Do c u trúc ch a nhi uất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như l tr ng nên trong tinh th c a mangan đioxit còn ch a các cat
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
LÊ THỊ THU
NGHIÊN C U T NG H P ỨU TỔNG HỢP ỔNG HỢP ỢP
H N H P OXIT KIM LO I Mn,Co/THAN HO T TÍNH ỖN HỢP OXIT KIM LOẠI Mn,Co/THAN HOẠT TÍNH ỢP ẠI Mn,Co/THAN HOẠT TÍNH ẠI Mn,Co/THAN HOẠT TÍNH
NG D NG LÀM ĐI N C C CHO T ĐI N HÓA
ỨU TỔNG HỢP ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA
Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và hóa lí
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LƯƠNG THỊ THU THỦY
HÀ NỘI – 2017
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Bộ MônHóa lí thuyết và Hóa lí – Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Đầu tiên em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới
PGS.TS Lương Thị Thu Thủy – người đã giao đề tài, tận tình kèm cặp, giúp đỡ
khích lệ em từ những ngày đầu trên con đường nghiên cứu khoa học và đã dìu dắt em
từ những bước đầu tiên đến với thành quả hôm nay
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Văn Khu, người đã luôn kiên
nhẫn chỉ bảo tỉ mỉ và truyền cho em sự say mê, nghiêm túc trong công việc nghiêncứu khoa học
Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Hóa học, các thầy cô trong
bộ môn Hóa lí thuyết và Hóa lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã luôn quan tâm
và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành khóa luận này
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị và bạn bè trong phòng nghiêncứu Hóa lí thuyết và Hóa lí, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã đồng hành cùng emtrong suốt thời gian qua
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, bạn bè đã luôn bêncạnh động viên, ủng hộ và giúp đỡ em trong suốt thời gian qua
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, em không tránh khỏi nhữngthiếu sót, em kính mong nhận được sự chỉ dạy quý báu từ thầy cô để khóa luậnđược hoàn thành tốt hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh Viên
Lê Thị Thu
Trang 3M C L C ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA
M Đ UỞ ĐẦU ẦU 1
1 Lý do chọn đề tài 1
2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUANNG I: T NG QUANỔNG QUAN 3
I.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU: MnO2, Co3O4, THAN HOẠT TÍNH 3
I.1.1 Mangan đioxit 3
I.1.2 Coban oxit 5
I.1.3 Than hoạt tính 8
I.2 TỤ ĐIỆN HÓA VÀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC 11
I.2.1 Tụ điện hóa 11
I.2.2 Vật liệu điện cực cho tụ điện hóa 13
CHƯƠNG I: TỔNG QUANNG II: TH C NGHI MỰC NGHIỆM ỆM 16
II.1 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 16
II.2 QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU VÀ ĐIỆN CỰC 16
II.2.1.Tổng hợp các oxit 16
II.2.2 Quy trình chế tạo điện cực 17
II.3 HỆ ĐIỆN HÓA SỬ DỤNG 18
II.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 18
II.4.1 Phương pháp khử theo chương trình nhiệt độ (TPR-H2) 18
II.4.2 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 (BET) 19
II.4.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 20
II.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA 20
II.5.1 Phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) 20
Trang 4II.5.2 Phương pháp nạp - phóng dòng tĩnh giữa các giới hạn thế (GCPL) 21
CHƯƠNG I: TỔNG QUANNG III K T QU VÀ TH O LU NẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ả VÀ THẢO LUẬN Ả VÀ THẢO LUẬN ẬN 23
III.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 23
III.1.1 Nghiên cứu bằng phương pháp TPR-H2 23
III.1.2 Nghiên cứu bằng phương pháp SEM 26
III.1.3 Nghiên cứu bằng phương pháp BET 27
III.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU 29
III.2.1 Khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu bằng phương pháp phân cực chu kì vòng tuần hoàn 29
