Sau khi chế tạo đƣợc vật liệu, chúng tôi nghiên cứu phổ CV dƣới điều kiện có và không chiếu tia UV trong khoảng điện thế -400 đến 1400 mV với tốc độ không đổi (20 mV/s) trong dung dịch H2SO4 0,5 M để xem compozit có xuất hiện hiệu ứng quang điện hóa hay không.
4.3.1. Phổ quét thế tuần hoàn trước khi chiếu UV
Trên hình 4.5 ta thấy đƣờng màu xanh lá cây (thời gian nhúng = 0) không xuất hiện pic anot, vì trƣờng hợp này chỉ có TiO2. Các đƣờng còn lại thuộc về compozit đã xuất hiện 1 pic anot tù không rõ ràng ở vùng 0,8V nhờ
sự có mặt của PANi. Tóm lại ở vùng anot hoạt tính điện hóa của vật liệu thấp. Quan sát đƣờng quét về phía catot ta thấy duy nhất đƣờng màu xanh lá cây
32 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 0 min 30 min 60 min 90 min 120 min i (mA/cm2) EAgCl (V)
Hình 4.5: Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến phổ CV
ở chu kỳ thứ nhất
một píc khử ở vùng điện thế gần 0V nhờ sự có mặt của PANi trong compozit PANi-TiO2. Chiều cao pic khử lớn nhất khi nhúng điện cực 90 phút trong dung dịch PANi, nếu thời gian nhúng lâu hơn thì pic này có xu thế giảm đi. Tuy nhiên có sự dịch chuyển vị trí xuất hiện pic khử không đáng kể về phía catot khi thời gian nhúng mẫu tăng lên.
-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 Ck1 ck2 ck5 ck10 i (mA/cm2) EAgCl (V)
Hình 4.6: Ảnh hưởng của số chu kì đo tới phổ CV với thời gian
33
Để xem sự phụ thuộc của vật liệu vào số chu kỳ quét, chúng tôi lựa chọn mẫu ở điều kiện nhúng 90 phút để khảo sát (hình 4.6). Kết quả cho thấy pic khử giảm nhanh từ chu kỳ 1 đến 2, sau đó giảm chậm lại. Pic oxy hóa không rõ ràng lắm ở vùng > 0,8V cũng dần không còn thấy nữa.
4.3.2. Phổ quét thế tuần hoàn khi chiếu UV
Theo lý thuyết đã trình bày ở phần tổng quan (1.4.2), nếu có sự tăng lên về cƣờng độ dòng đáp ứng ở vùng anot hoặc vùng catot khi chiếu UV so với lúc không chiếu UV thì hiệu ứng quang điện hóa này cho thấy TiO2 là dạng bán dẫn loại n hoặc p tƣơng ứng.
-60 0 60 120 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 0 min 30 min 60 min 90 min 120 min i (mA/cm2) EAgCl (V)
Hình 4.7: Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến phổ CV
Bảng 4.1 là kết quả tổng hợp từ hình 4.7 và 4.5 cho thấy đáp ứng dòng anot tăng lên rõ rệt khi chiếu UV trong quá trình quét CV. Điều này chứng tỏ hiệu ứng quang điện hóa đã xuất hiện và vật liệu TiO2 là chất bán dẫn loại n.
Quá trình oxi hóa có thể viết nhƣ sau :
và A- + h+ A0
Ngoài ra ta thấy rằng đáp ứng dòng anot trên vật liệu TiO2 (thời gian nhúng = 0 phút) là thấp nhất so với các compozit PANi-TiO2 đƣợc chế tạo với
hv
34
thời gian nhúng khác nhau (30÷120 phút). Nguyên nhân dẫn đến là do sự có mặt của PANi đã làm tăng hoạt tính quang điện hóa của vật liệu.
Bảng 4.1. So sánh đáp ứng dòng anot của các vật liệu đã chế tạo
Chúng ta cũng thấy nếu thời gian nhúng tiếp tục kéo dài đến 120 phút thì hoạt tính quang điện hóa của vật liệu cũng sẽ tăng không đáng kể. Vì vậy mẫu ở điều kiện nhúng 90 phút đƣợc quét nhiều chu kỳ để xem xét xu thế suy giảm của hiệu ứng quang điện hóa (hình 4.8).
