Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến tính chất quang điện hóa của titan dioxit

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ TỐT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLIANILIN
ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HÓA
CỦA TITAN DIOXIT

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌCKHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ TỐT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLIANILIN
ĐẾN TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN HÓA
CỦA TITAN DIOXIT
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số: 60440119

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. PHAN THỊ BÌNH

Hà Nội


1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp công nghệ cao thì nhu cầu về việc sử dụng
các loại vật liệu có tính năng ưu việt trong ngành này càng lớn. Để đáp ứng nhu cầu này thì các nhà
khoa học đã nghiên cứu và tìm ra nhiều phương pháp để tạo ra các vật liệu mới có tính năng vượt
trội như phương pháp pha tạp để biến tính vật liệu, phương pháp lai ghép giữa các vật liệu khác
nhau để tạo thành các compozit. Các compozit được tạo ra bằng phương pháp lai ghép giữa các
oxit vô cơ và các polime dẫn đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong và
ngoài nước. Trong đó có titan dioxit (TiO2), một trong số các vật liệu bán dẫn điển hình có tiềm
năng ứng dụng rất cao vì thân thiện môi trường, có khả năng diệt khuẩn tốt, có tính xúc tác quang
hóa và quang điện hóa, đang được nghiên cứu lai ghép với polianilin (PANi), một trong số ít
polyme dẫn điện điển hình vừa bền nhiệt, bền môi trường, dẫn điện tốt, thuận nghịch về mặt điện
hóa, có tính chất dẫn điện và điện sắc, vừa có khả năng xúc tác điện hóa cho một số phản ứng
điện hóa.
Compozit TiO2-PANi có khả năng dẫn điện tốt, tính ổn định cao, có khả năng xúc tác điện
hóa và quang điện hóa tốt, có thể chế tạo được theo phương pháp điện hóa hoặc hóa học tùy
theo mục đích sử dụng. Trong khuôn khổ của đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến
tính chất quang điện hóa của titan dioxit”, chúng tôi muốn biến tính TiO2 nhờ phương pháp oxi
hóa titan ở nhiệt độ cao (5000C) kết hợp với nhúng tẩm PANi để tạo ra vật liệu compozit cấu trúc
nano nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- Biến tính vật liệu TiO2 nhờ phương pháp oxi hóa titan ở nhiệt độ cao (5000C) kết hợp với
nhúng tẩm PANi để tạo ra vật liệu compozit cấu trúc nano nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng.
- Nghiên cứu các điều kiện tổng hợp vật liệu compozit TiO2- PANi
- Nghiên cứu tính chất của vật liệu compozit TiO2- PANi đã tổng hợp.
3. Điểm mới của luận văn
Đã tổng hợp thành công vật liệu compozit TiO2- PANi bằng phương pháp oxi hóa titan ở
nhiệt độ cao kết hợp với nhúng tẩm trong dung dịch PANi.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1


1.1. Giới thiệu về quang điện hóa
- Những vấn đề cơ sở
- Bản chất của quang điện hóa
- Ứng dụng của quang điện hóa
- Tính chất quang điện hóa của titan dioxit
1.2. Giới thiệu về titan dioxit
- Tính chất vật lý của titan dioxit
- Tính chất hóa học của titan dioxit kích thước nano mét
- Điều chế TiO2
- Ứng dụng của titan dioxit
1.3. Giới thiệu về polianilin (PANi)
- Cấu trúc phân tử PANi
- Một số tính chất của PANi

- Phương pháp tổng hợp PANi
- Ứng dụng của PANi

1.4. Tổng quan về vật liệu compozit TiO2-PANi
- Khái niệm, ưu điểm của vật liệu compozit
- Vật liệu compozit TiO2 - PANi

2

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ
THỰC NGHIỆM

2.1. Phương pháp điện hóa
- Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV)
- Phương pháp tổng trở điện hóa
2.2. Phương pháp phi điện hóa
- Phương pháp phổ hồng ngoại IR
- Phương pháp nhiễu xạ tia X
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
- Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
2.3. Hóa chất và dụng cụ
2.3.1. Hóa chất và điện cực
Điện cực: sử dụng điện cực titan dạng tấm

Hình 2.6: Hình
dạng điện cực
titan

Hóa chất:
- Alinin (C6H7N) 99%, d = 1,023g/ml (Đức).
- Axit HCl 36,5%, d = 1,18g/ml (Trung Quốc).
- Axít H2SO4 98%, d = 1,8g/ml (Trung Quốc)
- Amonipersulfat: dạng tinh thể trắng (Đức).
- Nước cất.
- Cồn (C2H5OH) 99% (Trung Quốc).
- Xút (NaOH): dạng tinh thể (Trung Quốc).
2.3.2. Dụng cụ

- Giấy nhám p400.

