Tổng hợp POLYANILIN bằng phương pháp hoá học và nghiên cứu khả năng hấp thụ ion thiếc

Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 mng c nh ca polipyrol cú th c iu ch bng s oxi húa quỏ trỡnh trựng hp in húa pyrol. Vic tng hp in húa polipyrol t dung dch H2SO4 ó c thụng bỏo trc ú 10 nm nhng do s nghốo nn v mỏy múc nờn cỏc tớnh cht in ca vt cht thu c ó khụng dn n s phỏt trin cao hn. Quỏ trỡnh polyme in húa ó c phỏt trin nhanh chúng vi vic s dng cỏc monome: anilin, thiophen, Cỏc polyme dn in ó nhanh chúng tr thnh mt ti hp dn nhiu nh khoa hc. T mt quan im lớ thuyt polyme dn in ó c suy xột nh mt mu v vic nghiờn cu s chuyn dch in tớch trong polyme vi mt trng thỏi c bn khụng i. Mt khỏc, tớnh bn, tớnh n nh trong mụi trng nhit cao ca trng thỏi pha ph gia, cựng vi cu trỳc a tỏc dng ca nú ó dn ti nhiu kh nng phỏt trin tp trung vo nhng ng dng nh kh nng dn in, vt cht lm in cc v bỏn dn hu c .... 1.2. dn in [3,4, 25] Mt trong nhng tớnh cht quan trng ca polyme dn ú l dn in. dn in c tớnh theo cụng thc: = S/pl Trong ú: l dn S l tit din ca vt l l chiu di vt dn p l in tr sut i vi cht bỏn dn c in, ht ti cú th l ion in t hay l trng, polyme dn cú c ch dn in ht ti mi ú l polaron cú in tớch l +1 spin = +-1/2 v biolaron cú in tớch l +2, spin = 0. Trong ú polyme hot Khúa lun tt nghip 11 Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 ng in cú s lan truyn in tớch t vựng dn in trong polyme sang vựng khụng dn in khi polyme c tip xỳc in 1.3. C ch dn in ca polyme dn Hin nay cú hai thuyt dn in c nhiu ngi cụng nhn: c ch dn in ca Roth v c ch dn in ca K.ao.ki. 1.3.1. C ch ca Roth [23] Roth v cng s cho rng quỏ trỡnh chuyn in tớch v mụ trong cỏc mng polyme dn l s tp hp cỏc c ch vn chuyn cc b. ú l s vn chuyn cỏc dng mang in trờn cỏc mch si cú liờn kt liờn hp v t si ny sang si khỏc. Nu coi polyme l tp hp cỏc bú si thỡ cũn cú s vn chuyn cỏc dng mang in t t bú si ny sang bú si khỏc. Cỏc quỏ trỡnh vn chuyn ny c minh ha hỡnh 1.4. Hỡnh 1.4: C ch dn in Roth ca polyme dn [AB] dn trong mt chui [BC] dn gia cỏc chui [CD] dn gia cỏc si [AD] quỏ trỡnh chuyn in tớch v mụ Khi in t chuyn t im A n im B trờn cựng mt chui polyme, ngi ta núi in t c dn trong mt chui. Trong trng hp in t dch chuyn t im B sang im C trong ú B v C thuc hai chui polyme khỏc nhau ta núi in t di chuyn gia cỏc chui. Khi in t chuyn t A, B D ta núi in t chuyn gia cỏc si. Rolh ó gii thớch c ch dn in nh sau: Khúa lun tt nghip 12 Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 in t chuyn ng trong mt chui l do cỏc liờn kt linh ng chy dc theo chui. Do ú in t cú tớnh linh ng v cú th di chuyn dc theo chui. in t chuyn ng qua li gia cỏc chui l do cỏc si polyme to thnh do cỏc chui xon li vi nhau, khi ú nguyờn t 2 chui rt gn nhau thỡ cỏc obital ca chỳng cú th lai hoỏ vi nhau v do ú in t cú th chuyn ng chui polyme nay sang chui polyme khỏc thụng qua obital lai hoỏ. Trng hp in t chuyn ng gia cỏc chui c gii