Nghiên cứu tổng hợp điện hoá polianilỉntong axit H2SO4 dưới tác động oxi hoá khử của ion sắt

Quá trình chuyển điện tích dọc theo các chuỗi xảy ra nhanh, các polime dẫn điện tử thường chế tạo bằng cách oxi hóa điện hóa kết tủa trên bề mặt điện cực trong quá trình điện phân, hoặc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

TRẦN QUANG ĐÔNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ĐIỆN HOÁ

DƯỚI TÁC ĐỘNG OXI HÓA - KHỬ

CỦA ION SẮT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành Hóa học hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Lê Xuân Quế Th.S Uông Văn Vỹ

HÀ NỘI-2010

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng kính trọng và sự biết ơn chân thành, tôi xin gửi lời cảm

ơn tới thầy kính yêu của tôi Đó là thầy PGS.TS.Lê Xuân Quế và thầy Th.S.Uông Văn Vỹ, người đã định hướng cho tôi từ những bước đi đầu tiên,

đã kiên trì, độ lượng chỉ bảo nhưng cũng rất nghiêm khắc hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thành được khoá luận

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới và các anh chị làm việc tại Phòng nghiên cứu Ăn mòn và bảo vệ kim loại - Viện Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện KHCN Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi được nghiên cứu, học tập và hoàn thành khoá luận

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

2, ban chủ nhiệm và các thầy cô trong Khoa Hoá học đã hết lòng quan tâm giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập

Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, và người thân đã động viên, tạo điều kiên cho tôi hoàn thành khoá luận

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2010

Trần Quang Đông

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này tôi đã trực tiếp nghiên cứu dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy PGS.TS.Lê Xuân Quế và thầyTh.S Uông Văn Vỹ Tôi xin cam đoan đây

là kết quả mà tôi đã nghiên cứu đuợc và kết quả đưa ra là đúng sự thật Nếu

có điều gì không trung thực, tôi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật

Hà Nội ngày10 tháng 05 năm 2010

Trần Quang Đông

Mục lục

Chương 1

Tổng quan

1.1 Giới thiệu về polime dẫn điện ……… …… 1

1.1.1 Lịch sử phát triển……… …………1

1.1.2 Đặc điểm của polime dẫn……… ………2

1.1.3 Phân loại polime dẫn điện ……….….…… 2

1.1.4 Quá trình pha tạp (doping) 4

1.2 Polianilin 5

1.2.1 Monome anilin 5

1.2.2 Phương pháp tổng hợp polyanilin 6

1.2.3 Tính chất của PANi chế tạo điện hóa……….……11

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất và dung dịch nghiên cứu……… 16

2.1.1 Hoá chất……… 16

2.1.2 Dung dịch nghiên cứu……… 16

2.1.3 Các bước tiến hành nghiên cứu……… 16

2.2 Thiết bị nghiên cứu 17

2.2.1 Thiết bị điện hoá 17

2.2.2 Điện cực làm việc 17

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 18

2.3.1 Phương pháp đo phổ CV 18

2.3.2 Phương pháp đo phổ hồng ngoại………… 21

2.3.3 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét……… …22

2.3.4 Phân tích nhiệt vi sai 23

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp PANi trong H2SO4 bằng phân cực CV 3.1.1 Phổ CV tổng hợp PANi……….………… 24

3.1.2 Biến thiên đại lượng đặc trưng của CV tổng hợp PANi 25

3.1.3 Phân tích cấu trúc mẫu PANi 30

3.2 Oxi hóa khử FeSO4 trên màng PANi điện hoá 32

3.2.1 Tác động của FeSO4 đến phân cực PANi 33

3.2.2 Biến thiên của đại lượng đặc trưng theo chu kì và [Fe2+] 39

KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo

Từ đó đến nay các màng Polianilin hoạt động điện hoá được đặc biệt chú ý, nhất là trong những năm gần đây Do khả năng to lớn của vật liệu này trong xúc tác điện hoá, điện tử hay phân tử, các công nghệ senror hoá học và sinh học, quá trình tàng trữ biến đổi năng lượng Vào cuối những năm 1970 polyme dẫn đã là chủ đề của các cuộc tranh luận liên tục và trong thời gian này đã bắt đầu có những bài báo về tính bán dẫn của vật liệu này Từ đó nhiều nhà khoa học đã đưa ra nhiều bằng chứng polyme có tính dẫn điện và bằng phương pháp pha tạp (doping) cấy chọn lọc nhằm nâng cao độ dẫn, làm cho các polime này có tính chất của một kim loại Từ đó chúng được mang tên polime dẫn (conducting polimer –CP)

