intTypePromotion=1
Array
(
    [0] => Array
        (
            [banner_id] => 143
            [banner_name] => KM - Normal
            [banner_picture] => 316_1568104393.jpg
            [banner_picture2] => 413_1568104393.jpg
            [banner_picture3] => 967_1568104393.jpg
            [banner_picture4] => 918_1568188289.jpg
            [banner_picture5] => 
            [banner_type] => 6
            [banner_link] => https://alada.vn/uu-dai/nhom-khoa-hoc-toi-thanh-cong-sao-ban-lai-khong-the.html
            [banner_status] => 1
            [banner_priority] => 0
            [banner_lastmodify] => 2019-09-11 14:51:45
            [banner_startdate] => 2019-09-11 00:00:00
            [banner_enddate] => 2019-09-11 23:59:59
            [banner_isauto_active] => 0
            [banner_timeautoactive] => 
            [user_username] => minhduy
        )

)

Nghiên cứu chế tạo màng mỏng NiOxHy trên nền kim loại titan và Niken bằng phương pháp sol-gel có mặt axit xitric

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
40
lượt xem
3
download

Nghiên cứu chế tạo màng mỏng NiOxHy trên nền kim loại titan và Niken bằng phương pháp sol-gel có mặt axit xitric

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài bào trình bày một số kết quả nghiên cứu ban đầu về chế tạo điện cực màng mỏng niken hiđroxit/oxihiđroxit phủ trên nền Ni và Ti kim loại bằng phương pháp sol-gel với kỹ thuật nhúng phủ, đồng thời khảo sát tính chất điện hóa của chúng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo màng mỏng NiOxHy trên nền kim loại titan và Niken bằng phương pháp sol-gel có mặt axit xitric

  1. T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (5), Tr. 574 - 578, 2006 Nghiªn cøu chÕ t¹o mµng máng NiOxHy trªn nÒn kim lo¹i titan vµ Niken b»ng ph ¬ng ph¸p sol-gel cã mÆt axit xitric §Õn Tßa so¹n 25-10-2005 TrÞnh Xu©n SÐn, Tr ¬ng ThÞ Th¶o Khoa Hãa häc, Tr!êng §HKHTN, §¹i häc Quèc gia H) Néi summary NiOxHy thin films were prepared on Ti and Ni metal substrates by sol-gel method and dip- coating technique. Nickel nitrate hecxahydrate precursor in n-butanol and citric acid (CA) used as coordination ligand generated a completely homogeneous solution. By this way, dispersion of the studied film was increased. The film was investigated by thermogravimetry, X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM). The electrochemical properties of thin film on