3


- Cốc thủy tinh: 25, 50, 100, 1000 ml.
- Đũa, đĩa thủy tinh, thìa thủy tinh và nhựa.
- Pipet: 1, 2, 5, 10, 20 ml của Đức.
- Các bình định mức: 50, 100ml của Đức.
- Giấy bọc thực phẩm, bình hút ẩm.
2.3.3. Các loại thiết bị
- Lò nung.
- Thiết bị đo tổng trở IM6 của Đức.
- Đèn chiếu tia UV SUNBOX loại 4 bóng (Đức).
- Bếp khuấy từ.

2.4. Quy trình tổng hợp mẫu
2.4.1. Tổng hợp TiO2

 Xử lý bề mặt điện cực:
+ Điện cực titan:
- Được mài nhám bằng giấy nhám 400.
- Tẩy dầu mỡ trong dung dịch tẩy: 30 phút.
- Rửa mẫu trong nước nóng.
- Tẩy hóa học: ngâm trong HCl 20% trong 10 phút.
- Tia nước cất sạch bề mặt điện cực.
- Rửa siêu âm trong cồn 10 phút.

 Sau khi bề mặt điện cực được làm sạch ta đem nung ở 5000C trong 30
phút để tạo thành TiO2

t <5000C

Ti
TiO

TiO
t ≥5000C

TiO2

2.4.2. Tổng hợp PANi

PANi được tổng bằng phương pháp hóa học, sử dụng chất oxy hóa là
amonipesunfat 0,1M cho vào dung dịch chứa HCl 0,1M và anilin 0,1M khuấy
đều trong 20 phút ta thu được dung dịch PANi.
4


H
2n

N

chất oxi hóa (amonipesunfat)
H

H
N

- nH2O
n

2.4.3. Tổng hợp composit TiO2 - PANi

Các tấm điện cực sau khi nung được đem nhúng trong dung dịch PANi
mới tổng hợp với các thời gian khác nhau 30, 60, 90, 120 phút để thu được
compozit TiO2 – PANi, tiếp theo compozit được nhúng trong dung dịch NH3
(4g/l) để chuyển sang dạng trung hòa và dùng trong các phép đo tiếp theo.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu hình thái cấu trúc của vật liệu
5


Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample L1-0

800

d=2.236

700

600

d=2.333

500

400

d=1.722

300

d=2.546

200

d=3.023

Lin (Cps)

3.1.1. Phân tích giản đồ nhiễu xạ Rơn-Ghen

100

0
20

30

40

50

2-Theta - Scale
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2

File: Tot K23 mau L1-0.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 7 s - 2-T
00-044-1294 (*) - Titanium

- Ti - Y:
- d x by:
1. -và
WL:3.2
1.5406
- Hexagonal
a 2.95050
b 2.95050
- c 4.68260
- alpha
- beta
90.000 - gamma 120.0
Quan
sát46.04
trên% hình
3.1
ta thấy
xuất -hiện
các -pic
đặc trưng
ở các
góc90.000
2θ đặc
trưng
01-089-4920 (C) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 11.59 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.58400 - b 4.58400 - c 2.95300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma
01-078-2486 (C)
syn - góc
TiO2 2θ
- Y: 15.82
x by: 1.đặc

- WL:trưng
1.5406 cho
- Tetragonal
a 3.78450
3.78450
- c 9.51430
- beta 90.000 - gamm
cho- Anatase,
TiO2. Với
ở vị %
trí- d36,20
dạng -rutile
của- bTiO2,
các
góc 2θ- alpha
ở vị 90.000
trí 370;

38,60 đặc trưng cho dạng anatase. Điều này chứng tỏ sự có mặt của lớp TiO2 đã xuất hiện trên
nền titan.

