Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYPYROL TRÊN NỀN THÉP CT3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ PYROL"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quá trình oxi hoá điện hoá pyrol để tạo màng polypyrol trên nền điện cực thép CT3 được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong dòng - thế tuần hoàn và điện phân ở mật độ dòng không đổi. Kết quả đo đường cong phân cực cho thấy thép CT3 bị thụ động trong dung dịch H2C2O4 và phản ứng oxi hoá pyrol xảy ra trong khoảng thế +0,7 (+ 1,2V so với (SCE). Màng polypyrol thu được có màu đen và bám dính tốt. Các tính chất vật lý như độ dẫn điện, điểm nóng chảy, cấu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MÀNG POLYPYROL TRÊN NỀN THÉP CT3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ PYROL"

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP M ÀNG POLYPYROL TRÊN NỀN THÉP CT3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HOÁ ĐIỆN HOÁ PYROL A STUDY ON THE SYNTHESIS OF POLYPYRROLE FILM ON CT3 STEEL BY ELECTROCHEMICAL OXIDATION OF PYRROLE LÊ TỰ HẢI Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM T ẮT Quá trình oxi hoá điện hoá pyrol để tạo màng polypyrol trên nền điện cực thép CT3 được nghiên cứu bằng phương pháp đo đường cong dòng - thế tuần hoàn và điện phân ở mật độ dòng không đổi. Kết quả đo đường cong phân cực cho thấy thép CT3 bị thụ động trong dung dịch H2C2O4 v à phản ứng oxi hoá pyrol xảy ra trong khoảng thế +0,7 (+ 1,2V so với (SCE). Màng polypyrol thu được có màu đen và bám dính tốt. Các tính chất vật lý như độ dẫn điện, điểm nóng chảy, cấu trúc phân tử và cấu trúc tế vi của màng polypyrol được khảo sát bằng các phương pháp vật lý. ABSTRACT Electrochemical oxidation of pyrrole on CT3 steel electrode to form polypyrrole film has been studied by the cyclic voltammetry technique and constant current density electrolysis. The results of polarization curves showed that CT3 steel became passived in H2C2O4 solution and the electrochemical oxidation of pyrrole occurs at + 0.7 + 1.2V (SCE). Smooth, black, well- adhering polypyrrole films were obtained in oxalic acid solution under constant current density condition. The deposisted films were characterized by conductivity, melting point, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. 1. §Æt vÊn ®Ò Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, viÖc nghiªn cøu tæng hîp polime dÉn ®iÖn ®îc nhiÒu nhµ khoa häc trªn thÕ giíi quan t©m bëi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc, kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn vµ øng dông réng r·i cña chóng [1, 2]. Polypyrol (PPy) lµ mét polime dÉn ®iÖn ®îc sö dông lµm sensor ho¸ häc, thiÕt bÞ ®iÖn tö, c¸c ®iÖn cùc trong vi pin vµ lµm chÊt kÝch ho¹t trong dîc phÈm [3, 4]. Ngoµi ra, PPy cßn ®îc sö dông lµm vËt liÖu mµng ®Ó chèng ¨n mßn kim lo¹i [5, 6]. B»ng ph¬ng ph¸p oxi ho¸ ®iÖn ho¸ pyrol, PPy ®· ®îc tæng hîp trªn c¸c ®iÖn cùc an«t tr¬ ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt thêng. Tuy nhiªn, viÖc tæng hîp PPy trªn ®iÖn cùc an«t hoµ tan bÞ h¹n chÕ bëi qu¸ tr×nh hoµ tan kim lo¹i. Trong c«ng tr×nh nµy, chóng t«i tr×nh bµy kÕt qu¶ nghiªn cøu tæng hîp mµng PPy trªn ®iÖn cùc thÐp CT3 b»ng ph¬ng ph¸p oxi ho¸ an«t pyrol. 2. Thùc nghiÖm C¸c ho¸ chÊt sö dông trong nghiªn cøu gåm: pyrol, H2SO4, HNO3, H2C2O4, KClO4, NaCl, NaOH, Na2CO3 vµ gielatin cã møc ®é tinh khiÕt ph©n tÝch. Dung m«i ®Ó pha dung dÞch lµ níc cÊt hai lÇn. ThiÕt bÞ potentiostat PGS - HH1B kÕt nèi víi m¸y tÝnh ®îc sö dông trong c¸c phÐp ®o ®êng cong dßng - thÕ tuÇn hoµn (cyclic voltammetry) ®Ó nghiªn cøu tÝnh chÊt thô ®éng cña thÐp CT3 trong c¸c dung dÞch. PhÐp ®o dßng - thÕ ®îc tiÕn hµnh trong b×nh ®o 3 ®iÖn cùc. §iÖn cùc so s¸nh lµ calomen b·o hoµ (SCE). §iÖn cùc phô lµ ®©y dÉn Pt. §iÖn cùc lµm viÖc lµ thÐp CT3.