Ni and Ti substrates were studied as well. It was shown that the film on nickel metal substrate with heat treatment at 270oC behaved the best electrode properties. I - Më ®Çu C¸c hãa chÊt sö dông thuéc lo¹i tinh khiÕt v lo¹i AR. Niken (Ni) v hçn hîp niken hi®roxit/ C¸c thiÕt bÞ sö dông gåm: oxihi®roxit (Ni(OH)2/NiOOH) l nh÷ng vËt liÖu quan träng, ®"îc sö dông réng r)i trong anot - ThiÕt bÞ nhiÔu x¹ tia X SIEMENS D5005 cña ¾c quy, pin nhiªn liÖu, sensor khÝ, thiÕt bÞ (Khoa VËt lý), thiÕt bÞ hång ngo¹i (Phßng Hãa ®iÖn s¾c, vËt liÖu tõ, xóc t¸c cho nhiÒu ph¶n øng dÇu, Khoa Hãa häc), thiÕt bÞ ph©n tÝch nhiÖt chuyÓn hãa h÷u c¬: ®Ò hi®ro hãa (etan th nh DTG, DTA 2960.SDT VO3. OF (Khoa Hãa etylen), reforming metan, oxi hãa ancol [2 - häc); thiÕt bÞ kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt SEM 4].... Niken kim lo¹i phñ mét líp niken (ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v hi®roxit/oxihi®roxit cã nh÷ng tÝnh n¨ng v"ît C«ng nghÖ ViÖt Nam) nghiªn cøu cÊu tróc s¶n tréi so víi niken kim lo¹i. V× vËy, ®iÒu chÕ phÈm. NiOxHy d¹ng m ng máng ®ang rÊt ®"îc quan - HÖ thiÕt bÞ ®iÖn hãa PGS.HH8 kÌm m¸y t©m nghiªn cøu. Trong b i b¸o n y, chóng t«i tÝnh xö lý sè liÖu (Phßng §iÖn ho¸, Khoa Hãa xin tr×nh b y mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu ban ®Çu häc) nghiªn cøu tÝnh chÊt ®iÖn hãa cña ®iÖn cùc. vÒ chÕ t¹o ®iÖn cùc m ng máng niken hi®roxit/oxihi®roxit phñ trªn nÒn Ni v Ti kim 2. Thùc nghiÖm lo¹i b»ng ph"¬ng ph¸p sol-gel víi kü thuËt a) T¹o sol nhóng phñ, ®ång thêi kh¶o s¸t tÝnh chÊt ®iÖn hãa cña chóng. Ho tan mét l"îng x¸c ®Þnh Ni(NO3)2.6H2O ho n to n trong n-butanol (n-C4H9OH), thªm tõ II - Thùc nghiÖm tõ 10% khèi l"îng axit xitric C6H8O7.H2O (ký hiÖu CA); khuÊy cho tan ho n to n. Dung dÞch 1. Hãa chÊt v thiÕt bÞ sö dông chia 2 mÉu: mÉu A1: ®un håi l"u ë 90oC cã 574
  2. khuÊy liªn tôc trong 8h, mÉu A2: ®un håi l"u ë nÒn röa l¹i b»ng n"íc cÊt v sÊy ë 130oC trong 90oC kh«ng khuÊy trong 8 h. C¸c sol lo)ng thu 30 phót. ®"îc ñ ë 70 - 80oC tõ 20 - 24 h ®Õn ®é nhít cÇn c) T¹o ®iÖn cùc thiÕt (sol chuyÓn th nh gel) dïng ®Ó t¹o mÉu. Mçi mÉu gel lÊy mét Ýt sÊy tiÕp ë 90 - 100oC NÒn sau xö lý nhóng rót tõ tõ v o dung dÞch trong 12 h råi nung ë 120 - 130oC trong 5 - 6 h sol trªn (tèc ®é 2 cm/phót) råi sÊy kh« ë 100oC t¹o xerogel. Xerogel nghiÒn mÞn dïng chôp phæ trong 30’, qu¸ tr×nh lÆp l¹i 3 lÇn. Sau ®ã, mÉu hång ngo¹i IR, ph©n tÝch