BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP INTERCALATION VÀ INSERTION ppt

12/7/2010 604006 - chương 11 11
CHƯƠNG 11 -BIẾN TÍNH VẬT LIỆU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP INTERCALATION VÀ
INSERTION
1. Intercalation vào cấutrúclớp.
2. Insertion vào cấutrúccủa các oxýt kim loại.
3. Trao đổiion.
4. Kỹ thuậttiếnhành–Cáclĩnh vực ứng dụng.
12/7/2010 604006 - chương 11 22
PHẢN ỨNG XÂM NHẬP
Nguyên tắc: cho nguyên tử, phân tử, ion lạ (guest)
xâm nhậpvàomộtchấtnền(host)
Các chấtnềnthường là chấtcócấu trúc lớp,
khung, rãnh …
Æ
Làm thay đổikíchthướccủa rãnh, khoảng cách
giữacáclớp…vàthayđổitínhchấtcủavậtliệu
12/7/2010 604006 - chương 11 33
Vậtliệucócấu trúc khung, lớp, mạch
12/7/2010 604006 - chương 11 44
Trung hòa
Trung hòa
Trung hòa
Trung hòa
Trung hòa
Trung hòa
Điện tích âm
Điện tích âm
Điện tích âm
Điện tích âm
Đơn chất

Grafit
Phospho đen
Oxit: MoO
3
, V
2
O
5
Chancogienua
MX
2
( M = Ti, Zn, Hg, V, Nb, Ta, Mo, W; X = S, Se)
MPX
3
(M=Mg, V, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, In; X = S, Se)
Oxit – halogenua
MOX (M = Ti, V, Gc, Fe; X =Cl, Br)
Titanat (K
2
Ti
4
O
9
)
Silicat – alumosilicat
Caolinit (Al
4
Si
4
O

10
(OH)
8
)
Montmorillonit[m{M
II
[Si
4
O
10
](OH)
2
}.p[{M
2
III
[Si
4
O
10
](OH)}.nH
2
O
Phosphat, hydrophosphat : VOPO
4
, Zr(HPO
4
)
2
Điện tích lớpKiểu mạng
Mộtsố vậtliệucấutrúclớpmạch

12/7/2010 604006 - chương 11 55
PHẢN ỨNG XÂM NHẬP
1.Phản ứng trựctiếp
Cho “chấtkhách” phản ứng trựctiếpvới“chấtchủ”
“chất khách”: pha hơi hay lỏng
“chấtchủ” : pha rắn
2.Phản ứng trao đổiion
“Ion chấtkhách” traođổivớicácion trong“chấtchủ”
(ion trong chấtchủ phải đủ linh động)
12/7/2010 604006 - chương 11 66
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ GRAFIT
Grafite
Fullerene
12/7/2010 604006 - chương 11 77
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ GRAFIT
Grafite cho các ion xâm nhập á kím, kim loại, muối…
12/7/2010 604006 - chương 11 88
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ GRAFIT
12/7/2010 604006 - chương 11 99
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH
THỂ GRAFIT
Grafite
Hợpchất xâm nhậpK
trong C
8
K
12/7/2010 604006 - chương 11 1010
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ GRAFIT
Æ
Trong mạng grafit có sự dịch

chuyểncáclớpC nằm trùng nhau
theo trụcC
12/7/2010 604006 - chương 11 1111
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH
THỂ FULLEREN
C60
Æ Fulleren kếttinhtheo
mạng lậpphương tâm mặt
12/7/2010 604006 - chương 11 1212
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH
THỂ FULLEREN
C60 kếthợp đượcvớikimloạikiềm, kiềmthổ Æ vật
liệu siêu dẫntrongđókimloạinằm trong khốicầu
C60 kếthợpvới phi kim như Br, O Æ nguyên tử phi
kim nằm phía ngoài khốicầu
C60Br
6
12/7/2010 604006 - chương 11 1313
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ
DISUNFUA CỦA KL CHUYỂN TIẾP
Hợpchấtdisunfuacủa kim loại chuyểntiếpcủa nhóm IV, V, VI
có cấutrúclớp. VD: TiS
2
CấutrúcTiS
2
Æ Có thể cho ion hay nguyên tử
khác xâm nhâp vào giữalớpS –
S , chất khách chỉ cầnthắng lực
vanderwalls giữahailớpS
Ví dụ:

