TẠO MÀNG BANG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHAN
CHUONG 3. KET QUÁ NGHIÊN CỨU
3.1. Sự phân bố mật độ dòng ở bề mặt cathode
Đầu tiên, chúng tôi tiễn hành khảo sát phân bố mật độ dòng trong dung dich khi thay đôi khoảng cách giữa các điện cực. Trong trường hợp nay, hiệu điện thé giữa anode và cathode được duy trì ở mức U = 0,5 V và nồng độ ban đầu của
dung dich CuSO; là ¢ = 0,5 M. Sự phân bỗ mật độ dong trong dung dich điện phan
được thé hiện như ở Hình 3.1.
T.V ®+994 vywaeV6% Kí®:YG)/% Caves deere een %eàfko+c vb6/1:ế 2x0 (Ae) ÍlX4*C24 2ewvce CSecAolyieca3%e€ deer vector %fecs sàv?6472⁄0 Are)
.... “0
(3) _— Xe 5
(dì —— “Ih
REEGSRSEES EERSTE
{e)
“se REE GES &
Hình 3.1. Sự phân bo mat độ dòng ion trong dung dich khi U = 0,5 V và e = 0,5 M,
thay đổi khoảng cách giữa cathode đến mỗi anode là (a) 4 cm; (b) 5,5 cm; (c) 7 cm;
(a) 8.5 em; (e) I0 em; () 11,5 em.
18
Có thé thay mật độ dòng trong dung dich có sự phân bố không đông đều, các dòng
có xu hướng tập trung ở phan ria điện cực với điểm xuất phát là anode và hướng vào
cathode. Bên cạnh đó, khi tăng khoảng cách giữa các điện cực, giá trị của mật độ dòng
cảng lúc càng giám. Tiếp theo, cũng với những thông số hệ điện phân đang xét,
chúng tôi tiếp tục khảo sát sự phân bố mật độ dòng ion ở bê mặt điện cực cathode.
Kết quả được thê hiện như Hình 3.2 dưới đây.
Tews Salma lectrdyso oaiet sonety rogwade Oye’! 2 lrerme Swfrca: lecttcly9e conme đe g/2y nuagenade rel
wn
š3
ee
s Phe & m9 mw
tụ s e kỡ c ằ s ° L
tres Skene M=sdysecnserd denety raogs#xsls Ure"! 2 terest Xe Pomkxy tớ c miếng đen m2 rong hd sêe Ove Ứ| °
-
+
+
+ Lo
TT TM
3L
ô wo
3 TM
N 188
4 ằ
4Cy + 4 h 4 h 4 4 . 4
10 ˆ ° ` “ ” 2 ° ` “.
_”—s“os %4 c+ sesdyss c vn terery rẻ ⁄4* Orr) 2 leew Letece Gecrodys carrere 490/2 r3ằ net ấn (rl 9
“ _ _ + v— ~ ~ —
Aa “ ằ
ô tal ‘4 ..
NI “a .
+ ~ 2 nm
3 ” dạ =
.- ¡cá of
a} 4} i”
#r il | 1%“2
a} ì x}
++ ằ a “
4E *“‹
+~ + + — + +~ + ~ — lo + ° , cai ằ 5 k 1 oo
Hình 3.2. Sự phan bố mật độ dòng ở bê mat cathode khi U = 0,5 V và c = 0,5 M, thay đổi khoảng cách giữa cathode đến mỗi anode là (a) 4 cm; (b) 5,5 em; (c) 7 em;
(a) 8.5 cm; fe) I0 em; (f) 11,5 cm.
Kết quả cho thay sự phân bố mật độ dòng trên bề mat cathode không đồng đều.
Mật độ dòng phân bó dày đặc hơn ở phan ria của điện cực, ở phan trung tâm thì mật độ đòng phân bố thưa thớt hơn. Điều này có thể được giải thích bằng hiệu ứng mép,
ở những vị trí đỉnh nhọn thì dòng điện có xu hướng tập trung mạnh hơn. Bên cạnh đó,
quan sát Hình 3.2, ta có thẻ thấy rằng khi tăng khoảng cách giữa cathode và anode,
19
sự phân bố mật độ dòng ở phan ria và phần trung tâm của bề mặt cathode giảm bớt sự chênh lệch. Có thé giải thích được điều này vì mật độ dong ion trong dung dich phụ thuộc vảo gradient nòng độ c, của ion trong dung dich va gradient của điện the dung dịch ¿,. Khi khoảng cach tăng. sự biến thiên của nông độ ion cũng như điện thế
dung dich theo không gian sẽ giảm, dan đến sự phân bố của mật độ dong ion trong dung dịch có sự đồng đều hơn.
