Nghiên cứu tổng hợp và tính chất polyme dẫn điện polypyrrole (PPy)

Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng trng in t. Hai vựng cỏch nhau mt vựng cm nng lng Eg . Trong trng hp PPy Eg=3,16eV nh hỡnh di: (a) Neutral (ređuce) (b) Polaron CB CB VB VB 1 =3,2 eV 1=0,7 eV (388 nm) (1774 nm) (c) Bipolaron (oxidized) CB VB 1=1,0 eV (1242 nm) 2=2,1 eV 2=2,1 eV (591 nm) (460 nm) 3=3,2 eV (388 nm) 3=3,6 eV (345 nm) 4=1,4 eV (887 nm) Trn Th Hng 11 Lp: K31C Húa Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng Hỡnh 4: S nng lng vựng cm ca PPy. Nng lng vựng cm ny ln cho nờn in t khú truyn t vựng húa tr ny sang vựng dn vỡ vy trng thỏi thng PPy l vt cỏch in. Khi c pha tp (doping), vớ d: qua quỏ trỡnh in húa, in t b rỳt ra khi chui PPy v anion t dung dch in ly gn vo chui PPy (m bo iu kin cõn bng in tớch). Cỏc anion ny khụng trc tip tng tỏc vi in t CB v VB nhng qua quỏ trỡnh phc hi mng PPy, tng cp cỏc trng thỏi in t v l trng c hỡnh thnh trong vựng nng lng cm ca PPy ú l Polaron l mt chun ht, to nờn s truyn dn ht ti trong PPy. Nú cú in tớch e v Spin = 1 nh x ti cỏc mc nng lng. Khi chui PPy b rỳt 2 tip mt in t th 2, Polaron b phõn ly v to thnh Bipolaron vi in tớch 2e v Spin =0. Khi c pha tp mnh, vớ d khong 33 mol % cỏc mc nng lng Bipolaron trng thỏi ny PPy cú dn cao, tng t nh cỏc bỏn dn vụ c suy bin hoc kim loi. dn ca nú c tớnh theo cụng thc: n.e. (1) Trong ú: + n l mt ht ti + e l in lng + l linh ng ca ht ti ( 104 105 cm2 / VS ) Trn Th Hng 12 Lp: K31C Húa Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng Hỡnh 5: Trng thỏi Polaron, Bipolaron ca PPy c doping Trn Th Hng 13 Lp: K31C Húa Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng 1.1.2. Mt s phng phỏp ch to Polyme dn in thun ICP. 1.1.2.1. Phng phỏp trựng hp in húa Phng phỏp ny c tin hnh khi monome(Pyrrole, anilin...) v cỏc cht doping cho tan vo trong dung mụi nh acetonitril hoc nc to thnh h in phõn (cell). Cc hot ng, i cc c ni vi ngun in mt chiu cú dũng in khụng i v th khụng i. Do tỏc dng oxy húa ca dũng in, phn ng trựng hp c tin hnh. Hỡnh 6: S trựng hp in hoỏ hc. Trn Th Hng 14 Lp: K31C Húa Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng 1.1.2.2. Phng phỏp trựng hp húa hc Phng phỏp trựng hp trc tip l phn ng trựng hp hoc trựng ngng, phn ng m vũng, oxy húa trc tip t nhng monome hỡnh thnh polyme cú cu trỳc liờn hp. in hỡnh cú nhng polyme to ra t phng phỏp ny l polyacetylen, polyphenylvinylen. Quy trỡnh tng hp cỏc ICP ny c tin hnh theo cỏc bc nh trong s hỡnh di õy: Cht doping + monome + nc Trựng hp Lc Ra nc Lc v sy khụ Hỡnh 7: S quỏ trỡnh trựng hp hoỏ hc ICP. 1.2. Polypyrrole (PPy). Polypyrrole (PPy) l mt trong nhng ICP tp trung nghiờn cu v cú kh nng ng dng rng rói trong thc t nh: Lm vt liu ch to pin dựng nhiu ln, mng, tỳi chng tnh in. So vi cỏc polyme dn khỏc, PPy khụng Trn Th Hng 15 Lp: K31C Húa Khúa lun tt nghip i hc GVHD: T.S Ngụ Trnh Tựng ch cú dn cao m nú cũn l polyme cú tớnh cht c lý tt nh tớnh bn vt liu, chu nhit, tớnh cht quang hc tt. 1.2.1. Phng phỏp ch to polypyrrole. Cho n nay cú hai phng phỏp chung nht ch to PPy: ú l polyme húa húa hc trong dung mụi v polyme húa in húa. Polyme húa húa hc to ra bt PPy t dung mụi axit cha pyrrole v tỏc nhõn oxi húa. Sn phm khụng tan trong cỏc dung mụi hu c v c gi l pyrrole en. Ngy nay, cỏc tỏc nhõn oxi húa rt a dng, nh peroxide, dioxide, quinones, ferricchloide v persulfates u c s dng ch to PPy t monome pyrrole. Polyme húa in húa c phỏt trin bi Diaz nm 1979. Trong phng phỏp ny, pyrrole v mt in cc dng mui b hũa tan vo trong dung mụi hu c hay vụ c phự hp v in th oxi húa c ỏp vo gia vựng hot ng, in cc c nhỳng vo trong dung dch in phõn. Sau ú, mng PPy mc trờn in cc dng. Phng phỏp ny cú th d dng iu khin tc mc v dy ca mng. Nhng iu khụng thun li õy l cỏc tớnh cht ca PPy b nh hng bi dung mụi, nhit phn ng, thi gian phn ng, mt dũng, th v nng monome. C ch polyme húa ca PPy cú th xem nh sau: - Cỏc cation gc c to ra bng cỏch oxi húa monome pyrrole. - Cỏc cation to cp vi cỏc dime hỡnh thnh dime bipyrrole. - Sau ú, nhng bipyrrole tip tc c oxi húa v to cp vi cỏc cation khỏc. - Hỡnh thnh PPy. 1.2.2 Cu trỳc hu c v dn trong polypyrrole: Trn Th Hng 16 Lp: K31C Húa