù hợp với các kết quả đã được công bố như trong [14, 106]. Từ kết quả ở hình 3.1a cho thấy để tạo được các hạt platin lên trên GC bằng phương pháp thế tĩnh thì thế áp vào có giá trị âm hơn 0,3 V. Ảnh hưởng của thế áp (EPt) và thời gian áp thế (tPt) đến thành phần, đặc tính của lớp Pt sẽ được chỉ ra ở các nghiên cứu sau.
Hình 3.1b thể hiện đường CV của điện cực GC và điện cực Pt/GC trong dung dịch axit H2SO4 0,5 M. Từ hình 3.1b cho thấy đường quét thế vòng của điện cực GC trong dung dịch axit H2SO4 0,5 M, không có píc xuất hiện do không có phản ứng oxi hóa khử nào khác xảy ra trên điện cực, điều này cũng chứng tỏ, điện cực không bị nhiễm bẩn các chất oxi hóa khử khác và hoạt động tốt. Khi lớp platin dạng hạt được kết tủa lên GC tạo thành điện cực Pt/GC, đường quét thế vòng thu được có dạng đường đặc trưng của vật liệu platinvới píc khử ở vị trí khoảng 0,5 V (so với Ag/AgCl), điều này hoàn toàn phù hợp với các công bố tương tự trước đây [107 - 108]. Kết quả này chứng tỏ rằng đã đưa được platin lên trên GC.
3.1.2. Sự hình thành nano platin trên điện cực nền GC
3.1.2.1. Hình ảnh chụp bề mặt điện cực và ảnh SEM của Pt/GC so với GC
Hình ảnh bề mặt điện cực trước (GC) và sau khi tạo lớp nano platin (Pt/GC) được thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2. Điện cực GC trước (a) và sau khi tạo lớp nano platin (b)
Hình 3.3. Ảnh SEM của điện cực GC trước (a) và sau khi tạo lớp nano platin (b) Dựa vào hình 3.2; 3.3 cho thấy bề mặt điện cực GC và Pt/GC có sự khác nhau rõ rệt. Bề mặt GC trơn và đồng nhất. Theo ảnh SEM (hình 3.3b), sau khi kết thúc quá trình điện kết tủa thì trên bề mặt GC được phủ dày với các hạt nano platin hình hoa với kích thước khác nhau trong khoảng (50 - 400 nm).
3.1.2.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của điện cực Pt/GC
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của điện cực Pt/GC
Giản đồ nhiễu xạ tia X của platin kết tủa trên GC được trình bày ở hình 3.4. Từ giản đồ cho thấy xuất hiện 3 pic tại 2θlần lượt là 39,9o, 46,2o và 67,5o tương ứng với các mặt (111), (200), (220) của cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện platin (thẻ chuẩn JCPDS 01-1194). Kết quả này phù hợp với những công bố trước đây [109 – 110]. Điều này chứng tỏ Pt đã có mặt trên GC và kết quả nghiên cứu này cũng hoàn toàn phù hợp với kết quả được chỉ ra ở mục 3.1.1.
3.1.2.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X của Pt/GC
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) được tiến hành đo để góp phần làm rõ hơn kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X ở trên. Kết quả phân tích phổ EDX (hình 3.5) cho thấy thành phần của bề mặt điện cực Pt/GC ngoài các nguyên tố C, Pt thì không xuất hiện nguyên tố nào khác. Kết quả cho thấy sự xuất hiện của 2 nguyên tố C, Pt với tỉ lệ khối lượng tương ứng là 88,58%, 11,42% (điện cực Pt/GC chế tạo ở thế áp 0,2 V). Kết quả này phù hợp với giản đồ nhiễu xạ tia X và là minh chứng cho sự có mặt của các hạt platin lên trên điện cực nền GC.