Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu biến tính vật liệu PbO2 ứng dụng làm sen sơ điện hóa

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKH &CNVIỆTNAM VIỆN HOÁ HỌC ٭٭٭٭٭٭٭٭ MAI THỊ THANH THÙY NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU PbO2 ỨNG DỤNG LÀM SEN SƠ ĐIỆN HÓA CHUYÊN NGÀNH: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 Tóm tắt luận án Tiến sĩ Hóa học HÀ NỘI - 2015 1 Công trình được hoàn thành tại: Phòng Điện hóa ứng dụng Viện Hoá học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phan Thị Bình, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. 2. TS. Vũ Đức Lợi, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam. Phản biện 1: GS.TSKH. Đỗ Ngọc Khuê Phản biện 2: Phản biện 3: PGS.TS. Tô Xuân Hằng PGS.TS. Nguyễn Thị Cẩm Hà Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp tại: Hội trường tầng 3, nhà A18, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam Số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Vào hồi 9h giờ, ngày tháng năm 2015. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Tư liệu, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam. 2 MỞ ĐẦU Ngày nay sen sơ điện hóa đã được sử dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như trong đánh giá ăn mòn, y sinh học, phân tích môi trường, đánh giá chất lượng sản phẩm, trong sản xuất nông nghiệp cũng như nuôi trồng thủy sản... Có rất nhiều loại sen sơ điện hóa được chế tạo dựa trên các nguyên tắc và vật liệu khác nhau. Sen sơ điện hóa được chế tạo dựa trên các biến đổi dòng điện (sen sơ đo oxi), biến đổi điện thế (sen sơ đo pH) hoặc sự biến đổi dòng điện dựa vào quét thế điện động (sen sơ đo nitrit, xyanua).... Độ nhạy của các sen sơ điện hóa phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và cấu trúc vật liệu điện cực. Vì vậy việc nghiên cứu biến tính vật liệu để tăng độ nhạy là rất quan trọng và cần thiết. PbO2 là vật liệu có giá thành rẻ, có độ dẫn điện tốt như kim loại và bền trong các môi trường có các chất oxi hoá và axit mạnh, đồng thời có quá thế thoát oxi và hoạt tính xúc tác điện hoá cao. Vì vậy PbO2 được ứng dụng làm sen sơ xác định phenol, nitrit, xyanua,... iến tính PbO2 b ng cách pha tạp thêm một số kim loại, oxit kim loại hoặc polyme dẫn điện để tạo ra các compozit có nhiều tính năng ưu việt hơn PbO2 đang là một lĩnh vực được nhiều nhà khoa học ở Việt Nam cũng như trên thế giới quan tâm. Trong luận án này PbO2 được biến tính b ng cách pha tạp thêm AgO và polyanilin (PANi) để chế tạo ra compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi nh m cải thiện hoạt tính xúc tác điện hóa của PbO2 từ đó có thể định hướng nghiên cứu sử dụng các compozit này để chế tạo sen sơ điện hóa. 1. Mục tiêu nghiên cứu của luận án  iến tính PbO2 b ng AgO và PANi để tạo ra compozit PbO2 - AgO và PbO2 – PANi. Nghiên cứu tính chất của vật liệu compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi. Định hướng nghiên cứu các compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi để chế tạo sen sơ điện hóa. 2. Nội dung nghiên cứu của luận án  iến tính vật liệu PbO2 b ng cách pha tạp thêm AgO và PANi theo các phương pháp khác nhau để tạo ra compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi. Nghiên cứu tính chất của các vật liệu compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi (cấu trúc hình thái học và tính chất điện hóa). Nghiên cứu khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu compozit PbO2 - AgO đối với quá trình oxi hóa nitrit, xyanua, asen (III) so với PbO2 → khả năng ứng dụng làm sen sơ xác định nitrit, xyanua, asen (III). Nghiên cứu khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu compozit PbO2 - PANi so với PbO2 đối với quá trình oxi hóa metanol. Nghiên cứu khả năng ứng dụng vật liệu compozit PbO2 - PANi làm sensơ đo pH. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Sen sơ điện hóa đặc biệt là các sen sơ được chế tạo trên cơ sở các vật liệu trơ, rẻ tiền trong đó có PbO2 đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Vì bản chất và cấu trúc bề mặt của vật liệu chế tạo sen sơ điện hóa có ảnh hưởng quan trọng tới độ nhạy của chúng nên việc nghiên cứu nâng cao độ nhạy của sen sơ loại này b ng các phương 3 pháp khác nhau trong đó có phương pháp biến tính vật liệu để chế tạo sen sơ là vấn đề đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam quan tâm. Vì vậy luận án có ý nghĩa thời sự và thực tiễn. Luận án là công trình độc lập nghiên cứu về biến tính PbO2 b ng AgO và PANi để tạo nên compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi b ng các phương pháp điện hóa khác nhau. Các khảo sát về tính chất của vật liệu bao gồm cấu trúc hình thái học và tính chất điện hóa đã được thực hiện để tìm ra được điều kiện tổng hợp tối ưu. Các compozit được tổng hợp tại các điều kiện tối ưu được sử dụng để nghiên cứu khả năng xúc tác điện hóa đối với một số quá trình oxi hóa như oxi hóa nitrit, xyanua, asen (III), metanol,..cũng như sử dụng điện cực để xác định pH dung dịch. Từ các nghiên cứu này có thể định hướng để ứng dụng các compozit PbO2 - AgO và PbO2 - PANi chế tạo các sen sơ điện hóa. 4. Điểm mới của luận án  Đã tổng hợp thành công compozit PbO2 - AgO b ng phương pháp dòng không đổi và compozit PbO2 - PANi b ng phương pháp quét thế tuần hoàn. Vật liệu compozit PbO2 - PANi đạt cấu trúc nano.  