III.2.2 Khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu bằng phương pháp nạp phóng dòng tĩnh giữa các giới hạn thế 32
K T LU NẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ẬN 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36
Trang 5DANH MỤC BẢNG
B ng 1.1 ảng 1.1. C u trúc tinh th c a -MnOMnO ấu trúc tinh thể của α-MnO ể của α-MnO ủa α-MnO α-MnO 2, -MnOMnO β-MnO 2 và -MnOMnO γ-MnO 2 [1] 3
B ng 1 ảng 1.1 2 Thành ph n chính c a m t s ph th i nông nghi p ần chính của một số phế thải nông nghiệp ủa α-MnO ột số phế thải nông nghiệp ố phế thải nông nghiệp ế thải nông nghiệp ải nông nghiệp ệp 10
B ng 2.1 ảng 1.1. Nguyên li u và hóa ch t s d ng ệp ấu trúc tinh thể của α-MnO ử dụng ụng 16
B ng 3.1 ảng 1.1. Đi u ki n t ng h p và kí hi u các m u v t li u ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ệp ổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ệp ẫu vật liệu ật liệu ệp 23
B ng 3.2 ảng 1.1. L ượp và kí hiệu các mẫu vật liệu ng H2 tiêu th c a các m u ụng ủa α-MnO ẫu vật liệu 26
B ng 3.3 ảng 1.1. B m t riêng và di n tích mao qu n c a các m u v t li u ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ặt riêng và diện tích mao quản của các mẫu vật liệu ệp ải nông nghiệp ủa α-MnO ẫu vật liệu ật liệu ệp 28
B ng 3.4 ảng 1.1. Th tích mao qu n c a các m u v t li u nghiên c u ể của α-MnO ải nông nghiệp ủa α-MnO ẫu vật liệu ật liệu ệp ứu 28
B ng 3.5 ảng 1.1. Đi n dung riêng c a m u Mn-MnOCo-MnOAC, Mn/AC-MnOCo và Mn/AC/Co ệp ủa α-MnO ẫu vật liệu ở các t c đ quét th khác nhau ố phế thải nông nghiệp ột số phế thải nông nghiệp ế thải nông nghiệp 32
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 C u trúc m ng tinh th c a CoO ấu trúc tinh thể của α-MnO ạng tinh thể của CoO ể của α-MnO ủa α-MnO 6
Hình 1.2 C u trúc c a Co ấu trúc tinh thể của α-MnO ủa α-MnO 3O4. [7] 7
Hình 1.3 Các nhóm ch c b m t ch a nit và oxi trên cacbon ho t tính ứu ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ặt riêng và diện tích mao quản của các mẫu vật liệu ứu ơ và oxi trên cacbon hoạt tính ạng tinh thể của CoO [9] 8
Hình 2.1 T bào đi n hóa ba đi n c c ế thải nông nghiệp ệp ệp ực 18
Hình 2.3 Đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng CV c a đi n c c t đi n hóa ủa α-MnO ệp ực ụng ệp 21
Hình 2.4 Đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng GCPL c a t đi n có đi n c c d a trên v t li u cacbon ủa α-MnO ụng ệp ệp ực ực ật liệu ệp 22
Hình 3.1 Gi n đ TPR-MnOH ải nông nghiệp ồ TPR-H 2 c a các m u AC, Mn/AC và Mn/AC-MnOCo ủa α-MnO ẫu vật liệu 24
Hình 3.2 Gi n đ TPR-MnOH ải nông nghiệp ồ TPR-H 2 đã tách pic c a m u Mn/AC và Mn/AC-MnOCo ủa α-MnO ẫu vật liệu 25
Hình 3.3 nh SEM c a các m u v t li u Ảnh SEM của các mẫu vật liệu ủa α-MnO ẫu vật liệu ật liệu ệp 26
Hình 3.4 Đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng đ ng nhi t h p ph -MnO gi i h p ph N ẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N ệp ấu trúc tinh thể của α-MnO ụng ải nông nghiệp ấu trúc tinh thể của α-MnO ụng 2 77 K c a các ở ủa α-MnO m u AC, Mn-MnOCo-MnOAC, Mn/AC-MnOCo và Mn/AC/Co ẫu vật liệu 27
Hình 3.5 Đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng CV c a các m u oxit kim lo i trong dung d ch KOH 6M ủa α-MnO ẫu vật liệu ạng tinh thể của CoO ịch KOH 6M t i t c đ quét th 5mV ạng tinh thể của CoO ố phế thải nông nghiệp ột số phế thải nông nghiệp ế thải nông nghiệp 30
Hình 3.6 Đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng CV c a các m u Mn-MnOCo-MnOAC, Mn/AC-MnOCo, Mn/AC/Co t i các ủa α-MnO ẫu vật liệu ạng tinh thể của CoO t c đ quét th khác nhau ố phế thải nông nghiệp ột số phế thải nông nghiệp ế thải nông nghiệp 31
Hình 3.7 Các đ ường CV của điện cực tụ điện hóa ng n p – phóng c a các m u các t c đ dòng khác ạng tinh thể của CoO ủa α-MnO ẫu vật liệu ở ố phế thải nông nghiệp ột số phế thải nông nghiệp nhau 33
Hình 3.8 Bi n thiên đi n dung riêng c a các m u t i các m t đ dòng ế thải nông nghiệp ệp ủa α-MnO ẫu vật liệu ạng tinh thể của CoO ật liệu ột số phế thải nông nghiệp phóng n p khác nhau ạng tinh thể của CoO 34