6


d=2.333

d=2.235

700

600

500

400

d=1.722

300

d=2.547

200

d=3.024

Lin (Cps)

Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample L1-1

800

100

0
20

30

40

2-Theta - Scale
Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của compozit TiO2-PANi

50

File: Tot K23 mau L1-1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 200-044-1294 (*) - Titanium - Ti - Y: 50.65 % (điện
- d x by:cực
1. - WL:
1.5406
- Hexagonal
- atrong
2.95050
- b 2.95050
- c 4.68260 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.0
TiO2
nhúng
60 phút
dung
dịch PANi)
01-089-4920 (C) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 11.97 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.58400 - b 4.58400 - c 2.95300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma
01-078-2486 (C) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 15.65 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78450 - b 3.78450 - c 9.51430 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamm

7


3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại

3457.18

Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của compozit TiO2-PANi
(điện cực TiO2 nhúng 60 phút trong dung dịch PANi)
Từ kết quả trên hình 3.3 ta thấy có sự xuất hiện của các nhóm đặc trưng cho PANi chứng
tỏ sự có mặt của PANi trong compozit.

3.1.3. Phân tích ảnh SEM

8


Hình 3.4: Ảnh SEM của TiO2

(a)

(b)

9


(d)

(c)

Hình 3.5: Ảnh SEM của compozit TiO2-PANi
(nhúng TiO2 trong dung dịch PANi với các thời gian khác nhau (a): 30 phút; (b): 60 phút; (c) 90
phút; (d): 120 phút)
Quan sát trên hình 3.4 và 3.5 ta thấy có sự khác biệt về cấu trúc hình thái học giữa mẫu
TiO2 và compozit TiO2-PANi. Điện cực TiO2 (hình 3.4) có kích thước hạt và sự phân bố không đồng
đều trên nên bề mặt xuất hiện lồi lõm. Trong khi trên bề mặt các compozit (hình 3.5) có xuất hiện
các sợi PANi đan xen giữa cát hạt TiO2. Sự đan xen này phụ thuộc vào điều kiện chế tạo compozit,

mà điều kiện ở đây chính là thời gian nhúng TiO2 trong dung dịch PANi. Quan sát ta thấy thời gian
nhúng càng lâu thì các sợi PANi xuất hiện càng nhiều nên tạo ra compozit có bề mặt đồng đều
hơn.

3.1.4. Phân tích ảnh TEM

Hình 3.6: Ảnh TEM của
compozit TiO2-PANi
(điện cực TiO2 trong dung dịch
PANi trong 60 phút)

10


Quan sát trên hình 3.6 ta thấy có hai màu khác nhau rõ rệt. Màu sáng hơn là màu của
PANi, màu tối hơn là màu của TiO2 và chúng đều có kích thước nano. Điều này chứng tỏ đã tổng
hợp thành công vật liệu compozit TiO2-PANi bằng phương pháp phân hủy nhiệt kết hợp với nhúng
tẩm.

3.2. Nghiên cứu tính chất điện hóa của vật liệu
3.2.1. Nghiên cứu phổ quét thế tuần hoàn (CV)
a) Ảnh hưởng của tốc độ quét đến phổ CV
Vật liệu được nung trong lò tại 5000C trong 30 phút sau đó được nhúng trong dung dịch
PANi trong 90 phút và đem khảo sát CV trong dung dịch H2SO4 0,5M dưới điều kiện chiếu và
không chiếu tia UV để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét đến tính chất quang điện hóa của
vật liệu.

Hình 3.7: Ảnh hưởng của tốc độ quét
(Phổ CV của TiO2 nhúng 90 phút trong dung dịch PANi ở chu kỳ 1 đo trong dung dịch H2SO4 0,5M,

11


tốc độ quét 20, 50, 80, 100 mV/s, (a): chưa chiếu UV, (b): chiếu UV)
Quan sát trên hình 3.7 ta thấy khi chưa chiếu tia UV thì ở tất cả các tốc độ quét thế đều
xuất hiện một pic catot ở vùng -50mV đến -100mV và pic ở vùng anot là 0,8V. Khi tăng tốc độ quét
thế thì cả dòng anot và dòng catot đều tăng. Khi chiếu tia UV thì dòng anot tăng lên rất nhiều. Ở
tốc độ quét thế 20mV/s thì dòng anot cao gần bằng với tốc độ quét thế 100mV/s và cao hơn khá
nhiều so với các tốc độ quét thế còn lại. Vì vậy chúng tôi chọn tốc độ quét thế là 20mV/s trong các
thì nghiệm tiếp theo để nghiên cứu hoạt tính quang điện hóa của vật liệu.
b) Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến phổ CV
Vật liệu sau khi được tổng hợp chúng tôi đem khảo sát CV trong dung dịch H2SO4 0,5M,
tốc độ quét 20mV/s dưới điều kiện chiếu và không chiếu tia UV để nghiên cứu tính chất quang
điện hóa của vật liệu, đồng thời xem xét ảnh hưởng của PANi đến tính chất quang điện hóa của
TiO2.
*) Phổ quét thế tuần hoàn không chiếu tia UV