Tiếp theo, chúng tôi tiền hành khảo sát sự phân bố mật độ dòng trong dung dich điện phân và ở bê mặt cathode khi thay đôi hiệu điện the giữa điện cực anode va cathode.
Trong trường hợp này, chúng tôi khảo sát với khoảng cách từ cathode tới mỗi điện cực anode la d = 10 em và nồng độ dung địch CuSOs là c = 0,5 M. Kết quả khảo sát
sự phân bó mật độ dong trong dung dịch điện phân được thé hiện ở trên Hình 3.3.
75-90% seavdsdiPleVAeodyte Current Geneity và $9 Sưiat4t 32v (W4 Het) (wy! Tame" 22 2ằsa=dre:Oezyciyte cưset Cemty eec3x Satece: sb)z€/%6) er)
(bì
20 xo
z “3 mm ~
i” ry
108 = na
' =ơ TM
ằ ‘ ~ Mộằ
ieee” tạ ơ ——~
>—= as
Tivo B24 sguằasvse4 Beitad Oe ouv0sŒ devaty vex 56 Xssfxee 24/64/24] (nw)
-ì xn" ˆ
(ch (dì "
2 1
a 2 or a
ằ ae
as ' o
ơ = CB)
235 => tn “== a2 lý =~
rl. rel. „ằ 10 “Si ô
Hình 3.3. Sự phân bổ mật độ dòng ion trong dung dich khi d = I0 em và e = 0,5 M, than đổi hiệu điện thế U giữa cathode và anode là (a) 0,25 V; (b) 0,5 V;
(c) 1,0 V; (d) 2,0 V.
Có thé thay ở Hình 3.3, mật độ dòng trong dung dich vẫn có sự tập trung day đặc
hơn ở những phan ria của điện cực. Ngoài ra, khi tăng hiệu điện thé giữa hai điện cực,
giá trị mật độ dòng cũng tăng theo.
20
Đề thay rõ sự tác động của hiệu điện thé giữa các điện cực đối với sự phân bố
mật độ dòng ion ở bề mặt điện cực, chúng tôi tiếp tục khảo sát phỏ mật độ dòng ở bề mặt điện cực cathode với những thông số hệ điện phân đang xét. Kết quả khảo sát được thê hiện như ở Hình 3.4.
"...-Ðe< `”... chewy Mego LAW’) CC 1 ree.es‹
.~ ˆ 3
2 mm s2 e wou3 „ L4“ Sho nreonwn vow
2 ea ee
“ `) “.
5 Xi rm rn = h P h
1é ` ° ` .- ằ ` â `
ơr~4â0s #1054 @ctch1e covert derety meptod VÀ vi) 9 ree oe atc Ccabye rent dentg repo (Am) °ứ
a wnco Y z =
+ (c} “ + ta
th ~~ * La
? ô ? u 3 so * ue
Ũ cr) 1
ar „” . or
› 0 ` ce
+ ằc 4 ta
M `He re re n zs
“to 3 9 > c
Hình 3.4. Sự phân bố mật độ dòng ở bề mặt cathode khi d = 10 cm và c = 0,5 M, thay đổi hiệu điện thể U giữa cathode và anode là (a) 0,25 V; (b) 0,5 V;
(c) 1,0 V; (d) 2,0 V.