Trang 8M Đ U Ở ĐẦU ẦU
1 Lý do ch n đ tài ọn đề tài ề tài
Nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng cùng với sự phát triển củakhoa học kĩ thuật, trong khi nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, vấn đề
ô nhiễm môi trường trở lên trầm trọng, đòi hỏi các nhà khoa học không ngừng tìmkiếm, sử dụng các nguồn năng lượng mới thân thiện với môi trường hơn như nănglượng mặt trời (pin mặt trời), năng lượng gió,… Hiện nay điện gió và pin mặt trời
đã được ứng dụng nhiều trong cuộc sống Tuy nhiên các nguồn năng lượng gió vàmặt trời có nhược điểm là không liên tục Do đó đặt ra yêu cầu: nâng cao chất lượngcác thiết bị tích trữ năng lượng điện, đặc biệt là: pin, ăcquy và tụ điện hóa để đảmbảo việc sử dụng nguồn năng lượng này không bị gián đoạn Pin và acquy là nhữngnguồn điện hóa rất phổ biến nhưng có nhược điểm là: dung lượng hạn chế, các sảnphẩm phế thải của chúng không thân thiện với môi trường Trong đó tụ điện hóa có
ưu điểm lớn nhất là có công suất riêng lớn (lớn hơn khoảng 100 lần so với acquy),
có thể làm việc với chế độ dòng nạp – phóng lớn và thời gian nạp ngắn (khoảng vàigiây) Một ưu điểm nữa của tụ điện hóa là có số chu kỳ làm việc lớn hơn nhiều sovới ăcquy (thời gian sử dụng lâu hơn) Vì vậy tụ điện hóa hiện đang thu hút sự quantâm của các nhà nghiên cứu với mục đích ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
Một trong những yếu tố quyết định cho khả năng làm việc của tụ điện hóa làvật liệu điện cực Hiện nay, các nhà khoa học tập trung vào ba hướng nghiên cứuvật liệu điện cực chính, đó là: các oxit của kim loại có nhiều trạng thái oxi hóa (oxitcủa kim loại chuyển tiếp) như MnO2, RuO2… các polyme dẫn và than hoạt tính.Oxit của kim loại chuyển tiếp là vật liệu điện cực quan trọng đối với tụ điện giả.RuO2 được biết đến như một vật liệu lý tưởng cho các siêu tụ điện với nhiều tínhchất nổi bật: điện dung riêng cao hơn các vật liệu cacbon và có sự ổn định cao Tuynhiên Ru lại có chi phí khá cao và có tính chất độc hại nên đã làm hạn chế việc sửdụng oxit này trong thương mại G n đây các oxit kim lo i chuy n ti p nhần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ại chuyển tiếp như ển tiếp như ếp như ưMnO2, NiO hay Co3O4 cũng đã được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac nghiên c u làm đi n c c cho t đi n hóaứu làm điện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóatuy nhiên h n ch c a chúng là đi n tr khá cao ại chuyển tiếp như ếp như ủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ở khá cao Ngoài ra, các nghiên cứu còn
Trang 9cho thấy hỗn hợp oxit kim loại chuyển tiếp (Ni-Mn, Pb-Mn, Mo-Mn ) có điệndung cao hơn hẳn đơn oxit kim loại chuyển tiếp Trên cơ sở những phân tích ở trên
và kết quả khả quan của những nghiên cứu đã đạt được chúng tôi đã thực hiện đềtài: Nghiên c u t ng h p h n h p oxit kim lo i Mn,Co/than ho t tính ng d ngứu ổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ỗn hợp oxit kim loại Mn,Co/than hoạt tính ứng dụng ợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ạng tinh thể của CoO ạng tinh thể của CoO ứu ụng làm đi n c c cho t đi n hóa ệp ực ụng ệp
2 M c đích và n i dung nghiên c u ục đích và nội dung nghiên cứu ội dung nghiên cứu ứu.
KMnO4 với dung dịch MnSO4
Tổng hợp coban oxit (Co3O4) bằng phản ứng phân hủy Co(OH)2 đi từCo(NO3)2.6H2O
phương pháp vật lý như TPR H2, SEM và BET
Khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu thu được trong môi trường KOH 6M
Trang 10CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG I: T NG QUAN ỔNG HỢP
I.1 T NG QUAN V V T LI U: MnO ỔNG HỢP Ề VẬT LIỆU: MnO ẬT LIỆU: MnO ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA 2 , Co 3 O 4 , THAN HO T TÍNH ẠI Mn,Co/THAN HOẠT TÍNH
I.1.1 Mangan đioxit
I.1.1.1 Các đ c tr ng c b n ặc trưng cơ bản ưng cơ bản ơ bản ảng 1.1.