Hình 3.8:
Ảnh hưởng
của thời gian
nhúng TiO2
trong dung
dịch PANi
(Phổ CV của vật
liệu ớ chu kỳ 1
đo trong dung
dịch: H2SO4
0,5M, tốc độ
quét 20 mV/s)
Quan sát trên hình 3.8 ta thấy với thời gian nhúng là 0 phút, tức là chỉ có TiO2, thì không

thấy xuất hiện pic anot và catot, điều này chứng tỏ TiO2 không có hoạt tính điện hóa ở vùng anot.
Với thời gian nhúng là 30, 60, 90, 120 phút thì thấy xuất hiện 2 pic anot tù ở khoảng gần 0V và
0,8V, một pic catot ở vùng -50 đến -100 mV nhờ sự có mặt của PANi đã hình thành trong
compozit. Tuy nhiên, ở vùng anot các vật liệu compozit có hoạt tính điện hóa còn rất thấp và xấp xỉ

12


nhau vì chiều cao các pic anot không đáng kể. Pic catot tăng một chút theo thời gian nhúng từ 30
đến 90 phút, nhưng sau đó lại giảm, nên thời gian nhúng có hiệu quả khi dừng ở 90 phút.

Hình 3.9: Ảnh hưởng của số chu kỳ quét tới phổ CV của các vật liệu khác nhau.
Dung dịch đo: H2SO4 0,5M, tốc độ quét 20 mV/s
Thời gian nhúng a) 0 phút, b) 30 phút, c) 60 phút, d) 90 phút , e) 120 phút
Hình 3.9 là kết quả khảo sát 10 chu kỳ cho thấy các píc anot và catot đều giảm rõ rệt ở chu
kỳ thứ 2, trong đó pic anot ở khoảng thế gần 0,8V không còn quan sát thấy nữa, tức là hoạt tính

13


điện hóa đã giảm dần theo số chu kỳ quét. Tuy nhiên khi tiếp tục quét thì pic catot giảm không
đáng kể.
*) Phổ quét thế tuần hoàn dưới tác dụng của tia UV

Hình 3.10: Ảnh
hưởng của thời
gian nhúng TiO2
trong dung dịch
PANi.
(Phổ CV của vật liệu

ở chu kỳ 1 đo trong
dung dịch H2SO4
0,5M, tốc độ quét 20
mV/s)
Để nghiên cứu
xem một vật liệu có tính chất quang điện hóa hay không thì người ta chiếu tia UV vào và đo dòng
đáp ứng. Ở mục 1.1.2 (trang 11) chúng tôi đã tổng quan về bản chất quang điện hóa rằng khi chiếu
tia UV mà dòng đáp ứng đo được ở vùng anot hoặc vùng catot tăng lên thì chứng tỏ vật liệu có
hiệu ứng quang điện hóa và là bán dẫn loại n loại p tương ứng. So sánh các đường cong trên hình
3.10 với hình 3.8 ta thấy rõ ràng dòng đáp ứng ở vùng anot đã tăng lên rất nhiều chứng tỏ là hiệu
ứng quang điện hóa đã xuất hiện và vật liệu thuộc bán dẫn loại n.
Ngoài ra khi quan sát hình 3.10 và giá trị trên bảng 3.1 ta thấy dòng đáp ứng quang điện
hóa của TiO2 thấp hơn so với compozit TiO2-PANi. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng của PANi đến
tính chất quang điện hóa của TiO2 là rất rõ. Khi thời gian nhúng tăng lên thì dòng đáp ứng cũng
tăng lên, tuy nhiên khi tăng lên đến 120 phút thì dòng đáp ứng đã tăng chậm lại. Vì vậy thời gian
nhúng TiO2 trong dung dịch PANi nên chọn là 90 phút.
Bảng 3.1 phản ánh sự phụ thuộc dòng đáp ứng ở vùng anot ghi tại vị trí 1,4V vào thời gian
nhúng điện cực TiO2 trong dung dịch PANi.
Bảng 3.1: Dòng đáp ứng anot tại 1,4V của TiO 2 và các compozit TiO2-PANi
Thời gian

Đáp ứng dòng tại điện thế 1,4V (μA/cm2)