Khi giữ có định hai yếu tố là khoảng cách giữa các điện cực và nông độ dung dich, sự thay đổi của hiệu điện thế giữa anode và cathode gây ảnh hưởng đến sự phân bố của mật độ dòng ion đến bé mặt của cathode. Cụ thé, khi tăng hiệu điện thé từ giá trị 0,25 V đến giá trị 0,5 V thi do sự thay đổi quá nhỏ nên sự thay đổi của phd mật độ dòng không được rõ rệt. Tuy nhiên, ta có thê thấy việc tăng hiệu điện thế làm giá trị mật độ dong tăng lên (Hình 3.4a và Hình 3.4b). Khi tiếp tục tăng giá trị hiệu điện thé lên giá trị 1 V (Hình 3.4¢) và 2 V (Hình 3.4đ), lúc này sự thay đôi của phỏ phân bố mật độ dong đã thay đôi. Sự tăng hiệu điện thế giữa anode và cathode làm cho phân bố mật độ dong ion ở bề mặt điện cực cathode trở nên kém đồng đều. Điều đó thẻ hiện rõ ở trên Hình 3.4d khi mật độ dòng ở rìa điện cực dày đặc hơn han mật độ dong ở khu vực trung
tâm điện cực. Hiệu điện thế giữa điện cực anode và cathode là một yếu tố gây tác động đến sự biến thiên của điện thé dung dịch y, theo không gian. Cụ thẻ, khi tăng hiệu điện
21
the giữa các điện cực, điện thé dung dịch biển thiên mạnh theo không gian, chính điều nảy đã làm cho mật độ dòng phân bố ở bê mặt điện cực cathode trở nên kém đồng đều.
Yếu tổ thứ ba chúng tôi tiền hành khảo sát là sự phân bố mật độ dòng ion trong dung địch va ở bề mặt cathode khi thay đổi nông độ của dung dịch điện phân.
Trong trường hợp này, chúng tôi khảo sát với khoảng cách từ cathode tới mỗi điện cực
anode là d = 10 em và hiệu điện thé giữa anode và cathode được duy trì ở mức U =5 V. Nông độ dung địch sẽ được thay đôi với các giá trị 0,4M - 0,6 M—0,8M
~ 1,0M. Kết quả khảo sát phô phân bố mật độ dòng ion trong dung dịch được thé hiện
như ở trên Hình 3.5.
lớn đ°923 ⁄4soeedre:ocyclyte curnert cenaty wector Surface: sẩscd/33t) (6ev”| T924 suseaydse Cheutrwlyte (49491 444/3y vector 5Aứ64s+ voi (62+Í]
.
To
Te
=o
“o
>7”.
xa +. ..
xe =
xo a0
108 108
(c}
“et >©
5 =e veo
a
ue
“ yw 109
= “e
” we
z —>ằ< Ỉ ~ = : ate
vole w b Sf =ya a
t F
Hình 3.5. Sự phan bố mật độ dòng ion trong dung dịch khi d = 10 em và U = 0,5 V, thay đổi nông độ dung dich CuSO; tới các giá trị (a) 0,4 M; (b) 0,6 M;
(c) 0.8 M; (d) 1,0 M.
Như những trường hợp thông số khác. sự phân bố mật độ dòng luôn có xu hướng tập trung dày đặc ở phan ria của các điện cực. Ở phan trung tâm điện cực, sự phân bố mật độ dong có sự thưa thớt hơn. Bên cạnh đó, khi tăng nông độ dung dịch, giá trị
mật độ dòng ion cũng tăng theo.
22
Tuy nhiên, dé thấy rõ ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân đối với phô
mật độ dòng ion ở bề mặt điện cực, chúng tôi sẽ khảo sát sự phân bồ đòng ở bê mặt cathode khi giữ nguyên các thông số khoảng cách cũng như hiệu điện thế giữa các điện cực va tiễn hành thay đổi các giá trị nồng độ dung dich khác nhau. Kết qua
khảo sát phô phân bố mật độ dòng ở bề mặt cathode được thê hiện ở Hình 3.6.
Trvescs %/44c+: Cron gi cưng $4reeny magnate ert PF wees Catece: Clettolyte coment. devs ty ve #344 ie) ba
a ù Y _ Y
at ko (b}
at ra
| TMo
ar xe
XI =m me
° [ =~ ae
1
af = "
| = 1ằ
sk 2 t4
| re + + — + + =
Ki “ ° ‹ c." ° od $ Lai
Ti *a‹s@ (6 Sư asđ (0 9y g caằ g4 berets mỏ se (í/| 2 wees ND À |. cement deve n8 0a le) e
4” + M M v— on + v + + Y
4} {c) .“ ae
ar mm o
xe| xo xe
i+
o} “ TM ib 7” ace
2} se wo
NI wo Họ
4} ” “
4|
t + — hoe
” ` © ` - la ` kì ` ”
Hình 3.6. Sự phân bố mật độ dòng ở bê mặt cathode khi d = 10 em và U = 0,5 V, thay đổi nông độ dung dich CuSŠO; tới các giá trị (a) 0.4 M; (h) 0.6 À1; (c) 0.8 M; (a) 1,0 À4.
