Nghiên cứu chế tạo tính chất điện hóa và định hướng ứng dụng của lớp mạ điện hóa niken trên nền các chất dẫn điện khác nhau

Nghiên cứu chế tạo, tính chất điện hóa và định
hướng ứng dụng của lớp mạ điện hóa niken trên
nền các chất dẫn điện khác nhau
Phạm Thị Hà
Trường Đại học Khoa học Tư nhiên
Luận văn ThS. Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số: 60 44 01 19
Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Cẩm Hà
Năm bảo vệ: 2013
Abstract: Chế tạo được các lớp phủ niken trên nền chất dẫn điện đồng và graphit bằng phương
pháp kết tủa điện hóa (từ dung dịch điện phân: NiSO4 1M + đệm borat) và tìm được điều kiện
thích hợp để chế tạo vật liệu có khả năng hoạt động điện hóa cao trong mơi trường kiềm KOH:
thời gian điện phân 30 phút, tốc độ khuấy trộn dung dịch điện li 100 vòng/ phút, mật độ dịng
10mA/cm2. Trình bày lớp phủ Ni tạo trên nền graphit có khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình
oxi hóa ancol và phenol trong mơi trường kiềm tốt hơn lớp phủ Ni tạo trên nền kim loại đồng.
Nghiên cứu vật liệu màng composit Ni có chứa Co, Ni chứa hạt trơ TiO2, CeO2, Fe3O4 trên nền
graphit cũng được chế tạo thành công bằng phương pháp kết tủa điện hóa theo các điều kiện
thích hợp. Khảo sát điện hóa cho thấy các vật liệu Ni(C), Ni-Co(C), Ni-TiO2(C), Ni-CeO2(C),
Ni-Fe3O4(C) chế tạo được có khả năng xúc tác điện hóa cho q trình oxi hóa phenol trong mơi
trường kiềm cao hơn so với điện cực Ni tinh khiết, và hiệu quả xúc tác này được xếp giảm dần
theo thứ tự: Ni-CeO2(C) > Ni-TiO2(C) > Ni-Fe3O4(C) > Ni-Co(C) > Ni(C) > Ni. Tìm được hàm
lượng CeO¬2 phù hợp cho lớp mạ có khả năng oxi hóa điện hóa phenol trong mơi trường kiềm
tốt nhất là 1g/l. Điều này mở ra triển vọng có thể chế tạo các vật liệu điện cực tổ hợp có hoạt tính
xúc tác điện hóa cao và có khả năng xử lý môi trường bằng phương pháp đơn giản và khả thi.
Keywords: Hóa lý; Tính chất điện hóa; Mạ điện hóa niken; Chất dẫn điện


Content
MỞ ĐẦU
Trong công nghệ điện hóa, vật liệu điện cực đóng vai trò quan trọng, quyết định
tốc độ cũng như hiệu suất của quá trình. Việc nghiên cứu nhằm tìm ra các loại vật liệu

điện cực có độ bền cao, tính năng tốt, giá thành hợp lí, thân thiện môi trường... đã và
đang đượ c nhiều nhà khoa học theo đuổi [18,20]. Trong số các loại vật liệu điện cực,
vật liệu có khả năng xúc tác điện hóa rất đượ c quan tâm vì khả năng ứng dụng cao
trong các lĩnh vực: tổng hợp điện hóa, xử lý môi trường, chuyển hóa năng
lượng...[3,19,24,32,35].
Niken là một trong số những kim loại có khả năng xúc tác cho một số phản ứng
điện hóa quan trọng, trong đó có phản ứng oxi hóa ancol trong môi trường kiềm, là loại
phản ứng chính đượ c sử dụng cho pin nhiên liệu [3,24]. Với ưu điểm là: phổ biến trong
tự nhiên, trữ lượng khá lớn và giá thành không cao, việc nghiên cứu nhằm sử dụng loại
vật liệu này thay thế cho các vật liệu xúc tác điện hóa đắ t tiền khác hiện nay rất đượ c
quan tâm chú ý.
Trong lĩnh vực xử lý mơi trường nói chung và xử lý phenol và các hợp chất của
phenol nói riêng, hiện nay có rất nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm chế tạo ra loại vật
liệu mới, với thành phần chính là niken, có khả năng xúc tác cho q trình oxi hóa
phenol [30,33,37,38].
Nhằm góp phần vào các lĩnh vực nghiên cứu trên, chúng tôi đã lựa chọn vấn đề
“Nghiên cứu chế tạo, tính chất điện hóa và định hướng ứng dụng của lớp mạ điện
hóa niken trên nền các chất dẫn điện khác nhau” làm đề tài của luận văn với mục tiêu
chủ yếu là thơng qua các kết quả nghiên cứu tìm ra được loại vật liệu trên cơ sở
niken có hoạt tính điện hóa cao, làm xúc tác cho q trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ
định hướng xử lý môi trường. Phương pháp chế tạo đượ c lựa chọn là phương pháp
mạ điện hóa.