nhiÖt. nung tõ tõ ®Õn nhiÖt ®é x¸c ®Þnh (220oC, 270oC, 3200C) v ñ trong 30’. §iÖn cùc ®iÒu chÕ ®"îc b) Xö lý nÒn dïng x¸c ®Þnh tÝnh chÊt ®iÖn ho¸, chôp nhiÔu x¹ NÒn Ni v Ti kim lo¹i l m bãng b»ng giÊy tia X v ¶nh SEM. r¸p, sau ®ã röa b»ng etanol v axeton. TiÕp theo, nÒn Ni ng©m trong dung dÞch HCl 1M 10 III - KÕt qu¶ v% th¶o luËn phót ë 70oC , nÒn Ti ng©m trong dung dÞch HCl 6 M 30 phót ë 70oC, ng©m tiÕp trong dung dÞch 1. Vai trß cña axit xitric trong qu¸ tr×nh t¹o C2H2O4 10% 30 phót ë 70oC, cuèi cïng c¶ hai sol 150 140 130 1 1055.19 120 A1K 110 2222.20 100 %Transmittance 2394.68 90 819.91 80 1347.12 70 A1KK 60 1620.75 3395.33 50 40 30 20 2 10 4000 3000 2000 1000 W avenumbers (c m-1) H×nh 1: Phæ hång ngo¹i IR cña xerogen c¸c mÉu: 1: mÉu A1; 2: mÉu A2 C«ng thøc cÊu t¹o cña CA: ®Ønh kÐp t¹i 1550 - 1343,99 cm-1 ®Æc tr"ng cho HOOCCH2(OH)(COOH)CH2COOH. Phæ hång anion cacboxylat [6]. D¶i ®Æc tr"ng cho nhãm ngo¹i IR chuÈn cña CA cã ®Ønh ë vïng 1700 OH trë nªn rÊt lín do cã OH cña dung m«i n- cm-1 ®Æc tr"ng cho 3 nhãm cacbonyl, d¶i ch©n butanol v trong xerogel cã thÓ vÉn cßn CA tù réng ë vïng 3000 cm-1 ®Æc tr"ng cho nhãm OH do. Tuy nhiªn, phæ mÉu A2 vÉn cßn thªm mét axit v OH r"îu, vïng d"íi 1421 cm-1 ®Æc tr"ng vai phæ nhá ë gÇn 1600 cm-1 v ë vïng d"íi cho dao ®éng cña gèc hi®rocacbon. 1000 cm-1 kh¸ tï, d¶i d"íi 500 cm-1 cña liªn kÕt Tõ h×nh 1, so s¸nh ®"êng (1) v (2) thÊy Ni-O th× kh«ng râ nh" phæ mÉu A1. mÉu A1 v mÉu A2 cã c¸c d¶i phæ ®Æc tr"ng §iÒu n y cho thÊy trong qu¸ tr×nh t¹o sol, kh¸ trïng nhau v thay ®æi râ rÖt so víi phæ CA: mét phÇn CA ®) liªn kÕt víi cation Ni t¹o phøc vïng d"íi 1421 cm-1 chØ cã mét ®Ønh nhá ë 1048 Niken citrat, phÇn cßn l¹i tån t¹i trong sol ë cm-1 v mét d¶i ch©n réng ë d"íi 1000 cm-1, d¹ng CA tù do. Håi l"u cã khuÊy liªn tôc (mÉu vïng n y cßn xuÊt hiÖn mét sè ®Ønh d"íi 500 A1) ®) gióp ph©n bè CA v Ni ®ång ®Òu h¬n, cm-1 ®Æc tr"ng cho liªn kÕt Ni-O, ®Ønh ®Æc tr"ng l"îng CA t¹o phøc lín h¬n. cña gèc cacboxylic tù do chuyÓn dÞch vÒ mét 2. Nghiªn cøu hiÖu øng nhiÖt v thay ®æi khèi ®Ønh lín ë 1622,05 cm-1, ®Æc tr"ng cho nhãm cacboxylic t¹o liªn kÕt hi®ro liªn ph©n tö v mét l0îng cña mÉu theo nhiÖt ®é 575