Khi tăng nông độ dung dịch CuSO¿, sự phân bố mật độ dòng ở phan ria điện cực và
phần trung tâm điện cực càng có sự chênh lệch lớn. Trên thực tế, giá trị mật độ dòng
phụ thuộc vào sự biến thiên nồng độ dung dịch và điện thế dung địch theo không gian.
Trong đó, giá trị mật độ dòng tỉ lệ với gradient điện the dung dich với hệ số tỉ lệ có chứa nông độ. Đối với dung dich điện phân, điện thé dung dịch không đồng đều trong không gian dẫn đến mật độ dong phân bé không đều, việc tăng nồng độ sẽ làm khuếch đại sự chênh lệch phân bỗ mật độ dòng trong dung dịch. Phỏ phân b6 mật độ dong không hoàn toàn phụ thuộc vào việc nòng độ tăng lên một lượng bao nhiêu ma phụ thuộc vào việc nông độ tăng lên bao nhiêu lần. Điều nay thê hiện rõ khi ta so sánh phô phân bố mật độ dong theo từng cặp mật độ dung dich. Ching hạn, phố phân bố mật độ dong trong trường hợp nông độ 0.4 M (Hình 3.6a) và nồng độ 0,6 M (Hình 3.6b) sẽ có sự chênh lệch hơn so với trường hợp nòng độ 0,8 M (Hình 3.6c) và nòng độ 1,0 M (Hình 3.6d).
23
Nhu vay, sự phân bố mật độ dòng ion trong dung dich bị tác động bởi những yếu tô
như khoảng cách giữa các điện cực, hiệu điện thể đặt vào giữa anode và cathode và nòng
độ của dung địch điện phan. Bên cạnh đó, mật độ dòng ion phân bố day đặc hơn ở những
phan ria của cathode cũng cho thấy hình dạng của cathode có gây anh hướng đến sự phân bỗ mật độ dong của ion trong dung dịch. Tuy nhiên, ở đây chúng tôi sẽ không xét đến yếu tổ hình dang của cathode ma chi tập trung đến ba yếu tố đã dé cập là khoảng cách giữa các điện cực, hiệu điện thé đặt vào giữa anode vả cathode cũng như nông độ của dung dịch chất điện phân đề khảo sát các đối tượng tiếp theo như phô điện thế dung địch catholyte và độ đồng đều của lớp màng phủ trên bề mặt cathode.
3.2. Phổ điện thé dung dich catholyte
Quá trình điện phân trong dung dich xảy ra khi có sự chênh lệch điện thé giữa các điện cực, lam xuất hiện các dong ion trao đôi ở bé mặt các điện cực vả tạo ra lớp mang phủ ở bề mặt cathode. Do đó, phô phân bố điện thé dung dich sẽ là một trong những yếu tố tác động đến mật độ dòng ion trong dung dich, từ đó ảnh hưởng đến các quá trình điện cực. Sau đây, chúng tôi sẽ khảo sát phổ phân bố điện thế dung dịch trong bốn trường
hợp với các bộ thông số ngau nhiên. Kết qua khảo sát được thê hiện như Hình 3.7.
(a) ta (bì el || ee 1
T ore o
sao nạ," sà
. a?
tt Ss œ ae
' os
ae as
ˆ - a P £ z£Ð .~ , = ~ az
a telLer ” 6 { ; = at
. sơ ằ
4t
:
7 „ằ
‹" * s
‹ to
Sewer Od 2 209v. Checi elite 06 40939564 fi) *2s%2s/ve Cle wiyts 4:44 ể 44 4919/ weer TẾ 9:9â04 S“ỏằsềxs Hectobyte pateree (VY) Dreert ine #iecYvlyte co vộ deri ty mơ cv
” a) ” as “
(c) it (ủ) .——— =>... on
on ox on
oe a 2
© a a as
ai
ow
=1 can.