12/7/2010 604006 - chương 11 1414
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ
DISUNFUA CỦA KL CHUYỂN TIẾP
CấutrúclớpTiS
2
CấutrúclớpLiTiS
2
12/7/2010 604006 - chương 11 1515
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH
THỂ DISUNFUA CỦA KL CHUYỂN TIẾP
Thường dùng phản ứng ở nhiệt độ phòng trong dung môi
hữucơ
Æ
Li
+
xâm nhậpvàolàmgiãnnở mạng lướivàkhử Ti
+4
đếnTi
+3
12/7/2010 604006 - chương 11 1616
HỢP CHẤT NỀN TRÊN CƠ SỞ MẠNG TINH THỂ
DISUNFUA CỦA KL CHUYỂN TIẾP
Æ Có thể dùng phản ứng điệnhóađể xâm nhậpLi
vào TiS
2
12/7/2010 604006 - chương 11 1717
Ngoài ra có thể tiếnhànhphản ứng xâm nhậpvới
nhiềuchấtchủ khác nhau như: cao lanh, Ta
2
S

2
C;
NiPS
3
; FeOCl; V
2
O
5
; MoO
3
; WO
3
; TiO
2
, MnO
2
…
PHẢN ỨNG XÂM NHẬP
12/7/2010 604006 - chương 11 1818
Phản ứng trao đổiion : ion môitrường thay thế ion
trong chấtnền
VậtliệuNa
2
O.n Al
2
O
3
Cấu trúc:
-4 lớp đủ ion O
2-

xếp
khít Æ Al
3+
nằm ở hốc
bát diện
-1 lớpthiếuion O
2-
Æ Ion Na
+
ở giữalớp
O
2-
không xít chặt
Æ Na
+
có thế dịch chuyển
12/7/2010 604006 - chương 11 1919
Khi giữ Na
2
O.nAl
2
O
3
trong muối nitrat nóng chảy(khoảng
300
o
C) có thể xảyraphản ứng trao đổi sau:
Na
2
O.nAl

2
O
3
+ 2M
+
NO
3−
M
2
O.nAl
2
O
3
+ 2NaNO
3
M
+
có thể là Li
+
, K
+
, Rb
+
, Ag
+
, Cu
+
, Te
+
, NH

4
+
, In
+
, Ga
+

Phản ứng trao đổiNa
+
có thể xảyrađốivới cation có điệntích
lớnhơn, ví dụ:
Na
2
O.nAl
2
O
3
+ Ca(NO
3
)
2
CaO.nAl
2
O
3
+ 2NaNO
3
0
300 C
⎯

⎯⎯→
0
600 C
⎯
⎯⎯→
12/7/2010 604006 - chương 11 2020
PHẢN ỨNG TRÊN CƠ SỞ CÁC KHOÁNG SÉT
Sơđồtrao đổi ion và đấtsétđượcchống
[2Na
+
/zeolit(-)] + Ca
2+
(dd)
Æ
[Ca
2+
/zeolit(-) + 2Na
+
(dd)
Phản ứng trao đổi trong zeolite
12/7/2010 604006 - chương 11 2121






Reducing Polar Solvent

agent

(e.g. H
2
O)



MS
2

A
x
MS
2


colloidal MS
2
x-






Add polymer solution

Nanocomposite
(PEO polymer shown)











O
OO
O
OO
O
OO
O
OO
Tổng hợpcomposite
12/7/2010 604006 - chương 11 2222
POLYANILINE - CLAY NANOCOMPOSITES