14


nhúng

Không chiếu tia UV

Chiếu tia UV

Bản chất vật liệu
0

TiO2

1,84

76,90

30

TiO2-PANi

2,30

96,40

60

TiO2-PANi

1,18

92,60

90

TiO2-PANi

2,17

107,57

120

TiO2-PANi

4,07

110,76

15


Hình 3.11: Ảnh
hưởng của số chu kỳ
quét tới phổ CV của
các vật liệu khác
nhau.
Dung dịch đo: H2SO4
0,5M, tốc độ quét 20
mV/s
Thời gian nhúng a) 0
phút, b) 30 phút, c) 60
phút, d) 90 phút , e) 120 phút
Chúng tôi tiếp tục khảo sát các vật liệu dưới tác dụng của tia UV trong vòng 10 chu kỳ
(hình 3.11) ta thấy ở tất cả các thời gian nhúng khác nhau thì hiệu ứng quang điện hóa của vật liệu
từ chu kỳ 1 đến chu kỳ 2 đều giảm nhanh, nhưng sau đó thì giảm chậm dần và ổn định khi quét

đến chu kỳ 10.

16


3.2.2. Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa
a) Ảnh hưởng của thời gian nhúng đến tổng trở điện hóa của vật liệu
Chúng tôi nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa với các mẫu được nhúng ở các thời gian khác
nhau trong điều kiện chiếu và không chiếu tia UV để xem xét ảnh hưởng của PANi đến hiệu ứng
quang điện hóa của vật liệu.

Hình 3.12: Tổng trở dạng Bode khi không chiếu UV
Bên trái: tổng trở phụ thuộc vào tần số
Bên phải: pha phụ thuộc tần số
Quan sát trên hình 3.12 ta thấy tổng trở và pha của các mẫu có sự khác nhau nhiều ở vùng
tần số thấp (10 ÷ 100 mHz), trong khi nó ít thay đổi ở vùng tần số cao (1 ÷ 100kHz). Ở vùng tần số
thấp, đường nào càng nằm phía trên thì phản ánh điện trở chuyển điện tích của vật liệu càng lớn
dẫn đến hoạt tính điện hóa càng kém hơn. Như vậy ta thấy đường màu xanh lá cây có điện trở
chuyển điện tích cao nhất thuộc về TiO2. Các đường còn lại thuộc về compozit TiO2-PANi cho thấy
thời gian nhúng TiO2 trong dung dịch PANi tăng đã làm giảm điện trở chuyển điện tích nhờ lượng
PANi có mặt trong compozit tăng lên.

17


Hình 3.13: Tổng trở dạng Bode khi chiếu UV
Bên trái: tổng trở phụ thuộc vào tần số
Bên phải: pha phụ thuộc tần số
So sánh hình 3.12 và hình 3.13 ta thấy được sự khác biệt khá rõ khi ta chiếu tia UV so với
không chiếu tia UV. Tổng trở điện hóa phân biệt rõ hơn ở vùng tần số thấp và giá trị thấp hơn khi

không chiếu tia UV. Sự khác nhau về pha cũng khá rõ ràng và được mở rộng đến vùng tần số 1kHz.

18


Hình 3.14: Tổng trở dạng Nyquist, bên trái: không chiếu UV, bên phải: chiếu UV
Hình 3.14 là tổng trở thu được ở dạng Nyquist, trong đó các biểu tượng phản ánh điểm đo
thực nghiệm và các đường liền phản ánh sự mô phỏng theo sơ đồ hình 3.15. Nếu quan sát trên
phổ thì ta chỉ thấy một cung, nên khó đưa ra nhận xét chính xác về quá trình điện hóa xảy ra trên
điện cực. Tuy nhiên nhờ kết quả mô phỏng và thực nghiệm gần trùng khít nhau nên sơ đồ tương
đương trên hình 3.15 là phù hợp và dựa vào sơ đồ này mà chúng ta có thể lý giải được diễn biến
điện hóa đã xảy ra. Các thành phần tham gia bao gồm Rdd là điện trở dung dịch, Cd và Rf là điện
dung lớp kép và điện trở của màng vật liệu, CCPE phản ánh thành phần pha không đổi, Rct là điện
trở chuyển điện tích, W phản ánh điện trở khuếch tán dạng Warburg.