° cm
“1 tia 's
Hình 3.7. Phổ phân bố điện thé dung dich với các thông số khác nhau
(d) Ì = 4 cm, U=0,5 V, c =0,5 M; (b) d= 7cm, U = LE,c = 0,45 M;
(c) d= 8,5 cm, U = 2 V, c = 0,45 M; (d) d = 11,5 em, U=0,5 Ứ, c =0,5 M.
24
Trường hợp dau tiên có khoảng cách giữa các điện cực là d — 4 em, hiệu điện thé giữa anode và cathode là U = 0,5 V, nông độ dung địch là e = 0,5 M. Trường hợp
thứ hai chúng tôi khảo sát với d = 7 em, =1 V, ce = 0,45 M. Trường hợp thứ ba
với các thông số d— 8.5 em, U =2V, e=0.4ã M. Trường hợp thứ tư với
đ = 11,5 em, Ư = 0,5 V và c=0,5M.
Trong cả bốn trường hợp. sự phân bố điện thé dung dịch đều có xu hướng giảm dan từ anode đến cathode. Tuy nhiên, phô điện thé dung dịch có sự khác nhau khi thay đổi các thông số, điều này làm ảnh hưởng đến sự phân bỗ mật độ dòng ion trong dung dịch.
Déi với phần dung dịch gan bề mặt cathode, còn được gọi là dung địch catholyte, điện thế ở lớp dung dịch này có sự phân bố không đều. Điện thé của phan dung dịch
catholyte năm ở trung tâm điện cực có giá trị lớn hơn so với ở ria điện cực. Chính điều nay là nguyên nhân dẫn đến sự không đồng đều trong phô phân bố mật độ dòng ion đi vào bề mặt của cathode.
Có thé thấy, do sự chênh lệnh điện thé giữa anode va cathode mà điện thé của các điểm trong dung dich cũng ở các mức khác nhau. Dối với lớp dung dich catholyte, điện thé của phần dung dich này ảnh hưởng đến sự phân bố mật độ dòng ở bề mặt cathode va do đỏ tác động đến sự đông đều của lớp mang phủ kim loại. Vì vay,
chúng tôi tiền hành khảo sát phô điện thế dung địch catholyte trong các trường hợp với
thông số khoảng cách điện cực, hiệu điện thé giữa anode va cathode và nồng độ dung địch điện phân khác nhau. Trong đó, trường hợp thứ nhất chúng tôi sẽ thay đôi hiệu điện thế và giữ có định hai thông số còn lại. Ở trường hợp thứ hai, chúng tôi sẽ thay đối thông số khoảng cách va giữ nguyên hiệu điện thé và nông độ dung dịch. Ở trường hợp thứ ba, thông số hiệu điện thể và khoảng cách giữa các điện cực sẽ được chúng tôi giữ cô định, thay đôi các giá trị nồng độ dung dịch khác nhau. Bằng cách đó, chúng tôi sẽ
khảo sát được ảnh hưởng của từng thông số riêng biệt đối với phổ phân bố điện thé
dung dich catholyte.
25
Đầu tiên, chúng tôi giữ nguyên khoảng cách giữa điện cực cathode đến mỗi anode với giá trị d = 4 em, nông độ dung địch điện phân là e = 0,4 M và thay đôi giá trị hiệu điện thế giữa anode và cathode với bốn giá trị 0.25 V — 0,5 V - 1,0 V — 2,0 V.
Kết quả khảo sát được thẻ hiện như Hình 3.8.
%1 Dectodyte x+eere ế fet
5 4
+ 4 “3
` 4
| es
‡ '
An
4 at
4
ap
4 a + + + + +t
ằ ` ‹ ` lÊ
3 >2 Becta) te 24446 at [x1 9
. ` v ơ
(đ) 1
1 ar
4 as
1 ae
2 4 ad
“ 4 a
4 4 A h 1 . R
ằ >. Lj ` IÊ
Hình 3.8. Pho điện thé dung dich catholyte khi d = 4 cm, e = 0,4 M, thay đổi hiệu điện thé giữa anode và cathode tới các gid trị (a) 0,25 V; (b) 0.5 Vz (c) 1,0 V; (4) 2,0 V.