Mangan là nguyên t đa hoá tr và t n t i nhi u d ng khác nhau nhố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ở khá cao ều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ưMnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2… Trong t nhiên khoáng v t chính c a mangan làực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ủa chúng là điện trở khá cao
là m t trong nh ng h p ch t vô c quan tr ng, có nhi u ng d ng trong th cững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ều dạng khác nhau như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ụ điện hóa ực cho tụ điện hóa
t Trong h p ch t mangan đioxit ch a m t lếp như ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang l n Mnớn Mn 4+ dướn Mn ại chuyển tiếp nhưi d ng MnO2 và
m t lược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang nh các oxit c a Mn t MnOỏ các oxit của Mn từ MnO ủa chúng là điện trở khá cao ừ MnO 1.7 đ n MnOếp như 2 Do c u trúc ch a nhi uất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như
l tr ng nên trong tinh th c a mangan đioxit còn ch a các cation l nh K$ ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ư +,
Na+, Ba2+, OH- và các phân t Hử H 2O Hi n nay lí thuy t cho r ng MnOện cực cho tụ điện hóa ếp như ằng MnO 2 có hai c uất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựctrúc ph bi n nh t là c u trúc đ' ếp như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng h m và c u trúc l p Theo lí thuy t vần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ớn Mn ếp như ều dạng khác nhau như
c u trúc đất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng h m (tunnel structures), mangan đioxit t n t i m t s d ngần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ở khá cao ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như
nh -MnOư β-MnO 2, -MnOγ-MnO 2, -MnOα-MnO 2, -MnOε-MnO 2…(B ng 1.1).ảng 1.1)
B ng 1.1 ảng 1.1. C u trúc tinh th c a -MnOMnO ấu trúc tinh thể của α-MnO ể của α-MnO ủa α-MnO α-MnO 2 , -MnOMnO β-MnO 2 và -MnOMnO γ-MnO 2 [1]
Công th c ứu C u trúc tinh th ấu trúc tinh thể ể H ng s m ng ằng số mạng ố mạng ạng
Trang 11I.1.1.2 T ng h p mangan đioxit ổng hợp mangan đioxit ợp mangan đioxit
Các phươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp đi u ch MnOều dạng khác nhau như ếp như 2 đ u xu t phát t ph n ng oxi hóaều dạng khác nhau như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ừ MnO ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa
kh c a ion MnOử H ủa chúng là điện trở khá cao 4
ho c Mnặc Mn 2+ Có nhi u phều dạng khác nhau như ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp t ng h p mangan đioxit' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa
nh : Phư ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp đi n phân, phện cực cho tụ điện hóa ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp hóa h c, phọng, có nhiều ứng dụng trong thực ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp th yủa chúng là điện trở khá cao nhi t Theo nhi u nghiên c u g n đây thì t ng h p v t li u mangan đioxitện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa
b ng con đằng MnO ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng th y nhi t cho s n ph m k t tinh t t, kích thủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ếp như ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ướn Mnc nh , khỏ các oxit của Mn từ MnO ảng 1.1).năng ho t đ ng đi n hóa cao Ch t oxi hóa thại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac s d ng trongử H ụ điện hóa
phươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp này là KMnO4, K2Cr2O7; các ch t kh có th dùng t ng h p làất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ử H ển tiếp như ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóaMnSO4, Na2SO3, NaHSO3, HCOOH
a Ph ươ và oxi trên cacbon hoạt tính ng pháp đi n phân ệp
Phương pháp này được dùng phổ biến trong tổng hợp MnO2 Các dung dịchđiện phân có thể dùng là dung dịch muối MnCl2, MnSO4, các điện cực được sửdụng là graphit, chì, titan và hợp kim của nó… Sản phẩm chủ yếu của quá trình điệnphân là MnO2 có cấu trúc mạng tinh thể hexagonal (γ-MnO2) Phương trình chungcủa quá trình điện phân:
(+) Anot: Mn2+- 2e → Mn4+
(-) Catot: H+ + 2e → H2
Ph n ng t ng:ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ' Mn2++ 2H2O → MnO2+ 2H+ +H2
Phươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp này có u đi m là s n ph m t o thành có kh năng ho tư ển tiếp như ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ại chuyển tiếp như ảng 1.1) ại chuyển tiếp như
đ ng đi n hoá cao, tuy nhiên hi u su t không cao và t n kém.ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
b Ph ươ và oxi trên cacbon hoạt tính ng pháp hoá h c ọc
Là phươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp s d ng các ph n ng hoá h c quen thu c Ph bi n làử H ụ điện hóa ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ' ếp như
s d ng ph n ng oxi hoá kh v i ch t oxi hoá là KMnOử H ụ điện hóa ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ử H ớn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực 4, K2Cr2O7; ch t kh cóất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ử H
th dùng là MnSOển tiếp như 4, MnCl2, Na2SO3, H2O2, CuCl, các ch t h u c nh HCOOH,ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ưtoluen, CH3CH2OH…hay nhi t phân KMnOện cực cho tụ điện hóa 4
Trang 12Ví dụ: S.Devaraj và N.Munichandraiah [2] đã tổng hợp được tinh thể α- MnO2cócấu trúc nano bằng phản ứng giữa KMnO4và MnSO4:
3Mn2++ 2Mn7+→ 5Mn4+
Năm 2002, H.Yagi [3] và c ng s đã t ng h p MnOực cho tụ điện hóa ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa 2 b ng các ph n ngằng MnO ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa
gi a KMnOững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực 4 v i các ch t kh nh sau:ớn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ử H ư
2KMnO4+ 3Na2SO3+ H2O → MnO2+ 2KOH +3Na2SO4
2KMnO4 + 3KNO2+ H2O → 3KNO3 + 2MnO2+2KOHNăm 2004, Yanluo Lu và c ng s [4] đã t ng h p MnOực cho tụ điện hóa ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa 2 b ng cách phânằng MnO
h y KMnOủa chúng là điện trở khá cao 4 trong không khí, nhi t đ trên 200ở khá cao ện cực cho tụ điện hóa 0C:
5KMnO4 → K2MnO4+ K3MnO4+ 3MnO2+ 3O2↑
Phươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp này có u đi m là đ n gi n, hi u su t cao, tuy nhiên l i cóư ển tiếp như ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ại chuyển tiếp như
nhược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac đi m là s n ph m có kh năng ho t đ ng đi n hoá không cao.ển tiếp như ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ảng 1.1) ại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa
c Ph ươ và oxi trên cacbon hoạt tính ng pháp thu nhi t ỷ nhiệt ệp
Thực hiện phản ứng hoá học tương tự phương pháp hóa học Điều khác biệt
ở đây là có thêm điều kiện nhiệt độ và áp suất cao
Yange Zhang và các cộng sự [5] đã tổng hợp được β-MnO2 bằng phản ứngthủy nhiệt giữa KMnO4 và CuCl ở 180oC trong 18h:
Khi tăng nhiệt độ và áp suất, hiệu suất của phản ứng sẽ tăng lên, đồng thờisản phẩm kết tinh tốt hơn Đây là một phương pháp được dùng rất phổ biến trongnhiều năm gần đây Phương pháp này có hiệu suất cao, cho kích thước hạt đồngđều, khả năng hoạt động điện hoá tốt
I.1.2 Coban oxit
Trang 13I.1.2.1 Các đ c tr ng c b n ặc trưng cơ bản ưng cơ bản ơ bản ảng 1.1.
Coban có nhi u đ ng v nh ng ch có Co (59) là đ ng v t nhiên, sều dạng khác nhau như ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ư ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ực cho tụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
đ ng v còn l i đ u là đ ng v phóng x ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ều dạng khác nhau như ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như Coban có hai dạng thù hình: α-Co cókiến trúc lục phương bền ở nhiệt độ dưới 417°C và β-Co có kiến trúc lập phươngtâm diện bền ở nhiệt độ trên 417°C Do có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau, nên
số lượng hợp chất coban khá phong phú
Trang 14a Coban(II) oxit (CoO)
Coban(II) oxit (CoO) là chất rắn, dạng tinh thể lập phương kiểu NaCl và cóthành phần không hợp thức
Hình 1.1 C u trúc m ng tinh th c a CoO ấu trúc tinh thể của α-MnO ạng tinh thể của CoO ể của α-MnO ủa α-MnO
CoO là hợp chất không có từ tính ở nhiệt độ thấp, được tạo ra khi nung nóngCoCO3, Co(OH)2 hay Co(NO3)2 trong bầu khí trơ hay trong chân không [6]:
Co(OH)2 t0 CoO + H2OCoCO3 t0 CoO + CO2↑
2Co(NO3)2 t0 2CoO + 4NO2↑ + O2↑
Nếu nung trong không khí thì sẽ chuyển thành Co3O4:
6Co(OH)2 + O2 t0 2Co3O4 + 6H2O3Co(NO3)2 t0 Co3O4 + 6NO2↑ + O2↑
Vì thế người ta ít dùng CoO cho ứng dụng thương mại do điều kiện tổng hợpyêu cầu cao (trong môi trường không chứa oxi)
b Coban (III) oxit (Co 2 O 3 )
Coban (III) oxit (Co2O3) là chất bột màu đen, không tan trong nước Tinh thể
bền với nhiệt người ta không sử dụng Co2O3 trong ứng dụng làm siêu tụ điện
c Coban (II,III) oxit (Co 3 O 4 )
Coban (II,III) oxit Co3O4 là sự kết hợp hỗn hợp hai oxit của coban: coban (II)
oxit (CoO) và coban (III) oxit (Co2O3) Co3O4 còn được biết đến với công thức
Trang 15CoO.Co2O3 Coban (II,III) oxit Co3O4 không có từ tính ở nhiệt độ thấp Co3O4 là
ch t b t màu đen, phân h y 940°C, b Hất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ủa chúng là điện trở khá cao ở khá cao ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như 2 kh thành kim lo i khi nung nóng:ử H ại chuyển tiếp nhưTác d ng v i axit HCl ch t o ra mu i Co(II) và gi i phóng khí Clụ điện hóa ớn Mn ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ại chuyển tiếp như ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ảng 1.1) 2 Trong tinh
th Coển tiếp như 3O4, ion Co 2+ chi m l tr ng t di n và ion Coếp như $ ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa 3+ chi m l tr ng bát di n,ếp như $ ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóanghĩa là oxit h n h p có đ ng th i c hai c u trúc c a hai ion Co$ ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ờng hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết về ảng 1.1) ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ủa chúng là điện trở khá cao 2+ và Co3+
Hình 1.2 C u trúc c a Co ấu trúc tinh thể của α-MnO ủa α-MnO 3 O 4. [7]
I.1.2.2 T ng h p coban oxit ổng hợp mangan đioxit ợp mangan đioxit (Co 3 O 4 )
a Phương pháp đốt cháy gel
Coban oxit Co3O4 được điều chế bằng phương pháp đốt cháy gel ở nhiệt độthấp (6000C) từ dung dịch muối Co(NO3)2 được khuấy trộn với dung dịch polivinylancol (PVA) theo tỉ lệ mol tương ứng Hỗn hợp được gia nhiệt và khuấy liên tụctrên máy khuấy từ cho đến khi hình thành gel trong suốt, sấy khô gel và nung mẫu ởnhiệt độ khác nhau khoảng 3000C-7000C trong 2 giờ, Co3O4 thu được với diện tích
bề mặt 39,68 m2/g [8]
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Co3O4 bao gồm nhiệt độ và độ
pH của gel hình thành, tỷ lệ mol nồng coban và nồng độ polivinyl ancol, nhiệt độnung trên cấu trúc và kích thước phân tử đã được nghiên cứu
b Phương pháp nhiệt phân
Co3O4 có thể được điều chế bằng cách đun nóng bột kim loại coban trongkhông khí hoặc đun nóng CoO hay Co(OH)2 ở 1000C trong không khí:
6Co(OH)2 + O2 t0 2Co3O4 + 6H2O
Trang 163Co(NO3)2 t Co3O4 + 6NO2↑ + O2↑
Phương pháp này có nhiều ưu điểm là giá thành thấp, không sử dụng dungmôi độc hại, quy trình tổng hợp đơn giản và dễ dàng điều khiển kích thước hạt, cấutrúc tinh thế cũng như độ tinh khiết của vật liệu
I.1.3 Than hoạt tính
I.1.3.1 Gi i thi u chung ới thiệu chung ệu chung
Than ho t tính là m t s n ph m t cacbon đã đại chuyển tiếp như ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ừ MnO ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac x lý đ t o nênử H ển tiếp như ại chuyển tiếp như
c u ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực trúc l x p nh m nâng cao di n tích b m t riêng c a than$ ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ằng MnO ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ủa chúng là điện trở khá cao Than ho tại chuyển tiếp nhưtính có thành ph n chính là nguyên t cacbon v i hàm lần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ớn Mn ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang kho ng 85 - 95%ảng 1.1)
d ng vô đ nh hình, m t ph n nh d ng tinh th v n graphit Ngoài cacbon
ở khá cao ại chuyển tiếp như ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ỏ các oxit của Mn từ MnO ại chuyển tiếp như ển tiếp như ụ điện hóa
thì ph n còn l i c a than ho t tính là tro (mà ch y u là các oxit kim lo i vàần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ại chuyển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ếp như ại chuyển tiếp như
v n cát, các nguyên t hiđro, nit , l u huỳnh và oxi, các nguyên t khác nàyụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ư ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp nhưc t o ra t ngu n nguyên li u ban đ u ho c liên k t v i cacbon trong su từ MnO ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ặc Mn ếp như ớn Mn ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nhưquá trình ho t hóa và các quá trình khác) ại chuyển tiếp như Di n tích b m t c a than ho t tínhện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp nhưvào kho ng 1200 đ n 3000 mảng 1.1) ếp như 2/g và thu c lo i v t li u mao qu n nh ho cại chuyển tiếp như ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ảng 1.1) ỏ các oxit của Mn từ MnO ặc Mnmao qu n trung bình ảng 1.1)
I.1.3.2 Các nhóm ch c trên b m t than ho t tính ức trên bề mặt than hoạt tính ề mặt than hoạt tính ặc trưng cơ bản ạt tính
Bên c nh c u trúc mao qu n c a cacbon ho t tính, các nhóm ch c b m tại chuyển tiếp như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mncũng đóng vai trò quan tr ng nh họng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ưở khá cao ng đ n đi n dung c a t đi n hóa Oxi t nếp như ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
t i trên cacbon ho t tính d ng các nhóm ch c nh cacboxyl, lacton ho cại chuyển tiếp như ại chuyển tiếp như ở khá cao ại chuyển tiếp như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ư ặc Mnphenol… được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac gi i thi u trên hình 1.3 ớn Mn ện cực cho tụ điện hóa
N
N N
O H
O
Hình 1.3 Các nhóm ch c b m t ch a nit và oxi trên cacbon ho t tính ứu ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ặt riêng và diện tích mao quản của các mẫu vật liệu ứu ơ và oxi trên cacbon hoạt tính ạng tinh thể của CoO [9]
Trang 17Elzbieta Frackowiak và c ng s [10] cho r ng các nhóm ch c ch a oxiực cho tụ điện hóa ằng MnO ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ứu làm điện cực cho tụ điện hóa
có th c i thi n tính ch t đi n dung c a v t li u cacbon do chúng có kh năngển tiếp như ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ảng 1.1).tham gia các ph n ng oxi hóa kh nh : ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ử H ư
G n đây, nhi u nghiên c u cũng t p trung vào c i thi n đi n dung c aần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ều dạng khác nhau như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao
đi n c c than ho t tính b ng cách đ a thêm các nhóm ch c ch a nit Haiện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ằng MnO ư ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựctrong s nh ng c u trúc đố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac tìm th y là nhóm pyrrole có nguyên t N là d tất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ử H ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ử H
c a vòng 5 c nh và nhóm pyridine có nguyên t N là d t c a vòng 6 c nhủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như ử H ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ử H ủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như(hình 1.3) Các nghiên c u đã ch ra r ng các nhóm ch c ch a nit có th c iứu làm điện cực cho tụ điện hóa ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ằng MnO ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ển tiếp như ảng 1.1).thi n đáng k đi n dung b i trên nguyên t N trong d vòng v n còn c pện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ở khá cao ử H ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ẫn còn cặp ặc Mnelectron ch a tham gia liên k t Do đó nguyên t N d tham gia ph n ng oxiư ếp như ử H ễ tham gia phản ứng oxi ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóahóa kh v i ion ử H ớn Mn H+ có m t trong dung d ch đi n phân Ph n ng này có th đặc Mn ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac
Kết quả nghiên cứu của Huaxing Xu và cộng sự [11] cho thấy: cacbon hoạttính chế tạo từ vỏ trấu bằng tác nhân hoạt hóa KOH có diện tích bề mặt 2523,4
m2/g, và có điện dung riêng đạt 250 F/g tại mật độ dòng 1 A/g
I.1.3.3 Đ c tr ng mao ặc trưng cơ bản ưng cơ bản qu n ảng 1.1.
