Tổng hợp và nghiên cứu tính chất compozit polyanilin/TiO2

31 Tạp chí Hóa học, T. 45 (6A), Tr. 31 - 34, 2007 TổNG HợP Và NGHIÊN CứU TíNH CHấT COMPOZIT POLYANILIN/TiO2 Đến Tòa soạn 15-11-2007 Phan Thị Bình, Mai Thị Thanh Thuỳ, Bùi Hải Ninh Viện Hoá học-Viện Khoa học v' Công nghệ Việt Nam Summary This paper reported some results about synthesis and characteristics of polyaniline/TiO2 composite in different ratios of TiO2-sol-gel/monome by X-ray diffraction, TGA, IR, TEM and conductivity. The result showed that conductivity of composite was increased when decreasing the ratio of TiO2-sol-gel to monome. However conductivity of polyaniline was decreased in the presence of TiO2. I - GIớI THIệU Hiện nay polyanilin l vật liệu đợc nhiều ngời quan tâm vì có nhiều tính chất u việt: dễ chế tạo, bền nhiệt, bền môi trờng v có nhiều ứng dụng hữu ích nh chế tạo sen sơ [1], vật liệu nguồn điện [2, 3], xúc tác điện hoá v xử lý môi trờng [4, 5]. Để cải thiện tính chất vật liệu cũng nh tìm kiếm các ứng dụng của chúng, nhiều nh khoa học đC công bố về khả năng tạo ra các sản phẩm compozit giữa polyanilin với nhiều vật liệu khác nhau nh silica gel, TiO2, mùn ca [3, 6]. Với kích thớc hạt nano TiO2 phân tán dới dạng sol gel, chúng tôi đC nghiên cứu tổng hợp vật liệu compozit PANi-TiO2 v khảo sát các tính chất của loại vật liệu n y để tìm kiếm khả năng ứng dụng. II - THựC NGHIệM Hoá chất TiO2 dạng sol-gel 50 g/l do Viện Vật lý ứng dụng cung cấp. HCl, anilin v amoni persunfát của Merck. Tiến h nh thí nghiệm Nồng độ monome 0,5 M trong HCl 1 M, thay đổi tỉ lệ solgel TiO2/monome v tiến h nh tổng hợp compozit ở nhiệt độ 0 ữ5oC trong điều kiện có khuấy với thời gian 2 giờ. Sản phẩm đợc tách, lọc v rửa sạch axít bằng nớc cất, sau đó rửa bằng axeton để loại bỏ monome còn d. Sấy sản phẩm dới điều kiện chân không ở 40oC trong 2 giờ v sau đó khảo sát các tính chất của vật liệu nh: đo độ dẫn điện bằng quét thế tuần ho n (CV), phân tích cấu trúc ảnh TEM, phân tích phổ nhiễu xạ Rơnghen XRD, phân tích nhiệt vi sai, phân tích phổ hồng ngoại. III - KếT QUả V# THảO LUậN 1. Tính chất dẫn điện Tính chất dẫn điện của compozit PANi-TiO2 với các tỉ lệ sol-gel TiO2/monome khác nhau đợc xác định bằng phơng pháp CV trên thiết bị đo điện hoá IM6 (Zahner-Elektrik-CHLB Đức). Mẫu đợc ép th nh dạng viên v đợc tiến h nh đo CV theo nguyên lý hai điện cực với tốc độ 100mV/s. Phổ CV thu đợc có dạng tuyến tính v độ dốc của nó phản ánh giá trị điện trở R của viên nén. Độ dẫn đợc tính theo công thức:  = l/(R*A) trong đó l l chiều d y, A l thiết diện v R l điện trở viên nén. 32 Kết quả đo độ dẫn của 4 sản phẩm đC tổng hợp đợc ghi trên bảng 1 cho thấy rằng độ dẫn điện của compozit phụ thuộc v o lợng TiO2. Nếu giảm h m lợng TiO2 thì độ dẫn điện sẽ tăng v đặc biệt khi không có sự tham gia của solgel TiO2 thì độ dẫn của vật liệu đạt tới 12,795 S/cm. So với kết quả đC công bố trong công trình [3] thì kết quả thu đợc ở đây cho thấy vật liệu PANi cũng nh compozit PANi-TiO2 đC tổng hợp đều có độ dẫn cao hơn. Sự cải thiện n y về độ dẫn l do TiO2 m chúng tôi sử dụng ở dạng sol-gel có kích thớc nano (cỡ 20 nm) đC phân tán đều hơn trong th nh phần compozit so với trờng hợp sử dụng TiO2 dạng bột để tổng hợp. Phân tích nhiễu xạ Rơnghen Bảng 1: Độ dẫn điện của compozit PANi-TiO2 xác định bằng phơng pháp CV Tỉ lệ sol-gel TiO2/monome Độ dẫn điện của compozit PANi-TiO2 (S/cm) 1/5 1,794 1/6 4,379 1/7 4,923 Không có TiO2 solgel 12,795 Phổ XRD của PANi (1), compozit PANi- TiO2 (2) v solgel TiO2 (3) đợc trình b y