Luận văn thạc sĩ 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

cưc đóng vai trò quan trọng, quyết định tốc độ
cũng như hiệu suất của quá trình. Việc nghiên
cứu nhăm tìm ra các loại vật liệu điện cưc có đợ
bền cao, tính năng tốt, giá thành hơp lí, thân
thiện môi trương... đã và đang đươc nhiều nhà
khoa học theo đuổi [18,20]. Trong số các loại vật
liệu điện cưc, vật liệu có khả năng xúc tác điện
hóa rất đươc quan tâm vì khả năng ứng dụng cao
trong các lĩnh vưc: tổng hơp điện hóa, xử lý môi
trương,

chuyển

hóa

năng

lương...

[3,19,24,32,35].
Niken là một trong số nhưng 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 trương kiềm, là loại phản ứng chính
đươc sử dụng cho pin nhiên liệu [3,24]. Vơi ưu
điểm là: phổ biến trong tư nhiên, trư lương khá
lơn và giá thành không cao, việc nghiên cứu
nhăm sử dụng loại vật liệu này thay thế cho các
vật liệu xúc tác điện hóa đắ t tiền khác hiện nay
rất đươc quan tâm chú ý.

Trong lĩnh vưc xử lý mơi trương nói
chung và xử lý phenol và các hơp chất của
phenol nói riêng, hiện nay có rất nhiều cơng trình
nghiên cứu nhăm chế tạo ra loại vật liệu mơi,
vơi thành phần chính là niken, có khả năng xúc
tác cho q trình oxi hóa phenol [30,33,37,38].


N

niken trên nền các chất dẫn điện khác nhau” làm

hăm

đề tài của luận văn vơi mục tiêu chủ yếu là

góp

thông qua các kết quả nghiên cứu tìm ra đươc

phần

loại vật liệu trên cơ sở niken có hoạt tính điện

vào các

hóa cao, làm xúc tác cho q trình oxi hóa các

lĩnh

hơp chất hưu cơ định hương xử lý môi trương.

vưc

Phương pháp chế tạo đươc lưa chọn là phương

nghiên

pháp mạ điện hóa.

cứu
trên,
chúng
đã

tôi
lưa
chọn

vấn đề
“Nghiê
n

cứu

chế
tạo,
tính
chất
điện

hóa và
định
hương
ứng
dụng
của lơp
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, Trương Đại học Khoa học Tư
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, Trương Đại học Khoa học
Tư 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, Trương Đại học Khoa học Tư 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.
lớp

Nguyễn Hoàng Sa (2009), “Nghiên cứu điều chế và tính chấtt điện hóa của


phủ composite Niken-Coban bằng phương pháp điện hóa”, Luận văn
Thạc sĩ, Khoa Hóa học, Trương Đại học Khoa học Tư 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 nanostructured Ni- NiC 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.
756

H. Al-Maznai and B. E. Conway(2001), J. Serb. Chem. Soc. 66 (11-12), pp.

– 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.