KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1.4. Xác định thành phần nguyên tố trong vật liệu
Bảng 4.5 Số oxi hóa của vật liệu theo quy trình chuẩn độ
Vật liệu Mn3O4 Mn2O3 MnO2/C MnO2 Birnessite
Số oxi hóa 2.56 3.15 3.68 3.76
Số oxi hóa của các vật liệu tổng hợp có sự trùng khớp khả quan với số oxi hóa tính theo lý thuyết. Kết quả này cùng với kết quả về phổ XRD của vật liệu được nêu ra trên góp phần khẳng định sự tạo thành của các vật liệu mong muốn. Vật liệu có tiềm năng ứng dụng cho tụ điện điện hóa nhất trong số các vật liệu trên là MnO2 Birnessite. Do đó đã tiến hành phân tích thành phần ngun tố cho vật liệu này với 2 chỉ tiêu là khảo sát hàm lượng Mn và hàm lượng K. Kết quả thu được như sau:
Bảng 4.6 Kết quả phân tích FAAS của mẫu MnO2 Birnessite
Mẫu Hàm lượng Mn (%) Hàm lượng K Thực tế (%) Lý thuyết Thực tế MnO2- Bir 63.22 56.53 0.71
Từ bảng 4.2 nhận thấy có sự chênh lệch khá đáng kể giữa hàm lượng MnO2 Birnessite theo lý thuyết và thực tế. Thưc tế khi tiến hành phân tích FAAS, hàm lượng Mn trong MnO2 Birnessite xác định được chính là hàm lượng Mn trong tổng số khối lượng mẫu đem đi phân tích mà mẫu đem đi phân tích có thể có cả tạp chất kim loại bị lẫn trong khi áp dụng cơng thức lý thuyết tính hàm lượng Mn quy về 100% MnO2 Birnessite tinh khiết. Do đó, hàm lượng MnO2 Birnessite theo thực tế sẽ thấp hơn theo lý thuyết.
Từ kết quả phân tích FAAS, có thể suy ra được cơng thức cấu tạo (CTCT) của vật liệu như sau:
Giả sử CTCT của vật liệu MnO2 Birnessite có dạng KxMnvOz.yH2O
Ta có hàm lượng % K (Theo khối lượng nguyên tử) trong hợp chất tính trên 1 mol Mn được tính như sau:
%K = x = x = 0.0177
Áp dụng định luật bảo tồn điện tích ta có: → 1.x + 1.v – 2z = 0
→ 0.0177 + 3.76 – 2z = 0 → z= 1.88
Cơng thức tính số oxi hóa của vật liệu theo quy trình chuẩn độ (mục 2.4.4) như sau:
= 3.76 Trong đó:
M là khối lượng phân tử của vật liệu là khối lượng acid oxalic
là khối lượng vật liệu MnO2 Birnessite đem đi chuẩn độ là thể tích KMnO4tại điểm tương đương
→ M = 0.0177. MK + 3.76. MMn+ 16.4+ y.= 97.096 → M = 85.712 + 18.y = 97.096
→ y= 0.63
Vậy CTCT của MnO2 Birnessite tổng hợp là [K0.0177 Mn3.76O1.88.0.63H2O] Khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu
Tính chất điện hóa của vật liệu được khảo sát theo 2 phương pháp là quét thế vịng tuần hồn (Cyclic Voltrametry, CV) và phương pháp đo phóng - nạp ở dịng cố định (Galvanostatic Cycling with Potential Limitation, GCPL).