thớch ging nh trờn. 1.3.2. C ch lan truyn pha ca K.Aoki [24] a b c Hỡnh 1.5. S c ch lan truyn pha K.AoKi Theo Kaoki trong pha ca polyme cú nhng chui cú kh nng dn in v nhng chui khụng cú kh nng dn in hay nú to ra vựng dn v vựng khụng dn. Khi chui polyme trng thỏi oxy hoỏ, khi ú thỡ nú d cỏc obital trng do ú nú cú th nhn hoc cho in t. Thụng thng nú c phõn b ngu nhiờn trong mng polyme. Di tỏc dng ca in trng ỏp vo thỡ cỏc chui ny cú xu hng dui ra theo mt chiu nht nh. Khi in th ỏp vo ln thỡ xy ra hin tng lan truyn pha cú ngha l cỏc pha khụng dn tr nờn dn in. Trong giai on u thỡ ch nhng on polyme trng thỏi oxy húa tip cn gn vi b mt in cc s nh v li v tr thnh vựng dn cc b Khúa lun tt nghip 13 Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 (a-b). Sau ú thỡ vựng dn ny úng vai trũ nh mt in cc mi oxy húa tip vựng khụng dn ngay phớa trờn nú. Nh 1.5 . 1.5 . 1.5 . 1.4. Quỏ trỡnh pha tp (doping) [ 3,4 ] 1.4.1. Khỏi nim v quỏ trỡnh doping Quỏ trỡng doping l quỏ trỡnh a thờm mt s tp cht hay to ra mt s sai hng lm thay i c tớnh dn in ca cỏc polyme v to ra bỏn dn loi N hoc P tu thuc vo loi ph gia ta a vo. Khúa lun tt nghip 14 Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 H N H N N H H N reduction N H oxidation N N H H NX H - HX +HX H oxidation reduction H NX NX H H N H +HX -HX N H N Emeraldine base (EB) N Emeraldine sale (ES) H NX N H H N Leucoemeraldine base (LEB) N H Leucoemeraldine sale (LES) H N N H Leucoemeraldine base (LEB) Hỡnh 1.6. Quỏ trỡnh doping PANi Vy quỏ trỡnh doping õy cú tỏc dng bự in tớch cho chui polyme v duy trỡ polyme trng thỏi cõn bng v trng thỏi oxy hoỏ cõn bng ny nú dn in tt [6]. 1.4.2. S thay i cu trỳc Ta thy rng trng thỏi dn in v trng thỏi cõn bng (thng khụng dn in) cú cu trỳc khỏc nhau: Khúa lun tt nghip 15 Kiu Tun Anh Trng HSP H Ni 2 Xột mng polyanilin: Ngi ta cho rng trng thỏi nng lng cao xy ra ng thi s chuyn in t v thay i cu trỳc t dng aromatic sang dng quinoid v khi dng bipolaron tng mnh thỡ cỏc polyme cú th dn in nh cỏc kim loi. Trong ú vi aniline s thay i cu trỳc xy ra nh sau: H H e, E1 N N H H N N e, E2 E3 + H H N N N N - 2H Hỡnh 1.7. S chuyn hoỏn gia dng cỏch in v dng dn in ca PA 1.5. Polyanilin [ 1, 2, 13 ] 1.5.1. Gii thiu chung Polyanilin cú th c to ra trong dung mụi nc hoc dung mụi khụng nc sn phm to ra dng emeraldine mu en, cu trỳc ca nú ngy nay vn cũn l vn cn nghiờn cu. Cng ging nh polyme dn in khỏc nú cng cú trng thỏi oxy hoỏ kh, tuy nhiờn trng thỏi oxy hoỏ ca nú bn hn polypynide v cú dn in ln hn polyacetylen. Dng c bn ca aniline ng vi trng thỏi oxy hoỏ ca nú l emeraldine v c coi l cht cỏch in, dn in ca nú l =10-10 /cm. Khi x lý trong dung dch HCl ta thu c dng mui tng ng hydrocloric emeraldine l mt loi doping ca polyme, polyme khụng thay i trong sut quỏ trỡnh proton hoỏ, dng emeraldine hydrocloric c coi l cú dng chuyn v v cú dng dn polaron, m ch yu l dng tớch in dng nguyờn t N. Khúa lun tt nghip 16