Một trong những tính chất quan trọng của polime dẫn điện là độ dẫn điện

Độ dẫn diện được tính theo công thức: x = 1/R ( R là điện trở ()) Đối với chất bán dẫn cổ điển, hạt tải có thể là ion điện tử hay lỗ trống

Polime dẫn xuất hiện hạt tải mới đó là polaron có điện tích là +1, spin

±1/2 và biolaron có điện tích là +2 và spin là ± 0, trong đó polime hoạt động điện có sự lan truyền điện tích từ vùng dẫn điện trong polime sang vùng không dẫn điện khi polime được tiếp xúc điện

1.1.2 Đặc điểm của polime dẫn

Polymer với các nối đôi liên hợp có những tính chất khác với các polymerthông thường là khả năng dẫn điện, được gọi là polymer dẫn (Conducting polymer) Với tính chất đặc biệt này, lĩnh vực nghiên cứu về polymer dẫn điện đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau Khả năng ứng dụng của loại vật liệu mới này luôn là thách thức với các nhà khoa học nói chung và các nhà hoá học nói riêng Năm 2000, giải Nobel hoá học đã được trao cho ba nhà khoa học Heeger, MacDiarmid và Shirikawa với sự phát hiện tăng độ dẫn điện của polyaxetilen khi được pha tạp iốt Kết quả này đã mở đầu cho một bước nhảy vọt của lĩnh vực nghiên cứu, khả năng ứng dụng của vật liệu polymer dẫn điện

Polymer dẫn điện được nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực như: điốt phát quang, cảm biến sinh học, cảm biến khí, màng sinh học, nguồn điện, lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn, vật liệu hấp thụ sóng điện từ sử dụng trong quân sự

1.1.3 Phân loại polime dẫn điện

Polime dẫn điện được phân làm 3 loại chính:

1.1.3.1 Các polime oxi hóa khử ( redox polymer)

Các polime oxi hóa khử là các vật dẫn có chứa các nhóm hoạt tính oxi hóa khử, liên kết cộng hóa trị với mạch polime không hoạt động điện hóa Trong đó sự vận chuyển xảy ra thông qua quá trình trao đổi electron liên tiếp giữa các nhân oxi hóa khử kề nhau Qúa trình này gọi là chuyển không theo

bước nhảy

1.1.3.2 Các polime dẫn điện tử (electronical conducting polymer)

Các polime dẫn điện tử, mạch polime đã có liên kết đôi liên hợp mở rộng Quá trình chuyển điện tích dọc theo các chuỗi xảy ra nhanh, các polime dẫn điện tử thường chế tạo bằng cách oxi hóa điện hóa kết tủa trên bề mặt điện cực trong quá trình điện phân, hoặc có thể tạo thành bằng phương pháp trùng hợp hóa học

1.1.3.3 Các polime trao đổi ion ( ion exchange polymer)

Fe[II,III]

polianilin N-H

Các polime trao đổi ion có các cấu tử linh hoạt oxi hóa khử liên kết tĩnh điện với mạng polime dẫn ion Trong trường hợp này, cấu tử hoạt tính oxi hóa khử là các ion trái dấu với chuỗi polime tích điện

1.1.4 Quá trình pha tạp (doping) [15]

Từ những năm 1977 hai nhà khoa học Huger, Macdiarmid đã phát hiện

ra khi pha tạp I2 và polyaxetilen thì tạo được polime với tính dẫn điện của kim loại Sự pha tạp thành công trên đã khích lệ các nhà khoa học khác tìm và khám phá các chất pha tạp mới nhằm làm tăng độ dẫn điện của polime dẫn