  3. Tõ h×nh 2 cho thÊy, CA bÞ ph©n huû nhiÖt 290oC, chËm dÇn sau 320oC nh"ng kÕt thóc ho n theo ba giai ®o¹n: giai ®o¹n I (thu nhiÖt): tõ to n ë gÇn 550oC (to¶ nhiÖt). Hôt khèi ë giai 68,5oC ®Õn 100,0oC, hôt khèi 8,26%. øng víi ®o¹n I cña A2 l 33,67%, x¶y ra kh¸ ®Òu; A1 l qu¸ tr×nh mÊt n"íc kÕt tinh cña CA 32, 39%, ë giai ®o¹n II cña A2 l 29,62%, A1 l C6H8O7.H2O,%mH2O = 8,57%), giai ®o¹n II 30,22%. (162,3oC ®Õn 207,4oC) v giai ®o¹n III (207,4oC Nh" vËy, vÒ c¬ b¶n hai mÉu cã qu¸ tr×nh ®Õn gÇn 700,0oC) kÕ tiÕp nhau v x¶y ra gÇn nh" ph©n huû nhiÖt gièng nhau: giai ®o¹n I l giai ho n to n chØ ë 180oC - 230oC hôt khèi 78,84%. ®o¹n bay h¬i cña dung m«i (butanol) v CA Qu¸ tr×nh n y chËm h¼n l¹i sau 300oC v kÕt kh«ng liªn kÕt víi cation Ni; giai ®o¹n II l giai thóc ho n to n ë gÇn 600oC. Hai giai ®o¹n n y ®o¹n to¶ nhiÖt øng víi ph¸ vì liªn kÕt gi÷a ®Òu thu nhiÖt nªn ®©y l qu¸ tr×nh chuyÓn pha cation Ni v CA, c¸c CA tù do v CA t¹o phøc cña CA: CA nãng ch¶y v bay h¬i. víi cation Ni bÞ ph©n huû v bay h¬i. Hai mÉu MÉu A1 bÞ ph©n huû nhiÖt theo hai giai chØ chªnh lÖch chót Ýt vÒ nhiÖt ®é, trong ®ã, mÉu ®o¹n: giai ®o¹n I (to¶ nhiÖt): tõ 50oC ®Õn gÇn A2 x¶y ra sím h¬n mét chót (10oC) nh"ng l¹i 200oC råi x¶y ra nhanh tíi 275oC. Giai ®o¹n II kÕt thóc ho n to n sau mÉu A1 h¬n 100oC. §iÒu (to¶ nhiÖt): x¶y ra rÊt nhanh ë kho¶ng 300oC, n y cã thÓ do giai ®o¹n h i l u kh«ng khuÊy kÕt thóc ho n to n ë 400oC. §"êng ph©n tÝch nªn CA t¹o phøc Ýt, c¸c phøc cã ®é bÒn kh«ng nhiÖt xerogen mÉu A2 hai giai ®o¹n gÇn gièng ®ång ®Òu, phøc kÐm bÒn bÞ ph©n nhanh h¬n v ë nh" mÉu A1, b¾t ®Çu tõ 50oC ®Õn 260oC (to¶ nhiÖt ®é thÊp h¬n; phøc bÒn th× ph©n huû chËm nhiÖt) v tiÕp tôc tõ 260oC ®Õn x¶y ra nhanh ë v ë nhiÖt ®é cao h¬n, tuy l"îng n y Ýt. TG/ dTG/%/mi 80 3 -10 60 2 -20 40 -30 20 1 -40 0 -50 -20 2 -60 3 -40 -70 -60 1 -80 -80 -90 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Furnace temperature H×nh 2: C¸c ®"êng ph©n tÝch nhiÖt cña xerogen c¸c mÉu: 1: CA; 2: A1; 3: A2 V× kÝch th"íc h¹t d¹ng bét (xerogel) bao giê n y râ h¬n, m ng nung ë 320oC cßn cho thªm còng lín h¬n d¹ng m ng máng, kÝch th"íc h¹t mét pic cña NiO ë 43,2o [5]. Ngo i ra, khi quan lín th× ph©n huû nhiÖt chËm h¬n v ë nhiÖt ®é s¸t phæ nhiÔu x¹ tia X c¸c m ng nung ë 270oC cao h¬n [6 - 8]. Do ®ã, víi mÉu nghiªn cøu d¹ng cña hai mÉu t"¬ng øng A1 v A2 còng cho thÊy m ng máng, chóng t«i sÏ tiÕn h nh xö lý mÉu ë vÞ trÝ c¸c pic cña chóng trïng nhau, chØ cã c"êng 220oC, 270oC v 320oC. ®é mÉu mÉu A1 m¹nh h¬n A2 chót Ýt. §iÒu n y 3. X¸c ®Þnh th nh phÇn m ng máng b»ng chøng tá c¸c phøc khi xö lý nhiÖt ®) bÞ ph©n ph©n tÝch nhiÔu x¹ tia X huû v h×nh th nh NiOxHy (NiO, Ni(OH)2, Ni(OH)2.0,67H2O...). H×nh 3 cho thÊy, m ng nung 220oC cã hai pic rÊt nhá ë 38,5o v 38,8o (Theophrasitite, syn 4. Nghiªn cøu cÊu tróc vi m« b»ng kÝnh hiÓn v niken hi®roxit); m ng nung ë 270oC c¸c ®Ønh vi ®iÖn tö quÐt 576