Hình 4.8: Ảnh hưởng của số chu kì quét CV tới hiệu ứng quang điện hóa đối
với compozit PANi-TiO2(nhúng 90 phút)90 phút
Kết quả cho thấy hoạt tính quang điện hóa giảm nhanh từ chu kỳ thứ nhất đến chu kỳ thứ hai, sau đó giảm chậm lại và gần nhƣ ổn định ở chu kỳ thứ 10.
Thời gian nhúng (phút) Bản chất vật liệu Đáp ứng dòng anot ở điện thế 1,5V (mA/cm2)
Không chiếu tia UV Khi chiếu tia UV
0 TiO2 2,0 76 30 PANi-TiO2 2,2 91 60 PANi-TiO2 1,0 96 90 PANi-TiO2 2,2 107 120 PANi-TiO2 4,0 110 i (mA/cm2) EAgCl (V) -20 0 20 40 60 80 100 120 -0.5 0 0.5 1 1.5 ck1 ck2 ck5 ck10
35
KẾT LUẬN
Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit PANi-TiO2 bằng cách kết hợp phƣơng pháp phân hủy nhiệt và phƣơng pháp nhúng tẩm hóa học.
Vật liệu compozit PANi-TiO2 thu đƣợc có cấu trúc hình thái học nằm trong vùng nano và tƣơng đối rõ rệt khi chọn thời gian nhúng là 60-90 phút.
TiO2 tồn tại ở dạng anatase và rutile trong compozit.
Hiệu ứng quang điện hóa bị ảnh hƣởng nhờ sự có mặt của PANi trong compozit. Hiệu ứng này ổn định khi thời gian nhúng điện cực TiO2 trong dung dịch PANi nằm trong khoảng 90 phút.
36
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Thạc Cát (2003), Từ điển hóa học phổ thông, NXBGD
2. V ũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý trong hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
3. Nguyễn Hƣ̃u Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXBGD.
4. Trƣơng Ngọc Liên (2000), Điện hóa lý thuyết, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
5. Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội.
6. Trần Minh Ngọc (2008), Nghiên cứu điều chế TiO2 dạng anatase kích thước nano từ tinh quặng ilmenite Thừa Thiên Huế, Luận văn thạc sĩ khoa hóa học, Đại học Huế.
7. Bùi Hải Ninh, Mai Thị Thanh Thùy, Phan Thị Bình (2007), Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của composit PANi/TiO2, Tạp chí Hóa học, Tập 45 (6A), tr. 31-34.
8. Phạm Nhƣ Phƣơng, Phan Thanh Sơn, Lê Văn Phong, Nguyễn Ngọc Tuân, Nguyễn Đình Lâm (2011), Tổng hợp nano TiO2 dạng ống bằng phƣơng pháp thủy nhiệt, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1(42), tr.77-82
9. Ngô Quốc Quyền (2006), Tích trữ và chuyển hóa năng lượng hóa học, vật liệu và công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
10. Trịnh Xuân Sén (2009), Điện hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
11. Borole D. D., Kapadi U. R., Kumbhar P. P. , Hundiwale D. G. (2002),
"Influence of inorganic and organic supporting electrolytes on the electrochemical synthesis of polyaniline, poly (o-toluidine) and their copolymer thin films", Materials Letters 56, pp. 685-691.
37
TiO2 nanostructures for fuel cell and sensor applications, Journal of optoelectronics and advanced materials Vol. 10 No. 11, pp. 2985 – 2987.
13. De Graef M. (2003). Introduction to Conventional Transmission
Electron Microscopy. Cambridge University Press. ISBN 0-521-62995.
14. Gao Jinzhang, Shengying Li, Wu Yang, Gang Ni, Lili Bo (2007), Synthesis of PANI/TiO2–Fe3+ nanocomposite and its photocatalytic property, J Mater Sci. 42, pp. 3190–3196.