Tríc mçi phÐp ®o, bÒ mÆt ®iÖn cùc ®îc tÈy c¬ häc b»ng giÊy nh¸m SiC (1500 vµ 1200); tÈy mì trong dung dÞch NaOH, Na2CO3 vµ röa l¹i b»ng níc cÊt. §Ó tæng hîp mµng PPy, chóng t«i tiÕn hµnh ®iÖn ph©n dung dÞch nghiªn cøu trªn thiÕt bÞ ®iÖn ph©n ANA-2 ë ®iÒu kiÖn mËt ®é dßng kh«ng ®æi. §iÖn trë mµng PPy ®îc ®o b»ng thiÕt bÞ Sanwa YX - 960TR. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña PPy ®îc x¸c ®Þnh trªn m¸y ®o Gallenkamp - SG 97/04/475. CÊu tróc cña PPy vµ ¶nh tÕ vi mµng PPy t¹o thµnh trªn thÐp CT3 ®îc kh¶o s¸t b»ng ph¬ng ph¸p phæ hång ngo¹i vµ kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt. 3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1. Khaío saït sæû thuû âäüng theïp CT3 Tiãún haình queït cyclic voltammetry âiãûn cæûc theïp CT3 trong caïc dung dëch âiãûn ly HNO3 0,1M, H2SO4 0,1M, H2C2O4 khoaíng thãú tæì - 0,7 V  + 2,0 V, våïi 0,1M, KClO4 0,1M trong täúc âäü queït thãú 20 mV/s. Caïc kãút quaí thu âæåüc cho tháúy, trong khoaíng thãú 0,0  +1,5V theïp CT3 khäng bë thuû âäüng trong caïc dung dëch HNO3 0,1M, H2SO4 0,1M, KClO4 0,1M (hçnh1); coìn trong dung dëch H2C2O4 0,1M, theïp CT3 bë thuû âäüng trong khoaíng thãú (+0,6  +1,5V) (hçnh 2). 2 1 3 Hçnh 1. Âæåìng cong doìng - thãú Hçnh 2. Âæåìng cong doìng - thãú cuía âiãûn cæûc theïp CT3 trong cuía âiãûn cæûc theïp CT3 trong caïc dung dëch: (1) H2SO4 0,1M, dung dëch H2C2O4 0,1M. (2) HNO3 0,1M, (3) KClO4 0,1M. Do âoï, H2C2O4 âæåüc choün laìm cháút âiãûn ly cho quaï trçnh täøng håüp låïp maìng PPy trãn nãön theïp CT3. 3.2. AÍnh hæåíng cuía näöng âäü H2C2O4 âãún quaï trçnh oxi hoïa pirol trãn nãön theïp CT3
AÍnh hæåíng cuía näöng âäü H2C2O4 âãún quaï trçnh oxi hoïa pirol trãn nãön theïp CT3 âæåüc âæa ra åí hçnh 3. Hçnh 3. Âæåìng cong doìng - thãú cuía dung dëch chæïa pyrol 0,1M + H2C2O4: (1) 0,05M, (2) 0,075M, (3) 0,1M,(4) 0,2M. Täúc âäü queït thãú 20 mV/s. ÅÍ caí 4 træåìng håüp khaío saït trãn, bãö màût âiãûn cæûc theïp CT3 âãöu coï phuí låïp maìng maìu âen vaì trãn âæåìng cong doìng - thãú xuáút hiãûn thãm mäüt pic oxi hoïa maì pic naìy khäng coï trong âæåìng cong doìng - thãú cuía dung dëch chè chæïa H2C2O4 (hçnh 3). Nhæ váûy, coï xaíy ra phaín æïng oxi hoïa pyrol trãn âiãûn cæûc theïp CT3 (+0,7  + 1,2V) trong sæû coï màût cuía cháút âiãûn ly H2C2O4. Pic oxi hoïa pyrol trong dung dëch H2C2O4 0,05M vaì 0,075M tháúp hån so våïi dung dëch H2C2O4 0,1M vaì 0,2M, chæïng toí phaín æïng oxi hoïa pyrol trong dung dëch H2C2O4 0,05M vaì 0,075M xaíy ra yãúu hån. Pic oxi hoïa pyrol trong dung dëch H2C2O4 0,1M tháúp hån trong dung dëch H2C2O4 0,2M nãn dung dëch H2C2O4 0,2M âæåüc choün laìm dung dëch âiãûn ly cho quaï trçnh täøng håüp låïp maìng PPy trãn nãön theïp CT3. 