Các khái niệm cơ sở cũng như các biện pháp kỹ thuật để chế tạo các polime dẫn điện bắt nguồn trong lĩnh vực bán dẫn Khi pha tạp một số chất vào bán dẫn sẽ tạo ra một số sai hỏng mạng tinh thể, làm thay đổi tính chất dẫn điện của bán dẫn và sẽ tạo ra chất bán dẫn loại p hoặc loại n tùy thuộc vào bản chất của chất pha tạp Các thuật ngữ này đã được áp dụng vào hệ polime dẫn

Nhiều ion như: Cl

, Br- , F-, SO4

2-… đã được đưa vào màng polime Các ion pha tạp đưa vào màng polime có tác dụng bù điện tích để duy trì trạng thái oxi hóa của màng Sự oxi hóa một phần chuỗi polime nhờ các anion cũng gọi là pha tạp Qúa trình này liên quan đến sự chuyển đổi một electron

3- +

+ +

để trở thành điện tích (+) Cấu trúc mạch polime dẫn sau khi pha tạp anion vào polianilin có dạng như hình 1.1

Nhờ có pha tạp, với nhiều loại pha tạp phong phú và đa dạng, polime dẫn điện có nhiều tính chất dẫn điện quí giá, có thể kiểm soát được, do đó ngày càng được quan tâm nghiên cứu phát triển và ứng dụng rông rãi

Các nhà khoa học đă đưa ra cấu trúc mạch polime dẫn sau khi pha tạp anion vào polianilin như sau :

Hình 1.1 Ví dụ về cấu trúc mạch polime dẫn trước và sau pha tạp anion

H

N

H N

C Anilin tan mạnh trong ete, benzen, etanol, ít tan trong dung môi khác Ở 200

C, 100g muối hòa tan được 3,3 g anilin Anilin rất độc, nó thâm nhập vào cơ thể qua màng nhầy, đường hô hấp và có thể qua

da

1.2.1.2 Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của anilin tập trung chủ yếu ở nhóm – NH2 Ngoài

ra, do hiệu ứng cảm ứng của các nguyên tử mà vị trí para cũng được hoạt hóa

do đó nó có thể tham gia phản ứng hóa học đặc biệt là phản ứng polime hóa

1.2.2 Phương pháp tổng hợp polyanilin

1.2.2.1 Tổng hợp polianilin bằng phương pháp hóa học

- Phương pháp polime hóa anilin theo con đường hóa học đã được biết đến từ lâu và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế Có thể polime hóa anilin trong môi trường axit tạo thành polianilin có cấu tạo cơ bản dạng mạch thẳng như sau :

NH2

Từ polianilin thu được khó tạo màng trên bề mặt mẫu bảo vệ, hơn nữa lớp màng này không thể có tính bảo vệ cao như các màng sơn phủ hữu cơ khác có cấu tạo sợi không gian với độ bền cơ lý cao hơn Mặt khác phản ứng oxi hóa khử polianilin bằng phương pháp hóa học khó điều khiển hơn so với phương pháp điện hóa Đây cũng là một điểm yếu của phương pháp polime hóa anilin bằng phương pháp hóa học

Anilin còn có thể tham gia vào nhiều quá trình nhựa hóa tạo thành nhiều loại polime khác Ví dụ như quá trình ngưng tụ tạo polime của metyleanilin và polyfomaldehitanilin

Để tạo mạng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn, có thể sử dụng phương pháp polime hóa điện hóa, tạo lớp phủ bảo vệ trực tiếp trên bề mặt điện cực Đây cũng là phương pháp chế tạo polianilin có hiệu quả cao

1.2.2.2 Tổng hợp polianilin bằng phương pháp điện hóa

Ngoài phương pháp tổng hợp hóa học thông thường, các polime dẫn điện còn được tổng hợp bằng phương pháp điện hóa Nguyên tắc của phương pháp điện hóa là dùng dòng điện để tạo nên sự phân cực với điện thế thích hợp, sao cho đủ năng lượng để oxi hóa monome trên bề mặt điện cực, khơi mào cho polime hóa điện hóa tạo màng dẫn điện phủ trên bề mặt điện cực làm việc (WE).Đối với anilin, trước khi polime hóa điện hóa, anilin được hòa tan trong dung dịch axit như H2SO4, HCl, (COOH)2 Như vậy có thể phản ứng trực tiếp PANi lên mẫu kim loại cần bảo vệ do đó việc chống ăn mòn và bảo

vệ kim loại thì phương pháp điện hóa có ưu việt hơn cả Các thiết bị điện hóa đang được sử dụng là máy Potentiosat là thiết bị tạo được điện thế hay dòng điện theo yêu cầu để áp lên hệ điện cực, đồng thời cho phép ghi lại các tín hiệu phản hồi (áp dòng ghi lại điện thế hoặc ngược lại) Từ các số liệu về thế hoặc dòng phân cực tạo ra từ máy Potentisat và các số liệu phản hồi ghi được

đồ thị thế - dòng hay ngược lại là dòng thế gọi là đường cong phân cực Qua

các đặc trưng của đường cong phân cực có thể xác định được đặc điểm, tính chất điện hóa của hệ đó

Nhờ các thiết bị điện phân này người ta có thể kiểm soát và điều chỉnh được tốc độ phản ứng, không những thế phương pháp điện hóa còn cho phép chế tạo được màng mỏng đồng thể, bám dính tốt trên bề mặt mẫu

Màng PANi được chế tạo bằng phương pháp quét điện thế vòng tuần hoàn đa chu kỳ (CV) bám dính tốt trên bề mặt điện cực Phương pháp này cho phép theo dõi được tính oxi hóa khử của PANi trong suốt quá trình phân cực nhưng phương pháp này có một điểm bất lợi về mặt thời gian Thời gian tạo màng ứng với thời gian tồn tại điện thế mà tại đó xảy ra phản ứng oxi hóa điện hóa monome, thời gian này tương đối ngắn, do đó dẫn đến hiệu suất không cao

Việc tiến hành tổng hợp PANi được tiến hành trong môi trường axit thu được PANi dẫn điện tốt Trong môi trường kiềm PANi không dẫn điện, sản phẩm có khối lượng phân tử thấp, hơn nữa anilin tạo muối tan trong axit

1.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp điện hóa PANi

Điện thế và dung dịch trong điện phân là hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình điện hóa, chất lượng và tốc độ phản ứng

Theo một số tài liệu, điều kiện điện thế phân cực phù hợp xuất hiện đime hóa và phản ứng tạo thành chất ion hóa gốc hoạt động [C6H5NH2]+0 cho phép tạo thành PANi có cấu trúc mạch thẳng với các liên kết ở vị trí para Ngược lại vì điện tích PC tương đối cao, các cation [C6H5NH3]+ có thể phản ứng với anilin ở vị trí o, cho cấu trúc cồng kềnh, nhiều sản phẩm polyme làm xuất hiện sự rộp lên của màng polyme

Bản chất cũng như nồng độ chất điện li có mặt trong dung dịch phản ứng Nồng độ axit thường sử dụng là 0,5 – 2 M Axit cao quá kéo theo tốc độ

hòa tan thép cao, dòng thụ động lớn màng PANi khó hình thành Nồng độ ANi nhỏ, quá trình polyme hóa khó xảy ra

Ngoài ra các nghiên cứu cho thấy màng PANi được tổng hợp trong dung dịch có mặt của ion NO3-

có độ dẫn điện cao hơn cả so với các ion peclorat, clorua, hay sunfat Kittali đã công bố nghiên cứu của mình rằng tộc

độ tạo màng trong dung dịch H2SO4 nhanh hơn 2,7-2,8 lần so với tốc độ tạo mạng trong dung dịch HCl, PANi tạo thành trong dung dịch H2SO4

1.2.2.4 Cơ chế polyme hóa của ANi tạo PANi

Hình 1.2 minh họa các quá trình xảy ra trong quá trình polyme hóa Ani Genies[8] đưa ra một cơ chế polyme hóa anilin trong môi trường axit như sau:

- (1) Giai đoạn đầu, oxi hóa anilin tạo cation gốc…

- (2) Tiếp theo (2)- cation gốc này phản ứng với nhau tạo đime và loại ra hai proton Đime hoặc oligome có thể bị oxi hóa ở thế oxi hóa monome

- (3) Giai đoạn các đime này phản ứng với các cation – gốc của monome phát

triển mạch PANi, PANi tổng hợp điện hóa đạt đến hàng nghìn monome trong mạch phát triển

Hình 1.2 Quá trình polime hóa ANi

H

N H

H H

H 2H

1.2.2.5 Ưu điểm của phương pháp tổng hợp điện hóa

- Mặc dù quá trình polime hóa điện hóa diễn ra rất phức tạp nhưng việc thực hiện nó lại đơn giản, nhanh, có độ tin cậy và độ ổn định cao

- Tạo đựợc màng che phủ trực tiếp lên bề mặt mẫu kim loại, dẫn đến phần lớn PANi sử dụng cho việc chống ăn mòn và bảo vệ kim loại đều được tổng hợp bằng phương pháp điện hóa

- Với phương pháp điện hóa người ta cũng dễ dàng đồng trùng hợp giữa các monome khác loại tạo ra các sản phẩm copolime

Đặc biệt mạng PANi, bằng phương pháp điện hóa nhờ dòng điện ta có thể oxi hóa – khử PANi ngay trên bề mặt điện cực Tạo ra những dạng PANi

có tác dụng và ứng dụng khác hẳn màng ban đầu Qúa trình này tương tự như quá trình pha tạp trong vật liệu bán dẫn, có thể quá trình pha tạp trong vật liệu bán dẫn, có thể thay đổi tính chất của PANi như: làm thay đổi màu, độ dẫn điện, tính chất hóa học

1.2.3 Tính chất của PANi chế tạo điện hóa

1.2.3.1 Tính chất chung

Polianilin chế tạo bằng phương pháp điện hóa có tính chất chung của một polime dẫn hình thành bằng phản ứng polime hóa hóa học thông thường Ngoài ra có thể kể đến một số tính chất đặc trưng của polianilin điện hóa:

- Dạng sản phẩm cuối cùng là màng mỏng bám dính trên điện cực nền, có chiều dày và màu sắc phụ thuộc vào điều kiện chế tạo: dung dịch hòa tan anilin và phân cực điện hóa

- Có điện thế mạch hở dương hơn nhiều so với điện thế mạch hở của kim loại nền bằng Fe hay bằng thép thường G3

- Có thể dễ dàng cấy ghép pha tạp làm thay đổi tính chất của polime dẫn Đây là một ưu thế đặc biệt của polime dẫn chế tạo bằng phương pháp điện hóa

- Độ bám dính của màng polime dẫn lên điện cực nền cao, có bản chất bám dính kiểu liên kết hóa lý với bề mặt dẫn điện, khác hẳn sự bám dính

cơ lý của màng sơn quét lên kim loại

1.2.3.2 Tính chất oxy hóa khử

Qúa trình oxi hóa anilin là bất thuận nghịch, nhưng quá trình oxi hóa PANi là quá trình thuận nghịch PANi chuyển từ dạng khử sang dạng oxi hóa

và ngược lại ở vị trí điện thế rất gần nhau

Trong dung dịch axit, anilin kết hợp với H+

tạo thành cation Đây là phản ứng thuận nghịch, anilin có tính bazơ

Anilin hòa tan bị oxy hóa tạo thành polianilin kết tủa trên bề mặt điện cực Khi điện thế cực đủ lớn(về phía dương), anilin giải phóng H+, nhường điện tử cho điện cực, tạo nên dạng hoạt hóa và từ đó tạo thành màng polime kết tủa trên bề mặt

PANi có thể bị oxy hóa hoặc khử tạo thành các dạng dẫn xuất khác nhau Dạng tổng quát gồm 2 dạng cấu trúc a và b sau đây với a và b là các số nguyên

Như trên đã nêu, ta có dạng cơ bản và đơn giản nhất của PANi khi a >

0, b=0, chất leucomeraldin Từ dạng cơ bản này có thể oxy hóa tạo nên các dạng khác

Dạng cơ bản của polyanilin không dẫn điện (leucoemeraldin

Vì độ hoạt hóa cao nên PANi có thể bị oxy hóa ngay trong không khí hoặc trong dung dịch H2O Do bám dính trên điện cực và có độ dẫn điện như kim loại màng PANi mới tạo thành chính là bề mặt điện cực nơi diễn ra các phản ứng điện hóa tiếp theo Dạng điện cực này còn có thể gọi là điện cực biến tính (modified electrode) Do đó nhiều trung tâm hoạt tính PANi có thể

bị oxy hóa một số trung tâm phản ứng (oxy hóa từng phần) hoặc oxy hóa toàn phần

• Oxy hóa một phần

Dạng đơn giản là oxy hóa một nửa mạch polianilin sao cho a = b Trong thực tế, có thể chỉ một phần nhỏ hoặc gần hết mạch bị oxy hóa, khi đó ta có công thức tổng quát là a > 0, b > 0 ; a có thể lớn hơn bằng hoặc nhỏ hơn b

