BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
**********
ĐỖ BÁ ĐẠI
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CU
TNH CHT CA MỘT SỐ NANOCOMPOSITE
TRÊN CƠ S DN XUT POLYTHIOPHENE
Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số : 9.44.01.14
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Quốc Trung
PGS.TS. Nguyễn Thúy Chinh
HÀ NỘI - 2025
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Quốc Trung
PGS.TS. Nguyễn Thúy Chinh
Phản biện 1: GS.TS. Bùi Chương
Trường Vật Liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội
Phản biện 2: GS.TS. Phạm Quốc Long
Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam
Phản biện 3: PGS.TS. Dương Quốc Hoàn
Trường ĐHSP Hà Nội
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường tại
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
vào hồi……. giờ……. Ngày…… tháng……năm……….
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
1
M ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Kể từ khi phát hiện ra polymer đầu tiên có khả năng dẫn điện cao vào cuối những năm 1970, lĩnh
vực polymer dẫn điện đã có những bước tiến đáng kể. Hideki Shirakawa, Alan Heeger và Alan
MacDiarmid đã tổng hợp được các dạng polyacetylene oxi hóa với những tính chất đặc biệt như khả
năng dẫn điện và quá trình pha tạp–khử pha tạp có thể đảo ngược. Nhờ vào công trình hợp tác và phát
triển polymer dẫn điện này, họ đã được trao Giải Nobel Hóa học vào năm 2000 [1]. Các polymer liên
hợp π và các dẫn xuất của chúng đã thu hút sự chú ý lớn của các nhà hóa học và khoa học vật liệu.
Nguyên nhân do phạm vi ứng dụng tiềm năng rộng lớn của chúng, đặc biệt là vai trò lớp hoạt động
trong các thiết bị điện tử khác nhau [2-14]. Cấu trúc phân tử của các polymer này không chỉ mang lại
các tính chất điện tử và vật liệu đặc biệt mà còn hỗ trợ hiệu quả trong quá trình gia công.
Một số polymer liên hợp có nhiều triển vọng như polypyrole, polyaniline, polyacetylene,
polythiophene (PTh),… Trong số đó, polythiophene liên hợp và các dẫn xuất của nó nổi bật như là
một trong những thành viên đầy tiềm năng của họ polymer liên hợp [15-28]. Nhờ đặc tính điện tử
độc đáo, có khả năng duy trì ổn định tốt trong các điều kiện môi trường và nhiệt độ, chi phí tổng
hợp thấp và độ bền cơ học tốt, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng để nâng cao tiềm
năng sử dụng của polythiophen. Ngoài các ứng dụng trong lĩnh vực điện hoặc điện tử [29-33], PTh
còn cho thấy những ứng dụng đầy hứa hẹn trong việc phân hủy xúc tác quang [34], phân hủy sinh
học cho các ứng dụng y sinh [35], kháng khuẩn [36-37]. Việc chế tạo chất xúc tác, oxide kim loại
với PTh, mở rộng phạm vi hấp thụ của hệ thống composite biến tính, do đó tăng cường hoạt động
quang xúc tác dưới tác động của bức xạ UV hoặc ánh sáng khả kiến. Khi có nhóm thế trên vòng
thiophene sẽ làm thay đổi tính chất điện tử của polymer và mở rộng tiềm năng cho các ứng dụng
công nghiệp [38]. PTh khi kết hợp với kim loại, oxide kim loại hoặc kết hợp cả hai, có thể thể hiện
các đặc tính xúc tác quang thích hợp [39]. Các nhà khoa học trong và ngoài nước đã tổng hợp các
polythiophene mới chủ yếu qua phương pháp polymer hóa hóa học, với các polythiophene mang
nhóm alkyl, alkoxy, ester, hoặc alcolate ở vị trí 3 hoặc 4 hoặc chứa các nhóm thế dị vòng được liên
kết với vòng thiophene,…có nhiều ứng dụng trong thực tiễn [40-45].
Để nâng cao khả năng ứng dụng của polymer, một vấn đề quan trọng là phát triển các
polymer dẫn điện dưới dạng vật liệu composite [46-47]. Trong công nghệ polymer và lớp phủ, việc
thêm các hạt nano như TiO2, ZnO, Fe3O4, SiO2, cũng như các nanohybrid của chúng vào polymer
giúp cải thiện nhiều tính chất khác nhau của lớp phủ, đồng thời mang lại các đặc tính mới cho nền
polymer [48-49]. Ví dụ, việc bổ sung hạt nano-SiO2 vào lớp phủ đã giúp cải thiện rõ rệt các tính
chất cơ học, nhiệt độ và khả năng chống ăn mòn của lớp phủ hữu cơ [50]. Các hạt nano SiO2 cũng
được ứng dụng cho các lớp phủ siêu thấm hoặc ưa nước [51].
