4.1. Khảo sát cấu trúc và hình thái vật liệu
4.1.2. Đánh giá hình thái học và kích thước hạt
Các mẫu được khảo sát hình thái học bằng hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định hình dạng và kích thước của các hạt. Ảnh có độ phóng đại lớn nhất với thang đo 500 nm.
a) Vật liệu Mn3O4
Hình 4.20 Ảnh SEM của vật liệu Mn3O4
Hình 4.5 là ảnh SEM của vật liệu Mn3O4, nhận thấy các hạt kết tinh phân tán khá đồng đều về mặt hình thái và kích thước hạt nhưng vẫn xuất hiện hiện tượng kết đám hạt, các hạt có kích thước hạt khá nhỏ vào khoảng 25 – 45 nm.
b) Vật liệu Mn2O3
Vật liệu này cũng được thực hiện tương tự như quy trình tổng hợp vật liệu Mn3O4 nhưng có sự thay đổi về tỉ lệ Mn2+: H2O2 = 1:30, dùng NaOH để điều chỉnh pH của dung dịch (tránh hiện tượng NH3 dễ bay hơi làm giảm pH ưu tiên của dung dịch) và pH tổng hợp là 13. Dưới đây là ảnh SEM của vật liệu Mn2O3.
Hình 4.21 Ảnh SEM vật liệu Mn2O3
Hình 4.6 là ảnh SEM của vật liệu Mn2O3 tổng hợp, kích thước hạt không đồng đều so với vật liệu Mn3O4 tổng hợp trên, các hạt có kích thước nhỏ vào khoảng 16 – 20 nm còn các hạt lớn có kích thước khoảng 30 – 40 nm, có hiện tượng kết đám hạt xảy ra mạnh hơn, trên bề mặt vật liệu có sự kết bám của các ion kim loại lạ dự đoán có sự kết bám của các ion Na+.
Điều này có thể được giải thích là do sự điều chỉnh pH của dung dịch không dùng NH3. Nếu dùng NH3 để điều chỉnh pH thì do đặc tính của NH3 là dễ bay hơi nên sau khi phản ứng kết thúc thì NH3 không tồn tại trong hỗn hợp sản phẩm, do đó có thể sẽ không có sự kết đám nhiều, tuy nhiên nếu sử dụng NH3 làm tác nhânđiều chỉnh pH thì sẽ khó duy trì được pH kiềm ưu tiên của dung dịch để tạo mangan oxitcó hóa trị cao hơn như Mn2O3 trong một thời gian phản ứng khá dài (3 giờ). Chính vì vậy, ở đây chúng tôi đã sử dụng NaOH để duy trì pH ưu tiên cho phản ứng tạo vật liệu mong muốn mặc dù chúng có nhược điểm là duy trì trong sản phẩm cuối cùng vì NaOH không có tính dễ bay hơi như NH3. Chính điều này đã dẫn đến một số khả năng không có lợi như sự kết bám của ion Na+ lên bề mặt vật liệu hoặc chui vào cấu trúc của vật liệu làm tăng kích thước hạt, giảm tính phân tán đồng đều vật liệu, tăng sự kết đám các hạt.
c) Vật liệu MnO2 /C
Hình 4.22 Ảnh SEM của vật liệu MnO2 /C
Hình 4.7 là ảnh SEM của vật liệu MnO2 /C tổng hợp, sự phân bố cũng như kích thước hạt không đồng đều, các hạt nhỏ có kích thước vào khoảng 48 – 60 nm, còn các hạt lớn vào khoảng 80 – 100 nm. Bên cạnh đó, có sự kết đám thành từng khối và sự xuất hiện của vật liệu dạng hình sợi, đó chính là sự có mặt của carbon trong quá trình tổng hợp.
d) Vật liệu MnO2 Birnessite
Hình 4.23 Ảnh SEM của vật liệu MnO2Birnessite
Hình 4.8 là ảnh SEM của vật liệu MnO2 Birnessite, nhận thấy hạt có sự phân bố khá đồng đều nhưng kích thước khá lớn vào cỡ 104 nm, đồng thời có sự kết đám vật liệu. Vật liệu có dạng hình que. Do điều kiện tổng hợp của vật liệu này là nung ở 500oC trong 12 giờ, chính vì điều kiện nhiệt độ cao nên quá trình thiêu kết diễn ra mạnh mẽdẫn đến hiện tượng kết đám làm cho kích thước hạt vì thế sẽ to hơn các mẫu thực hiện ở điều kiện mềm hơn.
Các vật liệu được tổng hợp nhằm mục đích khảo sát tính chất điện hóa ứng dụng cho tụ điện điện hóa, sau quá trình khảo sát tính chất điện hóa thông qua mô hình 3 điện cực (mục 3.2.2), kết quả thu được cho thấy vật liệu MnO2 Birnessite có giá trị điện dung riêng cao nhất. Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát hình thái của vật liệu
này thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kết quả thu được như hình 4.9 sau đây.
Hình 4.24 Ảnh TEM của vật liệu MnO2 Birnessite ở các thang đo khác nhau 20, 50, 100, 200 nm.
Hình 4.9 là ảnh TEM của vật liệu MnO2 Birnessite ở các thang đo khác nhau, nhận thấy kích thước hạt của vật liệu này khá lớn do ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp, tuy nhiên sự phân bố kích thước hạt khá đồng đều.
4.1.3.