LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của mình con người ngày càng sử dụng nhiều tài nguyên. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này đang trở nên khan hiếm. Trước thực trạng đó sự xuất hiện của polyme dẫn và vật liệu hữu cơ chính là chìa khóa cho sự phát triển ổn định trong tương lai. Bắt đầu xuất hiện vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, polyme dẫn là đối tượng nghiên cứu của nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển có nền công nghệ tiên tiến. Do tính chất ưu việt của nó về mặt vật lí, hóa học, quang học và đặc biệt thân thiện với môi trường. Ngày nay loại vật liệu này ngày càng được sử rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống như: trong công nghệ điện tử có rất nhiều sản phẩm được chế tạo trên cơ sở polymer dẫn như transitor, màn hình hiển thị hữu cơ (OLED-organic light emitting diode) [1-3]; trong công nghệ cảm biến sinh học, hóa học như cảm biến glucose trong máu trên cơ sở polypyrrole [4-8], cảm biến NH3 trên cơ sở polyaniline [9-11]; trong lĩnh vực dự trữ năng lượng bao gồm nguồn điện, siêu tụ điện hóa [12-16] và trong lĩnh vực ăn mòn bảo vệ kim loại [17-20]. Tổng hợp polyme dẫn có thể thực hiện bằng rất nhiều phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp điện hóa. Trong đó tổng hợp bằng phương pháp hóa học có nhược điểm là khó khống chế tốc độ của phản ứng, còn nếu tổng hợp bằng phương pháp vật lý thì đòi hỏi thiết bị tổng hợp tương đối phức tạp mà hiệu quả lại không cao. Do đó, việc tổng hợp polymer dẫn bằng con đường điện hóa là phương pháp được dùng nhiều nhất. Chính vì vậy việc ‘‘Nghiên cứu hình thái cấu trúc và đặc tính điện hóa của polyaniline tổng hợp bằng con đường điện hóa’’ là cần thiết. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU 6 LỜI MỞ ĐẦU 9 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN 10 1.1. Lịch sử phát triển 10 1.2. Phân loại một số polyme dẫn điện 12 1.2.1. Polyme oxy hoá khử (Redox polyme) 12 1.2.2. Polyme dẫn điện tử (electronically conducting polymers) 13 1.2.3. Polyme trao đổi ion (ion - exchange polymers) 13 1.3. Cơ chế dẫn điện của polyme dẫn 14 1.3.1. Cơ chế của Roth 14 1.3.2. Cơ chế lan truyền pha của K.Aoki 15 1.4. Quá trình doping 16 1.4.1. Khái niệm về quá trình doping 16 1.4.2. Sự thay đổi cấu trúc 17 1.5. Tổng hợp polyaniline 18 1.5.1. Giới thiệu chung 18 1.5.2. Điều chế polyaniline 18 1.5.3. Cấu trúc của polyaniline 19 1.5.4. Tính chất của polyaniline 21 1.5.4.1. Tính chất hóa học 21 1.5.4.2. Tính chất quang học 21 1.5.4.3. Tính chất cơ học 22 1.5.4.4. Tính dẫn điện 22 1.5.4.5. Tính chất điện hóa và cơ chế dẫn điện 24 1.6. Ứng dụng của polyme dẫn điện 26 1.6.1. Giới thiệu chung về các ứng dụng của polyme dẫn 26 1.6.2. Ứng dụng của polyme dẫn trong dự trữ năng lượng 27 1.6.3. Làm điốt 27 1.6.4. Thiết bị điều khiển logic 28 1.6.5. Transitor hiệu ứng trường 28 1.6.6. Điốt phát quang 29 1.6.7. Sensor 30 1.6.8. Thiết bị đổi màu điện tử 30 CHƯƠNG II - THỰC NGHIỆM 31 2.1. Hóa chất dùng cho nghiên cứu 31 2.1.1. Pha chế dung dịch 31 2.1.2. Chuẩn bị điện cực 31 2.2. Tổng hợp vật liệu 33 CHƯƠNG III - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 3.1. Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) 35 3.2. Phương pháp đo tổng trở (EIS) 37 3.2.1. Nguyên lý của phổ tổng trở điện hóa 37 3.2.2. Mạch tương đương trong phổ tổng trở 38 3.2.3. Tổng trở khuếch tán Warburg 39 3.2.4. Tổng trở Randles 39 3.2.5. Biểu diễn tổng trở trên mặt phẳng phức 40 3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 42 CHƯƠNG IV - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 4.1. Sự hình thành và phát triển của màng PANi 44 4.1.1. Sự hình thành và phát triển màng PANi trên điện cực GC 44 4.1.1.1 Trong dung dịch H2SO4 44 4.1.1.2. Trong dung dịch H2SO4 + HClO4 45 4.1.1.3. Trong dung dịch Na2SO4 46 4.1.1.4. Trong dung dịch Na2SO4+ HClO4 . 47 4.1.2. Sự hình thành và phát triển của PANi trên điện cực ITO 48 4.1.2.1. Trong dung dịch H2SO4 48 4.1.2.2. Trong dung dịch H2SO4 + HClO4 49 4.1.2.3. Trong dung dịch Na2SO4 50 4.1.2.4. Trong dung dịch Na2SO41M + HClO4 51 4.1.3. Sự hình thành và phát triển của PANi trên điện cực Platin 52 4.1.3.1. Trong dung dịch H2SO4 52 4.1.3.2. Trong dung dịch H2SO4 1M+HClO4 53 4.1.3.3. Trong dung dịch Na2SO4 54 4.1.3.4. Trong dung dịch Na2SO4 1M+HClO4 55 4.1.4. Sự hình thành và phát triển của PANi trên điện cực thép không gỉ 56 4.1.4.1. Trong dung dịch H2SO4 56 4.1.4.2. Trong dung dịch H2SO4 1M+HClO4 57 4.1.4.3. Trong dung dịch Na2SO4 1M 58 4.1.4.4. Trong dung dịch Na2SO4 1M +HClO4 59 4.1.5. Ảnh hưởng của nền điện cực tới sự phát triển của màng PANi 62 4.1.5.1. Trong dung dịch H2SO4 62 4.1.5.2. Trong dung dịch H2SO4+HClO4 64 4.1.5.3. Trong dung dịch Na2SO4 65 4.1.5.4. Trong dung dịch Na2SO4+HClO4 66 4.2. Nghiên cứu đặc tính điện hóa của màng PANi 69 4.2.1. Đặc tính CV 69 4.2.1.1. Đặc tính CV của polyaniline trên điện cực GC 69 4.2.1.2. Đặc tính CV của polyaniline tổng hợp trên điện cực ITO 71 4.2.1.3. Đặc tính CV của polyaniline trên điện cực Pt 72 4.2.1.4. Đặc tính CV của polyaniline trên điện cực SS304 73 4.2.2. Khảo sát phổ tổng trở (EIS) 75 4.2.2.1. Phổ tổng trở của polyaniline trên điện cực GC 75 4.2.2.2. Phổ tổng trở của polyaniline trên điện cực ITO 76 4.2.2.3. Phổ tổng trở của polyaniline trên điện cực Pt 77 4.2.2.4. Phổ tổng trở của polyaniline trên điện cực SS 79 4.3. Hình thái cấu trúc của polyaniline 81 4.3.1. Hình thái cấu trúc của polyaniline trên GC 81 4.3.2. Hình thái cấu trúc của polyaniline trên điện cực ITO 82 4.3.3. Hình thái cấu trúc của polyaniline trên điện cực Pt 83 4.3.4. Hình thái cấu trúc của polyaniline trên điện cực SS 84 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90