REFERENCES
Tiếng Việt
1. Nguyễn Bin (2004), Các quá trình thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực
phẩm tập 2 – phần riêng hệ không đồng nhất, khuấy, trộn, đập, nghiền, sàng,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Nguyễn Năng Định (2009), Vật lý và kỹ thuật màng mỏng, NXB Đại Học Quốc

gia Hà Nội, Hà Nội.
3. Nguyễn Thị Cẩm Hà (2007), “Nghiên cứu tính chất điện hóa của điện cực dạng
oxit kim loại trong môi trường chất điện li và ứng dụng của chúng”, Luận án
tiến sĩ Hóa học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG
Hà Nội.
4. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
5. Trương Thị Hạnh (2007), “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng niken hydroxit biến
tính trên nền chất dẫn điện và tính chất điện hóa của chúng trong mơi trường
điện li”, Luận văn thạc sĩ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
ĐHQG Hà Nội.
6. Trần Minh Hoàng (2001), Mạ điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
7. Trần Đăng Khánh (2008), “Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của niken
hydroxit (oxit) có mặt các nguyên tố chuyển tiếp”, Luận văn Thạc sĩ, Khoa Hóa
học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
8. Nguyễn Khương (2006), Mạ điện tập II, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
9. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
10. Nguyễn Hoàng Sa (2009), “Nghiên cứu điều chế và tính chấtt điện hóa của lớp


phủ composite Niken-Coban bằng phương pháp điện hóa”, Luận văn Thạc
sĩ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
11. Trịnh Xuân Sén (2002), Điện hóa học, NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
Tiếng Anh
12. Bagotzky V.S., Shumilova N.A., Samoilov G.P. and Khrushcheva E.I. (1972),
“Electrochemical oxygen reduction on nickel electrodes in alkaline solutions
– II”, Electrochimica Acta, 17, pp.1625-1635.
13. B.E. Conway, D. Gilroy, M.A. Sattar (1969), “Electrochemistry of the Nikel
oxide electrode-V.Sele-passivation effects in oxygen-evolution Kinetics”,
Electrochimica Acta, 44, pp.677-694.

14. C. Cai, X.B. Zhu, G.Q. Zheng, Y.N. Yuan, X.Q. Huang, F.H. Cao, J.F. Yang, Z.
Zang (2011), “Electrodeposition and characterization of nano-structured NiNiC composite films”, Surface and Coatings Technology, Vol.205 Issue.11,
pp. 3448-3454.
15. Christos Comninellis. (2000), J. Electrochem. Soc., Vol. 147, No. 11, pp. 77 –
101.
16. Chigane Masaya and Ishikawa Masami (1994), “Enhanced electrochromic
property of nickel hydroxide thin films prepared by anodic deposition”,
J.Electrochem.Soc., 141(2), pp.3439-3443.
17. Daniel Dobkin , M.K. Zuraw (2003), Principles of Chemical Vapor Deposition,
Springer, Berlin.
18.F. R. Zaggout and N. Abu Ghalwa (2008), “Removal of o-nitrophenol from
water by electrochemical degradation using a lead oxide/titanium modified