3.3. Täøng håüp låïp maìng PPy trãn âiãûn cæûc theïp CT3 bàòng phæång phaïp âiãûn phán åí máût âäü doìng khäng âäøi Tiãún haình täøng håüp låïp maìng PPy åí caïc máût âäü doìng khäng âäøi laì 1mA/cm2, 2mA/cm2, 4 mA/cm2 vaì 6 mA/cm2. Thåìi gian cho mäùi láön täøng håüp laì 30 phuït. Sau khi täøng håüp, âiãûn cæûc laìm viãûc âæåüc ræía saûch bàòng næåïc cáút räöi sáúy khä trong loì sáúy åí nhiãût âäü 65oC trong 2 giåì. Bàòng træûc quan, dãù daìng nháûn tháúy låïp maìng PPy âæåüc täøng håüp åí máût âäü doìng 1mA/cm2 vaì 2 mA/cm2 nhàôn mën hån vaì coï âäü baïm dênh trãn nãön theïp CT3 täút hån so våïi låïp maìng âæåüc täøng håüp åí máût âäü doìng 4 mA/cm2 vaì 6 mA/cm2. Âiãöu naìy laì do: ÅÍ máût âäü doìng nhoí, täúc âäü taûo thaình PPy nhoí vaì täúc âäü hoìa tan âiãûn cæûc theïp cuîng nhoí nãn låïp maìng PPy taûo thaình coï cáúu truïc mën vaì coï âäü baïm dênh täút. Khi tàng máût âäü doìng, täúc âäü
taûo thaình PPy tàng, âäöng thåìi täúc âäü hoìa tan âiãûn cæûc theïp cuîng tàng nãn låïp maìng PPy taûo thaình xäúp vaì coï âäü baïm dênh khäng täút. Khäúi læåüng m vaì âäü daìy caïc låïp maìng taûo thaình æïng våïi caïc máût âäü doìng i âæåüc âæa ra trong baíng 1. Caïc âiãûn cæûc laìm viãûc coï cuìng diãûn têch bãö màût nhæng khäúi læåüng låïp maìng PPy taûo thaình khäng tàng tuyãún tênh theo máût âäü doìng. Âiãöu naìy laì do hiãûu suáút doìng phaín æïng trong caïc quaï trçnh âiãûn phán khaïc nhau. Khi tàng máût âäü doìng, täúc âäü hoìa tan âiãûn cæûc theïp tàng nãn hiãûu suáút doìng phaín æïng giaím. Do âoï, khäúi læåüng låïp maìng PPy taûo thaình tàng cháûm hån so våïi máût âäü doìng. Baíng 1. Khäúi læåüng vaì âäü daìy caïc låïp maìng taûo thaình i (mA/cm2) 1 2 4 6 8 12 19 33 m (mg) Âäü daìy 5,3 9 12,3 20,3 (m) 3.4. Khaío saït cáúu truïc låïp maìng PPy 3.4.1. AÍnh hiãøn vi âiãûn tæí queït (SEM) Cáúu truïc tãú vi cuía låïp maìng PPy täøng håüp trãn âiãûn cæûc theïp CT3 âæåüc khaío saït bàòng chuûp aính hiãøn vi âiãûn tæí queït nhåì thiãút bë Jeal - JSM - 5300 Scanning Microscope. Kãút quaí âæåüc chè ra åí caïc hçnh 4. a) b)
c) Hçnh 4. AÍnh SEM cuía låïp maìng PPy täøng håüp åí máût âäü doìng: a) 1 mA/cm2 b) 2 mA/cm2 c) 6 mA/cm2 Caïc aính SEM cho tháúy, cáúu truïc tãú vi cuía låïp maìng PPy laì táûp håüp caïc haût daûng hçnh cáöu vaì kêch thæåïc cuía caïc haût hçnh cáöu naìy tàng dáön khi tàng máût âäü doìng täøng håüp låïp maìng PPy. Kãút quaí naìy phuì håüp våïi sæû quan saït bàòng træûc quan: Khi caìng tàng máût âäü doìng, låïp maìng taûo thaình caìng xäúp. 3.4.2. Phäø häöng ngoaûi Phäø häöng ngoaûi cuía PPy täøng håüp âæåüc ghi bàòng maïy quang phäø IR -Impact - 410 - Nicolet. Kãút quaí ghi phäø häöng ngoaûi vaì phán giaíi phäø âæåüc trçnh baìy åí hçnh 5 vaì baíng 2. Phäø häöng ngoaûi cuîng chæïng toí ràòng coï màût ion âäúi (C2O42-) trong PPy taûo thaình, tæïc laì PPy taûo thaình åí traûng thaïi kêch thêch. Nhæ váûy, cáúu taûo phán tæí PPy coï thãø 2laì + A2 - NH x y trong âoï, A laì C2O42- vaì x coï giaï trë tæì 6 - 8. 2-