  4. H×nh 3: H×nh 3: Phæ nhiÔu x¹ tia X c¸c m ng máng nÒn Ni mÉu A1 xö lý nhiÖt kh¸c nhau: (1) m ng nung 220oC; (2) m ng nung 270oC; (3) m ng nung 320oC ¶nh SEM (h×nh 4) cña m ng mÉu A1 nung s¸nh - calomen, ®iÖn cùc l m viÖc - ®iÖn cùc ë 270oC cho thÊy c¸c h¹t ph©n bè kh¸ ®ång ®Òu, ®iÒu chÕ, dung dÞch KOH 1 M, U1 = 0,0 V; U2 = kÝch th"íc h¹t kh¸ nhá, cì nm. C¸c h¹t ph©n bè 0,6 V, ®é nh¹y 3; tèc ®é quÐt 0,05 V/s (h×nh 5 theo tõng bói nhá, gi÷a cã c¸c khe nøt, ®«i chç v 6). xuÊt hiÖn h¹t lín. KÕt qu¶ n y l do c¸c h¹t ®"îc ph©n t¸n ®Õn kÝch th"íc nhá v ®ång ®Òu v qu¸ tr×nh nung ®Én ®Õn sù ph©n huû v t¸ch ra cña c¸c t¹p chÊt trong sol nh" CA tù do, dung m«i, NO3-, CA t¹o phøc. 5. Nghiªn cøu tÝnh chÊt ®iÖn hãa m ng máng NiOxHy TÝnh chÊt ®iÖn hãa cña c¸c ®iÖn cùc m ng máng cña c¸c mÉu A1, A1 trªn c¸c nÒn kh¸c nhau nung ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®"îc ®"îc x¸c ®Þnh b»ng ®o ph©n cùc vßng trªn hÖ thiÕt bÞ Potentiostatic PGS.HH8: B×nh ®o ®iÖn hãa gåm H×nh 4: ¶nh SEM cña m ng máng nÒn Ni mÉu 3 ®iÖn cùc: ®iÖn cùc ®èi - platin, ®iÖn cùc so A1 nung ë 270oC 2 2 I, mA/cm2 30 10 20 8 1 6 10 1 4 0 2 -10 0 -20 3 -2 0 3 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 U, V U, V H×nh 5: §"êng cong ph©n cùc vßng trong dung H×nh 6: §"êng cong ph©n cùc vßng trong dung dÞch KOH 1M c¸c ®iÖn cùc m ng máng mÉu A1 dÞch KOH 1M c¸c ®iÖn cùc m ng máng mÉu A1 nÒn Ni nÒn Ti 0: Ni; 1: m ng nung 220oC 0: Ti; 1: m ng nung 220oC 2: m ng nung 270oC; 3: m ng nung 320oC 2: m ng nung 270oC; 3: m ng nung 320oC 577
  5. Ph©n tÝch c¸c ®"êng cong ph©n cùc vßng c¸c thuËt nhóng phñ. ®iÖn ®iÒu chÕ ®"îc cho thÊy, kh¶ n¨ng oxi hãa 2. Qu¸ tr×nh t¹o phøc gi÷a Ni v CA khi cã cña c¸c mÉu A1 v A2 ®Òu m¹nh h¬n h¼n nÒn sù khuÊy trén dung dÞch liªn tôc cho s¶n phÈm Ni (hoÆc nÒn Ti) kim lo¹i (ia mÉu/ia KL). Trong ®ã, cã chÊt l"îng tèt h¬n khi kh«ng khuÊy. ho¹t tÝnh c¸c mÉu A1 cao h¬n c¸c mÉu A2, mÉu nung 270oC cao nhÊt, mÉu nung 220oC kÐm mÉu 3. M ng máng NiOxHy ®iÒu chÕ ®"îc cã nung 270oC nh"ng tèt h¬n mÉu nung 320oC. ho¹t tÝnh ®iÖn hãa kh¸ cao trong m«i tr"êng kiÒm. MÉu xö lý nhiÖt ë 270oC trªn nÒn Ni l tèt Theo kÕt qu¶ ph©n tÝch