trên hình 1. Trên phổ XRD ta thấy đờng số 3 xuất hiện các pic đặc trng của TiO2 có cấu trúc đơn pha anatas, trong khi ở đờng số 1 chỉ xuất hiện một pic đặc trng của PANi tại góc 2 = 25,3o. Đờng số 2 thể hiện các pic đặc trng cho cả PANi v TiO2. Kết quả n y đC khẳng định sự có mặt của TiO2 trong compozit m chúng tôi đC tổng hợp. Nghiên cứu ảnh TEM Kết quả chụp ảnh TEM đợc trình b y trên hình 2. Phần xanh đen l TiO2 v phần có mầu sáng hơn l PANi (hình 2b). Nh vậy PANi đC bao bọc các tinh thể TiO2 hay nói cách khác TiO2 đC đợc c i v o mạch của PANi tơng đối đều đặn v hình th nh các đám sợi compozit (hình 2a). Hình 3a l phổ hồng ngoại của polyanilin. Quan sát ta thấy rằng pic xuất hiện tại số sóng 3457 cm-1 đặc trng cho dao động hoá trị của nhóm N-H. Các pic xuất hiện tại 3193 cm-1 v 2922 cm-1 do dao động của nhóm C-H, các pic xuất hiện tại 1583 cm-1 v 1483 cm-1 đặc trng cho dao động hoá trị của nhóm C=C trong vòng Hình 1: Kết quả phân tích XRD (1) PANi ; (2) Compozit PANi-TiO2 với tỉ lệ solgel TiO2/monome 1/6 ; (3) Solgel TiO2 33 thơm, pic xuất hiện tại 1104 cm-1 đặc trng cho dao động của C-N vòng thơm, pic tại 800 cm-1 đặc trng cho vòng benzen đợc thế ở vị trí para [7]. Hình 3b l phổ hồng ngoại của compozit PANi-TiO2. Phổ n y có các pic đặc trng tơng tụ nh phổ 3a, nên có thể nói rằng không có khác biệt nhiều khi có mặt TiO2 trong composit. Cả hai trờng hợp đều cho thấy đây l cấu trúc của polyanilin. Phân tích phổ IR Phân tích nhiệt vi sai Trên giản đồ DTA ta thấy ở khoảng nhiệt độ 60oC đến 150oC xảy ra quá trình tách nớc hấp thụ vật lý trong mẫu. Quá trình tách nớc n y ứng với quá trình thu nhiệt tại nhiệt độ 50,36oC. Nhiệt độ phân huỷ v o khoảng 350oC, tại 483oC vật liệu bị phân huỷ đợc 50% v bị phân huỷ ho n to n ở nhiệt độ 550oC. Nh vậy so với các mẫu PANi tổng hợp trớc đây [8] thì nhiệt độ phân huỷ đC tăng khoảng 50oC, đó l do sự có mặt của TiO2. IV - KếT LUậN Sử dụng TiO2 dạng sol gel v o việc tổng hợp PANi đC l m thay đổi tính chất của vật liệu. Sự có mặt của TiO2 trong compozit PANi-TiO2 đC l m giảm khả năng dẫn điện v l m tăng nhiệt độ phân huỷ của vật liệu so với polyanilin. PANi Hình 3: Phổ IR (a) polyanilin; (b) compozit PANi-TiO2 với tỉ lệ solgel TiO2/monome =1/6 ba Wavenumber (cm-1) Wavenumber (cm-1) Hình 2: ảnh TEM của compozit PANi-TiO2 với tỉ lệ solgel TiO2/monome = 1/6 (a) (b) 34 đC bao bọc các hạt TiO2 th nh các hình cầu v liên kết với nhau th nh các chùm mạch liên tục. Các nghiên cứu về ứng dụng compozit PANi- TiO2 sẽ đợc tiếp tục công bố. Hình 4: Phổ TGA của compozit PANi-TiO2 với tỉ lệ sol-gel TiO2/monome =1/6 Lời cảm ơn: Công trình n'y đDợc ho'n th'nh với sự hỗ trợ kinh phí của Viện Khoa học v' Công nghệ Việt Nam. T#I LIệU THAM KHảO 1. Suna Timur, Nurdan Pazarlioglu, Roberto Pilloton, Azmi Telefoncu. Sensors and actuator B97, 132 -136 (2004). 2. B. Bayrachmy, L. Lishok, A. Vasil’chenko, V. Gomozov, T. Orehova, T. Baykova. The 5th Advanced batteries and accumulators (2004). 3. K.Gurunathan, D.P.Amalnerkar, D. C. Trivedi. Materials Letters 57, 1642 - 1648 (2003). 4. Bùi Hải Ninh, Mai Thị Thanh Thuỳ, Phan Thị Bình. Tạp chí Khoa học v Công nghệ, T. 45, số 3A, Tr. 53 - 57 (2007). 5. Reza Ansari. Acta Chim. Slob. 53, 88 - 94 (2006). 6. R. Ansari and F. Raofie. E – Journal of chemistry, Vol. 3, No. 10, 35 - 43 (2006). 7. Nguyễn Đình Triệu. Các phơng pháp vật lý ứng dụng trong hoá học, Nxb. Đại học Quốc gia H Nội, 32 - 33 (1999). 8. P. T. Binh, B. H. Ninh. The 1st IWOFM – 3rd IWONN conference, Halong, 564 - 565 (2006).