Kết hợp polythiophene với các vật liệu khác, như các vật liệu nano vô cơ, tạo ra các vật liệu lai
với những đặc tính mới [52-53]. Quá trình trùng hợp tại chỗ (in situ polymerization) polythiophene trên
các hạt nano vô cơ tạo ra các nanocomposite với cấu trúc vỏ-lõi [54-58]. Lớp vỏ polythiophene không
chỉ bổ sung khả năng quang hoạt cho lõi vô cơ mà còn có khả năng hấp thụ quang [59] và tương hợp tốt
hơn với polymer nền nhờ bản chất hữu cơ của nó. Điều này giúp cải thiện khả năng phân tán của các hạt
nano vô cơ trong nền polymer, làm tăng cường các tính chất của vật liệu [60]. Mặc dù việc tạo ra hạt
nanocomposite silica/polythiophene, nanocomposite titana/polythiophene có cấu trúc lõi-vỏ đã được
nghiên cứu, nhưng chúng mới chỉ được ứng dụng trong chất lỏng điện di hoặc làm vật liệu hấp phụ ion
kim loại nặng trong nước thải [61-62]. Nghiên cứu tổng hợp các polythiophene mới thông qua các
phương pháp tiên tiến và các polythiophene chứa các nhóm dị vòng mang điện hoặc nhóm dị vòng liên
2
hợp chứa S, N vẫn còn mới mẻ và chưa được nghiên cứu nhiều. Việc ứng dụng hạt nanocomposite
silica/polythiophene, titana/polythiophene trong lớp phủ để cải thiện độ bền thời tiết và bảo vệ UV cho
lớp phủ cũng chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Hiện nay, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu sâu nào về vật liệu nanocomposite trên cơ sở một
số dẫn xuất polythiophene và các phụ gia nano vô cơ như SiO2, TiO2, cũng như ứng dụng các vật
liệu nanocomposite này trong lớp phủ để nâng cao độ bền thời tiết, che chn UV và ổn định quang.
Xuất phát từ yêu cầu lý luận và thực tiễn như trên, chúng tôi chọn đề tài:
“Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một số nanocomposite trên cơ sở dẫn xuất polythiophene”.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ của luận án
Tổng hợp 20 loại nanocomposite mới trên cơ sở dẫn xuất polythiophene chứa nhóm thế ở vị
trí số 3 trên vòng thiophene.
Chế tạo 15 loại màng nhựa acrylic gốc nước có chứa nanocomposite đã tổng hợp được.
Đánh giá được sự ảnh hưởng của hàm lượng của 3 loại nanocomposite đến tính chất của màng
nhựa acrylic gốc nước.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Một số nanocomposite mới được tổng hợp từ dẫn xuất polythiophene kết hợp với các hạt nano
SiO2 và TiO2.
Màng phủ acrylic gốc nước R4152 và AC4367 chứa hạt nanocomposite đã tổng hợp.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài này đóng góp vào việc phát triển kiến thức về các vật liệu
nanocomposite, đặc biệt là các nanocomposite dựa trên dẫn xuất polythiophene chứa nhóm thế ở vị
trí số 3 trên vòng thiophene. Việc tổng hợp và nghiên cứu các nanocomposite mới không chỉ mở
rộng hiểu biết về tính chất vật liệu mà còn giúp thiết kế ra những loại vật liệu với các tính năng đặc
biệt, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như điện tử, vật liệu chống ăn mòn, và vật liệu
bảo vệ. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng giúp khám phá mối quan hệ giữa các thành phần trong
nanocomposite, từ đó tạo cơ sở cho việc phát triển các vật liệu mới có tính ứng dụng cao.
Ý nghĩa thực tiễn: Màng phủ acrylic gốc nước chứa nanocomposite sẽ mang lại những sản
phẩm có độ bền cơ học và độ bền thời tiết vượt trội, đáp ứng các yêu cầu trong sản xuất màng phủ.
Những màng phủ này không chỉ giúp bảo vệ các bề mặt vật liệu khỏi các tác động của môi trường
mà còn kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các hạt nano SiO2 và
TiO2 trên cơ sở polythiophene trong việc chế tạo các màng phủ acrylic sẽ đóng góp vào sự phát
triển của công nghệ vật liệu nano, mang lại các sản phẩm chất lượng cao và thúc đẩy sự phát triển
bền vững trong ngành công nghiệp vật liệu tiên tiến.
3
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Polythiophene và các dẫn xuất của polythiophene
1.1.1. Giới thiệu về polythiophene và các dẫn xuất của polythiophene
1.1.2. Tổng hợp polythiophene và dẫn xuất của polythiophene
1.1.3. Ứng dụng của polythiophene và các dẫn xuất của polythiophene
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu nanocomposite trên cơ s polythiophene
1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu về lớp phủ hữu cơ chứa nanocomposite và nanocomposite
trên cơ s polythiophene
Nhìn chung, việc sử dụng nanocomposite chứa các hạt nano SiO2 và TiO2 bọc trong
polythiophene để cải thiện tính chất của nhựa acrylic gốc nước chưa được nghiên cứu sâu rộng. Các
kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung các hạt nano này có thể nâng cao độ bền cơ học, độ cứng,
và khả năng ổn định quang học của lớp phủ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết, đặc
biệt là việc tối ưu hóa tỷ lệ khối lượng của các hạt nano trong nhựa, nhằm đạt được hiệu suất tối ưu
mà không làm giảm các tính chất quang học và độ bền của lớp phủ.
Đến nay, sau hơn 30 năm lịch sử phát triển của polymer dẫn, các đề tài về polymer mang
nối liên hợp nói chung, polymer dẫn điện nói riêng, đặc biệt là PTh và PTh biến tính vẫn còn là
những đề tài nóng bỏng của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về
vật liệu nanocomposite cũng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Nhưng nghiên cứu về
vật liệu nanocomposite trên cơ sở polythiphophene, nhất là các nghiên cứu về ảnh hưởng của tỉ lệ
khối lượng hạt nanocomposite đến tính chất của màng nhựa còn còn khá khiêm tốn. Vì vậy
chúng tôi chọn đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một số nanocomposite trên cơ sở
dẫn xuất polythiophene” để nghiên cứu quá trình tổng hợp nanocomposite trên cơ sở dẫn xuất
polythiophene với các hạt nano SiO2, TiO2. Nghiên cứu đặc trưng tính chất của nanocomposite
thu được và những ảnh hưởng của chúng đến tính chất của màng nhựa acrylic gốc nước.