Hình 3.15: Sơ đồ tương đương
Rdd: Điện trở của dung dịch
Cd: Điện dung lớp kép của màng vật liệu

19

CCPE: Thành phần pha không đổi
W: Điện trở khuếch tán


Rf: Điện trở của màng vật liệu

Rct: Điện trở chuyển điện tích

Khi chiếu tia UV ta thu được cung bán nguyệt nhỏ hơn so với không chiếu tia UV, điều này

chứng tỏ dưới tác dụng của tia UV hiệu ứng quang điện hóa đã xuất hiện rất rõ rệt. Giá trị mô
phỏng được phản ánh trên bảng 3.2 và bảng 3.3 cho thấy chúng phụ thuộc nhiều vào điều kiện
chế tạo vật liệu.

Bảng 3.2: Sự ảnh hưởng của thời gian nhúng đến các thông số điện hóa mô phỏng theo sơ đồ
tương đương trên hình 3.15 trong điều kiện không chiếu tia UV
Thời
gian
nhúng
(phút)

Bản
chất
vật
liệu

Rdd (Ω)

0

TiO2

3,52

100,1

30

TiO2PANi

3,23

60

TiO2PANi

90
120

Cd

CCPE

Rf (kΩ)

(μF)

W

Rct (MΩ)

(μF)

n

σ
(Ω/s1/2)

D(10-26
cm2/s)

27,0

2,15

0,89

647,7

1,65

5,87

69,2

34,3

2,24

0,89

398,0

4,36

1,44

3,49

47,7

26,9

2,17

0,86

426,0

3,81

1,26

TiO2PANi

3,19

74,6

38,6

1,71

0,87

236,8

12,32

0,61

TiO2PANi

3,33

45,3

6,9

1,65

0,91

216,4

14,76

3,45

Bảng 3.3: Sự ảnh hưởng của thời gian nhúng đến các thông số điện hóa mô phỏng theo sơ đồ
tương đương trên hình 3.15 trong điều kiện chiếu tia UV
Thời
gian
nhúng
(phút)

Bản
chất
vật liệu

Rdd

Cd (μF)

CCPE

Rf (kΩ)

(μF)

(Ω)

20

W
n

σ
(Ω/s1/2)

Rct (kΩ)
D (10-25
cm2/s)


0

TiO2
TiO2-

30

PANi
TiO2-

60

PANi
TiO2-

90
120

PANi
TiO2PANi

3,68

23,9

11,8

5,59

0,88

176,9

2,21

227,0

3,13

32,3

14,8

6,14

0,91

159,3

2,72

234,2

3,44

29,5

11,9

4,11

0,84

104,1

6,38

347,1

2,89

19,6

17,2

3,33

0,80

68,1

14,89

122,2

2,77

18,9

10,7

2,93

0,81

15,1

30,31

54,3

Tính hệ số khuếch tán:[36]

R 2T 2
n 4 F 4 A 2 C 2σ 2

D = ﾧ
(3.1)

trong đó:
R: Hằng số khí (8,314 J/mol.độ)
T: Nhiệt độ tuyệt đối (tại nhiệt độ phòng T = 25 + 273 = 298 oK)
n: Điện tích trao đổi (n = 4)
F: Hằng số Faraday (96500 C/mol hay 26,8 Ah/mol)
A: Thiết diện bề mặt điện cực (0,283 cm2)
C: Nồng độ (đối với điện cực là vật liệu kim loại rắn thì nồng độ C = 1 (mol/cm3)

Ω

σ: Hằng số Warburg với 1σ = 1 ﾧ

s

Ta dùng một số phép quy đổi đơn vị dưới

đây để tính hệ số khuếch tán D theo phương

trình (4.1):
1J = 1m2.kg.s-2 = 104 cm2. kg.s-2
1Ah/mol = 3600 As/mol

=ﾧ
= ﾧ cm2. s-1

R 2T 2
D=ﾧ
n 4 F 4 A 2 C 2σ 2
2

2
cm 2 * kg * s −2 
4
0
2 * 8,314 *10 *
 * 298 K
O
mol* K 
6,91 * 10 −15
4
2
2
As 
10 4 * cm 2 * kg * s −3 * A −2

 mol  

σ
4
2 2
4 *  26,8 * 3600 *
 * 0,28 * cm * 1 * 3  * 1σ *
mol 
s

 cm  

(

(

)

21

)





2


Dựa vào giá trị hằng số khuếch tán σ thu được từ mô phỏng ta tính được các giá trị hệ số khuếch
tán D tương ứng.
Từ kết quả trên bảng 4.2 và 4.3 ta xây dựng đồ thị các thành phần trong tổng trở phụ

thuộc vào thời gian nhúng.

Hình 3.16: Sự phụ thuộc của điện dung lớp kép và thành phần pha không đổi
vào thời gian nhúng

22