15. Hanlu Li, Jixiao Wangb, Qingxian Chub, ZhiWangb, Fengbao Zhanga, Shichang Wang (2009), Theoretical and experimental specific capacitance of polyaniline in sulfuric acid. Journal of Power Sources 190, pp. 578-586.
16. Hadi Nur, Izan IzwanMisnon, and LimKhengWei (2007), Stannic Oxide-Titanium Dioxide Coupled Semiconductor Photocatalyst Loaded withPolyaniline for Enhanced Photocatalytic Oxidation of 1-Octene, HindawiPublishing Corporation International Journal of Photoenergy, Volume 2007, Article ID 98548, 6 pages doi:10.1155//98548.
17. Duong Ngoc Huyen, Nguyen Trong Tung, Nguyen Duc Thien and Le Hai Thanh (2011), Effect of TiO2 on the Gas Sensing Features of TiO2/PANi Nanocomposites, Sensors 11, pp. 1924-1931.
18. Ilieva M., S Ivanov., Tsakova V. (2008), Electrochemical synthesis and characterization of TiO2-polyaniline composite layers, J Appl
Electrochem 38, pp. 63–69.
19. Irena Mickova, Abdurauf Prusi, Toma Grcev, Ljubomir Arsov (2006), Elechtrochemical polymerization of aniline in presence of TiO2
nanoparticles, Bulletin of the Chemists and Technologists of Macedonia, Vol.25 (1), pp. 45 – 50.
20. Liu Y., T. Qi, Chu J., Tong Q., Zhang Y. (2006), Decomposition of ilmenite by concentrated KOH solution under atmospheric pressure,
International Journal of Mineral Processing, 81, pp. 79–84.
21. Lu Chih-Cheng, Huang Yong-Sheng, Huang Jun-Wei, Chien-Kuo Chang and Wu Sheng-Po (2010), A Macroporous TiO2 Oxygen Sensor
38
Fabricated Using Anodic Aluminium Oxide as an Etc hing Mask,
Sensors Vol 10, Issue 1, pp. 670-683.
22. Pawar S. G., Patil S. L., Chougule M. A., Raut B. T., Jundale D. M. and Patil V. B. (2010), Polyaniline: TiO2 Nanocomposites: Synthesis and Characterization, Scholars Research Library, Archives of Applied Science Research, Vol. 2 No.2, pp. 194-201.
23. Rahman Md. Mahbubur, A. J. Saleh Ahammad, Joon-Hyung Jin, Ahn Sang Jung and Jae-Joon Lee (2010), A Comprehensive Review of Glucose Biosensors Based on Nanostructured Metal-Oxides, Sensors
Vol 10, No. 5, pp. 4855-4886.
24. Vũ Quốc Trung (2006), Electrophoretic deposition of semiconducting polymer metal/xide nanocomposites and characterization of the
resulting films, luận án tiến sỹ hóa học, Technischen Universität Dresden.177–188.
25. Williams D.B., Carter C.B (1996). Transmission Electron Microscopy: ATextbook for Materials Science. Kluwer Academic / Plenum
Publishers. ISBN 0-306-45324-X.
26. Zhang Wensheng, Zhu Zhaowu, Cheng Chu Yong (2011), A literature review of titanium metallurgical processes, Hydrometallurgy, 108, pp. 177–188.
Internet
27. http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.elsevier- 88081bcf-b2d1-3e02-aeee-575a25433867
28. Viện khoa học vật liệu, http:// www.ims.vast.ac.vn.
29.http://community.h2vn.com/index.php/topic,5784.0.html?PHPSESSI D=b2db69b3a73bc53b46e9306632432101#ixzz1ctTdbjFd 30. http://vi.scribd.com/doc/126733980/Conductive-Electroactive- Polymers-pdf 31. http://123doc.vn/document/1248647-nghien-cuu-pic-oxi-hoa-metanol- tren-dien-cuc-compozit-pani-pbo2-luan-van-thac-si-khoa- hoc.htm?page=6