• Oxy hóa toàn phần

Nếu toàn bộ mạch PANi bị oxi hoá, cấu trúc dạng a không còn, chỉ có dạng b PANi trở nên có độ dẫn điện cao nhất

Tóm lại tỉ lệ giữa cấu trúc a và b sẽ quyết định tính chất dẫn điện của PANi :

 a = b =

2

1

; PANi+ bị oxi hoá một nửa; dạng emeradin

 a = 0; b = 1; PANi+ bị oxi hoá hoàn toàn; dạng perni granitin

1.2.3.3 Một số đặc điểm và ứng dụng của polime dẫn điện PANi

Polime dẫn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành điện tử: làm sensor sinh học, cửa sổ quang, bán dẫn, tạo màng chống ăn mòn kim loại, sử dụng làm phụ gia trong điện cực âm trong pin và acqui, sử dụng trong các ngành hóa chất

PANi có đặc điểm:

- Bền, ổn định trong môi trường không khí,

- Dễ chế tạo

- Không gây ô nhiễm môi trường

PANi có rất nhiều khả năng ứng dụng:

- Trong các ngành điện tử, xenxơ sinh học, pin - acqui PANi,

- Làm màng điện sắc do màu của nó thay đổi tùy thuộc vào phản ứng oxi hóa khử của màng, làm chỉ thị màu,

- Đặc biệt là khả năng chống ăn mòn và bảo vệ kim loại theo chiều cơ chế

bổ sung cho nhau, có khả năng tạo màng – lớp lót trong thụ động bề mặt kim loại, tính ức chế thay thế cho các lớp cromat độc hại

1.2.3.4 Khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại

Do bám dính cao, có điện thế dương hơn và khả năng cấy ghép pha tạp, màng polime dẫn có khả năng chống ăn mòn cao, có triển vọng khả quan thay thế một số màng phủ độc hại gây ô nhiễm môi trường

Màng polime dẫn, điển hình là polianilin có thể bảo vệ chống ăn mòn theo nhiều cơ chế khác nhau

– Cơ chế bảo vệ anôt:

Do PANi có điện thế mạch hở dương hơn kim loại nền nên PANi đóng vai trò như cực dương, lúc đầu kim loại bị hoà tan nhanh trong dung dịch tạo màng thụ động – màng oxit không cho kim loại nền tan tiếp (sơ đồ hình 1.2)

O2 + H2O 2OH

2e (3) 2Fe  2Fe2+  2Fe3+  Fe2O3 + 3H2O (1) 4e

–Cơ chế ức chế

Polianilin có nhóm chức hoạt hoá, với cặp điện tử  tự do, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hấp phụ và nâng cao khả năng chống ăn mòn Tính ưu việt ở chỗ là bề mặt thép vẫn được bảo vệ cả sau khi bong cục bộ màng PANi

Fe + PANi+ A– + 3 H2O  - Fe2O3 + PANi+ A– + 6 HA

Khi màng phủ có khuyết tật, bề mặt kim loại có thể tiếp xúc với môi trường có oxi,

nước, PANi có vai trò chất oxi hoá tạo oxit Fe(III) Màng oxit sẽ phủ kín bề mặt kim loại

bị hở, tạo nên một barie thụ động bền bảo vệ chống ăn mòn

2A– + H2O 

2

1

O2 + 2H+A

-Hình 1.2b Sơ đồ phản ứng điện hoá của chất ức chế PANi trên nền Fe

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hóa chất và dung dịch nghiên cứu

2.1.1 Hoá chất

- Anilin nguyên chất, độ tinh khiết loại AR, Trung Quốc, chưng cất lại

- A xít sunfuric đặc 98% (d=1.84g/ml), độ tinh khiết loại AR, Trung Quốc

- FeSO4.7H2O độ tinh khiết loại AR, Trung Quốc

2.1.2 Dung dịch nghiên cứu

 Dung dịch H2SO4 1M, Anilin 10ml/l

 Dung dịch H2SO4 1M, Anilin10ml/l, FeSO4 1 g/l

 Dung dịch H2SO4 1M, Anilin10ml/l, FeSO4 2 g/l

2.1.3 Các bước tiến hành nghiên cứu

 Tổng hợp PANi trong môi trường H2SO4 1M không có FeSO4

 Tổng hợp PANi trong môi trường H2SO4 1M có FeSO4 nồng độ khác nhau

 Sau khi chế tạo PANi được ngâm và rửa bằng nước cất nhiều lần đến khi nước rửa có pH = 7 Tiếp đó, PANi được sấy khô, mẫu PANi được bảo quản trong túi nilon trước khi đem phân tích nhiệt vi sai, chụp SEM

2.2 Thiết bị nghiên cứu

2.2.1 Thiết bị điện hoá[15]

Thiết bị điện hoá chính là máy potentiostat AUTOLAB, PG STAT 30 –

Hà Lan

Máy potentiostat là thiết bị dùng để tạo dòng điện hoặc điện thế ổn định, điều chỉnh được, để áp lên (còn gọi là phân cực mẫu nghiên cứu và đo được thế hoặc dòng phản hồi của hệ đo, qua đó thiết lập đường cong phân cực dòng - thế hoặc thế - dòng Máy potentiosat Autolab với chương trình ghi và xử lý số liệu tự động gài sẵn trong máy tính

Hình 2.1.Sơ đồ hệ đo điện hóa 3 điện cực

CE: điện cực đối; RE: điện cực so sánh; WE: điện cực làm việc

2.2.2 Điện cực làm việc [15]

Điện cực làm việc (working electrode- WE) là thép không gỉ hay platin, được cắt thành những tấm phẳng với mẫu phân tích điện hoá diện tích 1 cm2

Với việc chế tạo lượng mẫu lớn diện tích là 4- 10 cm2

Điện cực được đánh bằng nhiều loại giấy nhám sao cho điện phẳng và

có độ bóng cao Sau đó được rửa sạch bằng nước thường và bằng nước cất 3 lần Khi rửa sạch điện cực phải có độ thấm ướt đều trên bề mặt, sau đó dùng giấy lọc thấm khô

Điện cực được phủ một lớp vecni chỉ để lại diện tích tiếp xúc với môi trường

Hình 2.2 Sơ đồ điện cực làm việc

2.3 Các phương pháp nghiên cứu

Diện tích làm việc

Lớp vecni cách điện Phần nối với WE của máy

đường cong phân cực I-t tại điện thế phân cực E không đổi Hay đường cong phân cực I-E với E biến thiên trong khoảng cho trước (thời gian không đổi)

Có nhiều dạng phân cực điện hoá, tuỳ theo đặc điểm phân cực với điện thế phân cực E hay dòng điện phân cực I

* Khi thế không đổi theo thời gian ta có phương pháp phân cực thế tĩnh(pentotiostat_PS)

* Khi thế biến đổi tuyến tinh theo thời gian:

sử dụng nhiều trong nghiên cứu ăn mòn kim loại với vận tốc quét nhỏ từ một vài mV/s đến mV/h

* Khi ta chọn điện thế hai giá trị E1 và E2 nào đó( với E1 khác E2) ta có phương pháp phân cực vòng, với vận tốc quét v( mv/s) từ E1 đến E2 và ngược lại ta có phương pháp phân cực vòng, cho phép thiết lập đường cong phân cực vòng I-E nếu quét nhiều vòng với vận tốc lớn thường vài chục mV/s trở lên ta thu được đường cong phân cực tuần hoàn, gọi là phương pháp phân cực vòng tuần hoàn(cyclic Vontammetry hay còn gọi là phân cực cyclic) Tập hợp đường cong phân cực gọi là phổ phân cực tuần hoàn phương pháp này thương được sủ dụng trong hoá phân tích, trong quá trình nghiên cứu polime hoáđiện hoá, tổng hợp hữu cơ điện hoá

* Còn có nhiều phương pháp phân cực khác, phụ thuộc vào dạng thế phân cực: phân cực thế xung; thế xung chu kì; xung tuần hoàn;…