electrode”, J Environ Manage, Vol.86(1), pp.291-296.
19. G.F. McLean, T. Niet, S. Prince-Richard, N. Djilali (2002), “ An assessment of
alkaline fuel cell technology”, Journal of Power Sources, Volume 27, Issue 5,
pp. 507–526.
20. G. Zhao, et al. (2008), “The mechanism and kinetics of ultrasound –enhanced
electrochemical oxidation of phenol on boron-doped diamond and Pt
electrodes”, Chemosphere, Vol. 73(9), pp.1407-1413.
21. H. Al-Maznai and B. E. Conway(2001), J. Serb. Chem. Soc. 66 (11-12), pp. 756
– 784
22. H.Ji, T. Wang, M. Zhang, Y. She, L.Wang (1995), Applied CatalysisA: General,
128, pp. 219–225.
23. Joanna Panek, Antoni Budniok and Eugeniusz Łągiewka (2007),
“Electrochemical Production and Characterization of Ni-Based Composition
Coatings Containing Mo Particles”, Rev.Adv.Mater.Sci., 15, pp. 234-240.
24. Jae-Woo Kim and Su-Moon Park (2005), “Electrochemical Oxidation of
Ethanol at Nickel Hydroxide Electrodes in Alkaline Media Studied by

Electrochemical

Impedance

Spectroscopy”,

Journal

of

the

Korean

Electrochemical Society, Vol. 8, No. 3, pp. 117-124.
25. Jong-Hee Park, T. S. Sudarshan (2001), Chemical Vapor Deposition, ASM
International, United States of America.
26. Li M.S.; Wang F.H.; Shu Y.H. and Wu W.T. (2004), “Composite coatings of
titanium-aluminum nitride for steel against corrosion induced by solid NaCl
deposit and water vapor at 600 °C”, Mat. Res., Vol.7, No.1, pp. 27-33.
27. Li Chen, Liping Wang, Zhixiang Zưng, Junyan Zhang (2006), “Effect of
surfactant on the electrodeposition and wear resistance of electrodeposited


Ni-Al2O3 composite coatings”, Materials Science and Engineering, A 434, pp.
319-325.
28. Ljerka Ukrainczyk and Murray B.McBride (1992), ”Oxidation of phenol in
acidic aqueous suspensions of manganese oxides”, Clays and Clay Minerals,
Vol. 40, No. 2, pp. 157-166.]
29. M. Ilyas, M. Saeed (2009), Journal of the Chemical Society of Pakistan, 31,

pp. 526–533.
30. Muhammad Saeed, Mohammad Ilyas (2013), “Oxidative removal of phenol
from water catalyzed by nickel hydroxide”, Applied Catalysis B:
Environmental, 129, pp. 247–254.
31. M. R. Mostafa, S. E. Sarma, A. M. Yousef. (1989), Indian Journal of Chem.,
Vol. 28A, P.946 – 948.
32. M. Gattrel and D. W. Kirk. (1993), J. Electrochem. Soc., Vol. 140, No. 6, pp.
1534 – 1540.
33. M. Fleischmann, K. Korinek, D. Pletcher (1971), “The oxidation of organic
compounds at a nickel anode in alkaline solution”, Journal of Electroanalytical
Chemistry and Interfacial Electrochemistry, Volume 31, Issue 1, pp. 39–49.
34. Noureddine Belhadj Tahar, and André Savall. (1998), J. Electrochem. Soc., Vol.
145, No. 10, pp. 3427 – 3434.
35. N. N. Dutta, G. S. Patil, and S. Brothakur. (1992), Separation Sci. and Tech.,
Vol. 27, pp. 1435.
36. P.I. Hagans, P.M. Natishan, B. R. Stoner, and W. E. O’Grady. (2001), J.
Electrochem. Soc., Vol. 148, No. 7, pp. E298 – E301.
37. R.N. Singh , D. Mishra, Anindita (2009), “Pd-1%Ni Composite Electrodes for
Electrooxidation of Phenol in Acid Solution”, Int. J. Electrochem. Sci., 4,


pp.1638 – 1649.
38. S.S. Mahmoud, M.M. Ahmed (2009), “Electrocatalytic oxidation of phenol
using Ni–Al2O3 composite-coating electrodes”, Journal of Alloys and
Compounds, Volume 477, Issues 1–2, pp. 570–575.