nhiÖt v nhiÔu x¹ tia nhÊt, ia mÉu/ia KL= 25,5. X: trong mÉu nung ë 220oC, dung m«i, NO3-, CA tù do v CA t¹o phøc ch"a bÞ ph©n huû hÕt, T%i liÖu tham kh¶o trong mÉu cßn nhiÒu t¹p chÊt nªn l"îng ho¹t chÊt Ýt, phæ nhiÔu x¹ tia X chØ cho pic víi c"êng 1. NguyÔn V¨n XuyÕn. T¹p chÝ Hãa häc v ®é yÕu; mÉu nung 270oC øng víi nhiÖt ®é m C«ng nghiÖp Hãa chÊt, sè 3, Tr. 10 - 13 CA tù do v CA t¹o phøc ®Òu ®) bÞ ph©n huû (1996). phÇn lín, dung m«i bay h¬i, nªn l"îng t¹p chÊt cßn Ýt. Do ®ã, ho¹t tÝnh cña mÉu 220oC kÐm mÉu 2. J. S. Lian, X. Y. Zhang, H. P. Zhang, Z. H. 270oC l hîp lý. Víi mÉu nung 320oC, pic trªn Jiang, J. Zhang. Materials Letter, 58, 1183 - nhiÔu x¹ ®å vÉn kh¸ râ v thªm pic cña NiO 1188 (2004). nh"ng ho¹t tÝnh thÊp h¬n c¶ mÉu nung 220oC l 3. Young Ran Park, kwang Joo Kim. J. Crystal do mÉu nung ë nhiÖt ®é cao, l"îng chÊt bÞ ph©n Growth, 258, 380 - 384 (2003). huû v bay h¬i lín l m m ng bÞ ph¸ huû, l"îng 4. Ying Wu, Yiming He, Tong Chen, ho¹t chÊt Ýt; h¬n n÷a NiO sinh ra trong kh«ng Weizheng Weng, Huilin Wan. Materials khÝ mét phÇn bÞ chuyÓn sang d¹ng tr¬ ho¹t tÝnh. Letters, 59, 3106 - 3108 (2005). Do ®ã, mÉu nung 320oC cã ho¹t tÝnh kÐm. 5. Masaya Chigane, Masami Ishikawa, Hiroshi C¸c mÉu c¸c mÉu nung ë nhiÖt ®é kh¸c Inoue. Solar Energy Materials and Solar nhau cña hai mÉu A1 v A2 cã sù thay ®æi ho¹t Cells. 64, 65 - 72 (2000). tÝnh t"îng tù nhau nh"ng mÉu A1 cã ho¹t tÝnh cao h¬n mÉu A2. §ã l do mÉu A1 ®iÒu chÕ 6. Ryoji Takahashi, Satoshi Sato, Toshiaki trong ®iÒu kiÖn cã khuÊy liªn tôc nªn ®é ph©n Sodesawa, Masanori Suzuki and Nobuyuki t¸n cña Ni cao h¬n, tèc ®é ph©n huû chËm h¬n Ichikuni. Microporous and Mesoporous chót Ýt, tr¸nh ®"îc sù bay h¬i qu¸ nhanh v côc Materials. Vol 66, Issues 2-3, 197 - 208 bé dÔ l m m ng bong v vì ra, v× vËy m ng xèp (2003). h¬n, cã kÝch th"íc h¹t nhá h¬n, ho¹t tÝnh cao 7. R. Cerc Koro ec, P. Bukovec, B. Pihlar, J. h¬n. Pade nik Gomil ek. Vol 402, Issues 1-2, 57 - 67 (2003). IV - KÕt luËn 8. R. Cerc Koro ec, P. Bukovec. Thermochimica Acta. Vol 410, Issues 1-2, Sau nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu ban ®Çu 65 - 71 (2004). trªn,ta rót ra mét v i kÕt luËn sau: 9. Antonio B. Fuertes. Journal of Physics and 1. §iÒu chÕ ®"îc d¹ng m ng máng NiOxHy Chemistry of Solids. Vol 66, Issue 5, 741 - trªn nÒn Ni v Ti theo ph"¬ng ph¸p solgel v kü 747 (2005). 578

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản