Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG COMPOSITE GRAPHENE/POLYMER BẰNG KỸ THUẬT IN 3D ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC
Ngành:
Hóa học
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo màng composite graphene/polymer bằng kỹ thuật in 3D, định hướng ứng dụng làm vật liệu điện cực. Graphene oxit (GO) đã được tổng hợp từ graphite và sử dụng trực tiếp làm mực in 3D với nồng độ thích hợp là 8 mg/mL và thế zeta -65 mV, đảm bảo độ ổn định tốt của hệ mực. Các phương pháp khử GO khác nhau, bao gồm hóa học (sử dụng ascorbic acid), vật lý (bức xạ UV), và điện hóa, đã được ứng dụng trong quá trình chế tạo.
Nghiên cứu đã chế tạo màng in 3D composite rGO/polyvinyl alcohol (PVA) sử dụng ascorbic acid, đạt hoạt tính điện hóa tốt nhất với tỉ lệ GO:ascorbic acid:PVA = 100:10:15 và điện dung riêng (Cs) là 92 F/g ở mật độ dòng 1 A/g. Tiếp theo, màng composite rGO/polyacrylic acid (PAA) được chế tạo bằng bức xạ UV để đồng thời khử GO và trùng hợp quang hóa PAA. Màng này với AA chiếm 10% khối lượng so với GO, chiếu UV 3,6 giây cho hoạt tính điện hóa cao nhất, diện tích hiệu dụng lớn gấp 1,3 lần so với hình học, và đạt Cs là 321 F/g ở mật độ dòng 1 A/g, duy trì 82% sau 5000 chu kỳ nạp-phóng.
Đặc biệt, luận án đã khảo sát và đưa ra điều kiện chế tạo màng composite ba thành phần rGO, polyaniline (PANi) và nano MnO2 bằng kỹ thuật in 3D kết hợp lắng đọng điện hóa. Nano MnO2 với hàm lượng 2% khối lượng đã gia tăng đáng kể tính năng tụ điện, đạt Cs cao tới 740 F/g ở mật độ dòng 1 A/g và duy trì 97% Cs sau 5000 chu kỳ nạp-phóng ở mật độ dòng 15 A/g, với quy trình chế tạo đơn giản, dễ kiểm soát.
Cuối cùng, màng in đa lớp rGO/poly(1,8-diaminonaphtalen) (P(1,8-DAN)) biến tính nano Ag (6,33% khối lượng Ag) cũng được chế tạo thành công. Điện cực này cho thấy khả năng ứng dụng làm cảm biến phân tích cefepime với tín hiệu tuyến tính trong khoảng nồng độ từ 0,4 đến 4 µM, giới hạn phát hiện 0,08 µM và độ lệch chuẩn tương đối 2,2%. Các kết quả này mở ra tiềm năng phát triển thành cảm biến cefepime ứng dụng trong thực tế.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu
- Chương 1. Tổng quan
- Chương 2. Thực nghiệm
- 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
- 2.2. Phương pháp thực nghiệm
- 2.2.1. Tổng hợp graphenen oxide
- 2.2.2. Chế tạo màng in composite của graphenen oxide dạng khử (rGO) với polyvinyl alcohol (PVA) sử dụng chất khử ascorbic acid
- 2.2.3. Chế tạo màng in 3D composite của rGO với polyacrylic acid sử dụng bức xạ UV
- 2.2.4. Chế tạo màng in 3D composite của rGO với polyaniline biến tính MnO2 sử dụng kỹ thuật điện hóa
- 2.2.5. Tạo màng in 3D composite của rGO với poly(1,8-diaminonaphthalene) biến tính nano Ag sử dụng kỹ thuật điện hóa
- Chương 3. Kết quả và thảo luận
- 3.1. Nghiên cứu chế tạo mực in graphene oxit
- 3.1.1. Đặc trưng tính chất của GO
- 3.1.2. Khảo sát tính chất của mực in GO
- 3.1.2.1. Khảo sát độ nhớt của mực GO
- 3.1.2.2. Khảo sát thế zeta của mực GO
- 3.2. Chế tạo màng in 3D composite của graphene oxide dạng khử với polyme không dẫn điện
- 3.2.1. Chế tạo màng in composite rGO/PVA sử dụng asborbic acid
- 3.2.1.1. Khảo sát hàm lượng ascorbic acid
- 3.2.1.2. Khảo sát hàm lượng chất kết dính PVA
- 3.2.1.3. Đặc trưng tính chất màng compsite GO/ascorbic acid/PVA
- 3.2.1.4. Khảo sát tính năng tụ điện của màng composite GO/ascorbic acid/PVA
- 3.2.2. Chế tạo composite rGO/PAA sử dụng tác nhân khử UV
- 3.2.2.1. Khảo sát thế zeta của hệ GO/AA
- 3.2.2.2. Khảo sát thời gian chiếu bức xạ UV
- 3.2.3. Đặc trưng tính chất màng composite rGO/PAA
- 3.2.4. Khảo sát tính năng tụ điện của composite rGO/PAA
- 3.3. Chế tạo màng in composite của graphene với polyme dẫn điện
- 3.3.1. Chế tạo màng in composite rGO/PANi biến tính nano MnO2
- 3.3.1.1. Khảo sát tính chất của mực in GO/Ani
- 3.3.1.2. Tổng hợp màng composite rGO/PANi biến tính nano MnO2
- 3.3.1.3. Đặc trưng tính chất màng composite rGO/PANi/MnO2
- 3.3.1.4. Khảo sát tính năng tụ điện của rGO/PANi/MnO2
- 3.3.2. Chế tạo màng in composite graphene/P(1,8-DAN)/biến tính nano Ag
- 3.3.2.1. Tổng hợp màng composite rGO/P(1,8-DAN) biến tính nano Ag
- 3.3.2.2. Đặc trưng tính chất màng composite rGO/P(1,8-DAN)/Ag
- 3.3.2.3. Đánh giá tính nhạy điện hóa với cefepime
- Kết luận