Khảo sát và chứng tỏ được vật liệu compozit PbO2 - AgO có khả năng ứng dụng để xác định nitrit, xyanua và asen (III) b ng phương pháp quét thế điện động.  Khảo sát và chứng tỏ được vật liệu compozit PbO2 – PANi có khả năng xúc tác cho quá trình oxi hóa metanol b ng phương pháp quét thế điện động cũng như có thể ứng dụng để xác định pH trong dung dịch với hai khoảng tuyến tính ở hai vùng axit và bazơ. 5. Bố cục của luận án Luận án gồm 135 trang với 30 bảng và 60 hình, được trình bày trong các phần: Mở đầu: 5 trang, chương 1: Tổng quan: 31 trang, chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu: 14 trang, chương 3: Kết quả và thảo luận: 69 trang, Kết luận: 1 trang, danh mục các công trình công bố của tác giả: 2 trang và 122 tài liệu tham khảo: 13 trang. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Ch ng 1: T NG UAN Phần Tổng quan tập hợp và phân tích các nghiên cứu trong nước và quốc tế về các vấn đề liên quan đến nội dung luận án 1.1. Giới thiệu chung về chì đioxit, bạc (II) oxit và polyanilin 1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở PbO2 và AgO, PANi 1.3. Một số khái niệm về xúc tác điện hóa và xúc tác điện hóa trên điện cực compozit 1.4. Sen sơ điện hóa Ch ng 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thực nghiệm 2.1.1. Tổng hợp vật liệu - Tổng hợp vật liệu PbO2 và compozit PbO2 - AgO trên nền thép không rỉ b ng phương pháp dòng không đổi. - Tổng hợp vật liệu PbO2 và compozit PbO2 - PANi trên nền thép không rỉ b ng các phương pháp khác nhau: phương pháp điện hóa (quét thế tuần hoàn CV, xung dòng) và phương pháp kết hợp giữa điện hóa với hóa học. 4 2.1.2. Nghiên cứu tính chất điện hóa Các điện cực được khảo sát tính chất điện hóa trên thiết bị IM6 trong dung dịch H2SO4 0,5 M sử dụng các phương pháp: Đo đường cong phân cực vòng, quét thế tuần hoàn CV, đo phổ tổng trở. 2.1.3.Nghiên cứu khả năng xúc tác của compozit PbO2 - AgO Nghiên cứu khả năng xúc tác của điện cực PbO2 và compozit PbO2 - AgO b ng phương pháp quét thế điện động.  Đối với NO2- khảo sát theo các nồng độ khác nhau từ 10μg/l đến 6 mg/l trong môi trường KCl 0,1 M  Đối với AsO2- khảo sát theo các nồng độ khác nhau từ 10 μg/l đến 1 mg/l trong môi trường KCl 0,1 M  Đối với CN- khảo sát theo các nồng độ khác nhau từ 10 μg/l đến 8 mg/l trong môi trường NaOH 0,1M. 2.1.4. Nghiên cứu khả năng xúc tác của compozit PbO2 - PANi Nghiên cứu khả năng xúc tác cho quá trình oxi hóa metanol của compozit PbO2 -PANi b ng phương pháp thế điện động trong dung dịch axit H2SO4 0,5 M chứa metanol với các nồng độ 0,5 M; 1,0 M và 2,0 M. 2.1.5. Nghiên cứu sự phụ thuộc điện thế của điện cực PbO2 và compozit PbO2 -PANi theo pH Các dung dịch đệm có pH thay đổi từ 2 ÷ 12 được chuẩn bị theo TCVN: 4320-86. Trước tiên sử dụng điện cực thủy tinh để đo pH thực của các dung dịch đệm đã được chuẩn bị. Sau đó dùng các dung dịch đệm để khảo sát sự phụ thuộc điện thế của điện cực PbO2 và compozit PbO2 - PANi vào pH và xây dựng đường chuẩn. Sử dụng các điện cực PbO2 và compozit PbO2 - PANi để xác định pH trong một số mẫu nước ngọt. 2.1. Các ph ng pháp nghiên cứu Các phương pháp điện hóa: Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV), phương pháp đo đường cong phân cực, tổng trở, dòng tĩnh, xung dòng và quét thế điện động trên máy IM6 (CHL Đức) Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái học: Kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên máy Hitachi S - 4800 của Nhật, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) trên máy JEM 1010, chụp phổ EDX trên thiết bị Jeol JSM – 6490 & JED 2300 của Nhật ản, giản đồ nhiễu xạ tia X trên máy D 5000 của hãng Siemens - Đức, phổ hồng ngoại (IR) trên FTIR – IMPACT 410 - Đức. Ch ng 3: KẾT UẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu tính chất của vật liệu compozit PbO2 - AgO 3.1.1. Nghiên cứu cấu trúc hình thái học 3.1.1.1. Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X Hình 3.1 phản ánh giản đồ nhiễu xạ tia X của PbO2 (a) và compozit PbO2 - AgO (b) cho thấy cả hai trường hợp đều xuất hiện các pic đặc trưng cho cấu trúc -PbO2 ở góc 2 gần 32,0o; 62,4o và 66,5o. Không tìm thấy pic đại diện cho cấu trúc -PbO2. Sự 5 ... - tailieumienphi.vn