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

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1: Vinylferrocene 12

Hình 1.2: Polyme dẫn điện tử 13

Hình 1.3: Polyme trao đổi ion (poly 4-Vilynpyridine với Fe(CN)63-) 13

Hình 1.4: Cơ chế dẫn điện Roth của polyme dẫn 14

Hình 1.5: Sơ đồ cơ chế lan truyền pha K.AoKi 15

Hình 1.6: Ảnh hưởng của điện thế tới các dạng thù hình của PANi 20

Hình 1.7: Sơ đồ chuyển trạng thái oxi hóa của PANi 23

Hình 1.8: Đường CV của PANi trong dung dịch HCl 1M và sự thay đổi màu của PANi ở các giai đoạn oxy hoá khác nhau ở tốc độ quét thế 50 V/s 24

Hình 1.9: Cơ chế dẫn điện của PANi 25

Hình 1.10: Hình thái cấu trúc của PANi 26

Bảng 2.1: Hoá chất dùng cho thí nghiệm 31

Hình 2.1: Điện cực làm việc 32

Hình 2.2: Điện cực GC sử dụng trong nghiên cứu 32

Hình 2.3: Thiết bị điện hóa ghép nối máy tính sử dụng cho nghiên cứu điện hóa 33

Hình 3.1: Đồ thị quét thế vòng cyclicvoltametry 35

Hình 3.2: Quan hệ giữa điện thế và dòng điện trong quét thế tuần vòng 36

Hình 3.3: Sơ đồ khối mô phỏng nguyên lý đo tổng trở 37

Hình 3.4: Biểu diễn hình học các phần tử phức 38

Hình 3.5: Mạch tương đương ứng với hệ điện hóa bị khống chế bởi quá trình chuyển điện tích 38

Hình 3.6: Mạch tương đương tổng trở khuếch tán Warburg 39

Hình 3.7: Sơ đồ tương đương của bình điện phân 40

Hình 3.9: Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM 42

Hình 4.1: Đường CV của GC trong dung dịch H2SO4 45

Hình 4.2 Đường CV của GC trong dung dịch H2SO41M+ HClO4 45

Hình 4.3: Sự phụ thuộc của chiều cao pic A và số chu kỳ quét trong trường hợp 46

Hình 4.4: Đường CV của GC trong dung dịch Na2SO41M 47

Hình 4.5: Đường CV của GC trong dung dịch Na2SO41M + HClO4 47

Hình 4.6: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 48

Hình 4.7: Đường CV của ITO trong dung dịch H2SO4. 49

Hình 4.8: Đường CV của ITO trong dung dịch H2SO41M+ HClO4 50

Hình 4.9: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 50

Hình 4.10: Đường CV của ITO trong dung dịch Na2SO4 1M. 51

Hình 4.11: Đường CV của ITO trong dung dịch Na2SO41M + HClO4 52

Hình 4.12: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 52

Hình 4.13: Đường CV của Pt trong dung dịch H2SO41M. 53

Hình 4.14: Đường CV của ITO trong dung dịch H2SO41M+ HClO4 54

Hình 4.15: Độ lớn của pic A và số chu kỳ quét trong trường hợp 54

Hình 4.16: Đường CV của Pt trong dung dịch Na2SO41M 55

Hình 4.17: Đường CV của Pt trong dung dịch Na2SO41M + HClO4 56

Hình 4.18: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 56

Hình 4.19: Đường CV của SS trong dung dịch H2SO4 1M. 57

Hình 4.20: Đường CV của SS trong dung dịch H2SO41M + HClO4 58

Hình 4.21: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 58

Hình 4.22: Đường CV của SS trong dung dịch Na2SO41M 59

Hình 4.23: Đường CV của SS trong dung dịch Na2SO41M + HClO4 60

Hình 4.24: Điện lượng Q(+) và số chu kỳ quét trong trường hợp có và không có HClO4 60

Hình 4.25: Quá trình polyme hóa điện hóa của aniline 62

Hình 4.26: Đường CV tổng hợp của trong dung dịch H2SO4 1M + aniline 0.1M trên điện cực GC (a), ITO (b), Pt (c), SS (d) 63

Hình 4.27: Đường CV tổng hợp của trong dung dịch H2SO4 1M+HClO4 + aniline 0.1M trên điện cực GC (a), ITO (b), Pt (c), SS (d) 64

Hình 4.28: Đường CV tổng hợp của trong dung dịch Na2SO4+HClO4 + aniline 0.1M trên điện cực GC (a), ITO (b), Pt (c), SS (d) 66

Hình 4.29: Đường CV tổng hợp của trong dung dịch Na2SO4 +HClO4+ aniline 0.1M trên điện cực GC (a), ITO (b), Pt (c), SS(d) 67

Hình 4.30: Mật độ dòng ở 0,6V (so với điện cực hydro) đối với sự oxy hóa của ethylene trên một loạt các kim loại và hợp kim 68

Hình 4.31: Đường CV của màng PANi được tổng hợp trên điện cực GC trong dung dịch 70

Hình 4.32: Đường CV của màng PANi được tổng hợp trên điện cực ITO trong dung dịch 72

Hình 4.33: Đường CV của màng PANi được tổng hợp trên điện cực Pt trong dung dịch 73

Hình 4.34: Đường CV của màng PANi được tổng hợp trên điện cực SS trong dung dịch 74

Hình 4.35: Phổ tổng trở của PANi được tổng hợp trên điện cực GC ở các điện thế khác nhau 76

Hình 4.36: Mạch tương đương 76

Hình 4.37: Phổ tổng trở của PANi được tổng hợp trên điện cực ITO ở các điện thế khác nhau 77

Hình 4.38: Phổ tổng trở của PANi được tổng hợp trên điện cực Pt ở các điện thế khác nhau 78

Hình 4.39: Mạch tương đương 79

Hình 4.40: Mạch tương đương 80

Hình 4.41: Phổ tổng trở của PANi được tổng hợp trên điện cực SS304 ở các điện thế khác nhau 80

Hình 4.42: Ảnh SEM của PANi được tổng hợp trên điện cực GC ở các dung dịch khác nhau 81

Hình 4.43: Ảnh SEM của PANi được tổng hợp trên điện cực ITO ở các dung dịch khác nhau 83

Hình 4.44: Ảnh SEM của PANi được tổng hợp trên điện cực Pt ở các dung dịch khác nhau 84

Hình 4.45: Ảnh SEM của PANi được tổng hợp trên điện cực SS ở các dung dịch khác nhau 8