Hçnh 5. Phäø häöng ngoaûi cuía PPy täøng håüp Baíng 2. Phán giaíi phäø häöng ngoaûi cuía PPy täøng håüp âæåüc Táön säú Nhoïm Kiãøu dao (cm-1) âäüng N-H Hoïa trë  3400 2972,83 C-H Hoïa trë 1675,38 C = C, C =N (liãn håüp) Hoïa trë C = O (trong C2O42-) 1638,67 Hoïa trë 1393,94 N-H Biãún daûng C - O (trong C2O42-) 1268,51 Hoïa trë 600 - 800 2 nhoïm C - H thåm Hoïa trë caûnh nhau 3.5. Xaïc âënh mäüt säú tênh cháút váût lyï cuía låïp maìng PPy 3.5.1. Nhiãût âäü noïng chaíy Nhiãût âäü noïng chaíy cuía låïp maìng PPy âæåüc xaïc âënh bàòng thiãút bë âo nhiãût âäü noïng chaíy Gallenkamp (Sanyo). Nhiãût âäü täúi âa maì thiãút bë naìy âaût âæåüc laì 400oC. ÅÍ nhiãût âäü naìy, PPy täøng håüp âæåüc chæa bë noïng chaíy. Nhæ váûy, nhiãût âäü noïng chaíy cuía låïp maìng PPy låïn hån 400oC. 3.5.2. Âäü dáùn âiãûn riãng Âäü dáùn âiãûn riãng cuía låïp maìng PPy täøng håüp âæåüc thay âäøi báút thæåìng åí caïc vë trê vaì caïc hæåïng khaïc nhau, biãún âäøi tæì 0,5 - 15 S/cm.
Âäü dáùn âiãûn cuía låïp maìng PPy thay âäøi báút thæåìng coï leî laì do sæû phán bäú cuía caïc chuäùi PPy khäng theo mäüt hæåïng xaïc âënh. KÃÚT LUÁÛN 1. Täøng håüp âæåüc låïp maìng PPy trãn âiãûn cæûc theïp CT3 bàòng phæång phaïp oxi hoïa âiãûn hoïa maì khäng xaíy ra âäöng thåìi quaï trçnh hoìa tan theïp CT3 âaïng kãø. Quaï trçnh naìy âæåüc thæûc hiãûn bàòng phæång phaïp âiãûn phán åí máût âäü doìng khäng âäøi (i  6 mA/cm2) våïi dung dëch chæïa pyrol 0,1M vaì H2C2O4 0,2M. H2C2O4 coï taïc duûng æïc chãú quaï trçnh hoìa tan âiãûn cæûc theïp CT3 khi phán cæûc anot âiãûn cæûc. 2. Låïp maìng PPy täøng håüp åí máût âäü doìng 1 vaì 2 mA/cm2 coï cáúu truïc nhàôn mën hån vaì coï âäü baïm dênh trãn âiãûn cæûc theïp CT3 täút hån låïp maìng täøng håüp åí máût âäü doìng 4 vaì 6 mA/cm2. 3. Xaïc âënh âæåüc cáúu truïc tãú vi cuía låïp maìng PPy: Bãö màût låïp maìng PPy laì táûp håüp caïc haût daûng hçnh cáöu. 4. Xaïc âënh âæåüc mäüt säú tênh cháút váût lyï cuía låïp maìng nhæ: nhiãût âäü noïng chaíy (> 400oC) vaì âäü dáùn âiãûn riãng (0,5 - 15 S/cm). TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1] Michael E.G.Lyons, Electroactive Polymer Electrochemistry, Part 1: Fundamentals, Prenum Press, New York and London, 1994. [ 2] Kyoo Kim, Characterization of some conductive polymer, Seoul, 1996. [ 3] Yu Chen, T. Imrie, Pyrrole and polypyrrole - based liquid crystal, J. Mater. Chem, 11, 990 - 995, 2001. [ 4] Seung - Ki Lee, Experimental Analysis on the properties of polypyrrole as drug delivery system materials, Synthetic Met. 73, 247-256,1995. [ 5] N.V.Krstajíc, B.N.Grgur, S.M.Jovanovíc, M.V.Vojnovíc, "Corrosion protection of mild steel by polypyrrole coatings in acid sulfate solusions", Electrochimica Acta, Vol.42, (No.11), pp.1685-1691, 1997. [ 6] J.Tamm, A.Hallik, A.Alumaa, V.Sammelselag, "Electrochemical properties of polypyrrole/sulfate films", Electrochimica Acta, Vol.42 (No.19), pp.2929-2934, 1997.