Các mao qu n trong than ho t tính đảng 1.1) ại chuyển tiếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac chia thành 3 lo i theo c u trúc:ại chuyển tiếp như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực
- Mao qu n nh : nh ng mao qu n có bán kính nh h n 1 nm.ảng 1.1) ỏ các oxit của Mn từ MnO ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ỏ các oxit của Mn từ MnO ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực
- Mao qu n trung: nh ng mao qu n có bán kính t 1-25 nm.ảng 1.1) ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ừ MnO
- Mao qu n l n: nh ng mao qu n có bán kính trên 25 nm.ảng 1.1) ớn Mn ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1)
Trang 18Hình 1.4 C u trúc (A) ba chi u, (B) hai chi u c a ấu trúc tinh thể của α-MnO ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ều kiện tổng hợp và kí hiệu các mẫu vật liệu ủa α-MnO cacbon ho t tính ạng tinh thể của CoO [12]Than hoạt tính có mao quản lớn thường được sử dụng để vận chuyển chấtlỏng còn việc hấp phụ thường sử dụng than hoạt tính có mao quản vừa và nhỏ Cácmao quản được hình thành trong quá trình hoạt hóa than
I.1.3.4 Ch t o than ho t tính ế tạo than hoạt tính ạt tính ạt tính
Trướn Mnc đây, s n xu t than ho t tính thảng 1.1) ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ại chuyển tiếp như ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng đi t than bùn, nh ng hi nừ MnO ư ện cực cho tụ điện hóanay ch y u đi t ph ph ph m nông nghi p và công nghi p N n kinh tủa chúng là điện trở khá cao ếp như ừ MnO ếp như ụ điện hóa ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ếp nhưchi m trên 80% nông nghi p nh nếp như ện cực cho tụ điện hóa ư ướn Mnc ta không ch mang l i các s n ph mỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ại chuyển tiếp như ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khảnông nghi p phong phú mà còn kéo theo là s đa d ng c a các ph th i tện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ếp như ảng 1.1) ừ MnOnông nghi p nh v tr u, bã mía, v cà phê Giá tr s d ng và giá thành c aện cực cho tụ điện hóa ư ỏ các oxit của Mn từ MnO ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ỏ các oxit của Mn từ MnO ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ử H ụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao các ph ph m nói trên thếp như ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng th p, chúng thất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng ch đỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan làc t n d ng làmụ điện hóa
ch t đ t, phân bón… Tuy nhiên, chúng đ u có ngu n g c xenluloz , nên đ uất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ều dạng khác nhau như ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ều dạng khác nhau như
có kh năng ch t o than ho t tính.ảng 1.1) ếp như ại chuyển tiếp như ại chuyển tiếp như
Việc chế tạo than hoạt tính từ các phế thải trên vừa giúp giảm thiểu lượngchất thải ra môi trường, vừa nâng cao giá trị sử dụng của các sản phẩm nông nghiệp,đồng thời giúp hạ giá thành của than hoạt tính Quy trình sản xuất than hoạt tính đi
từ phế thải nông nghiệp cũng tuân theo nguyên tắc chế tạo than hoạt tính nói chung,tùy điều kiện than hóa và hoạt hóa mà sản phẩm sinh ra có thể có những tính chất vàứng dụng khác nhau B ng 1.ảng 1.1) 2 gi i thi u thành ph n chính c a m t s ph th iớn Mn ện cực cho tụ điện hóa ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ếp như ảng 1.1).nông nghi p ện cực cho tụ điện hóa
B ng 1 ảng 1.1 2 Thành ph n chính c a m t s ph th i nông nghi p ần chính của một số phế thải nông nghiệp ủa α-MnO ột số phế thải nông nghiệp ố phế thải nông nghiệp ế thải nông nghiệp ải nông nghiệp ệp
Trang 19X d aơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ừ MnO 50% 18% 2% 30%
V tr uỏ các oxit của Mn từ MnO ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực 35-40% 25-30% 25% 24%
R m rơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ại chuyển tiếp như 37,4% 4,9% 9-14% 44,9%
V l cỏ các oxit của Mn từ MnO ại chuyển tiếp như 25-30% 30-40% 5-10% 35-30%
Than hoạt tính được sử dụng trong khóa luận này được sản xuất từ vỏ trấu,được làm tại phòng thí nghiệm Hóa lí thuyết và Hóa lý trường Đại học sư phạm
Hà Nội
I.2 T ĐI N HÓA VÀ V T LI U ĐI N C C ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ẬT LIỆU: MnO ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA
I.2.1 Tụ điện hóa
Tụ điện hóa (electrochemical capacitor), còn được gọi là siêu tụ điện(supercapacitor /ultracapacitor) là thiết bị tích trữ điện năng, gồm hai điện cực (anot
và catot), dung dịch điện ly và được phân cách bởi một màng ngăn Tụ điện hóa tíchtrữ năng lượng theo hai cơ chế: hấp phụ các ion trên bề mặt vật liệu điện cực (a) vàphản ứng oxi hóa khử nhanh của dung dịch chất điện li với vật liệu điện cực (b) vàđược giới thiệu trên hình 1.1
Hình 1.1 Hai c ch tích đi n c a t đi n hóa ơ và oxi trên cacbon hoạt tính ế thải nông nghiệp ệp ủa α-MnO ụng ệp [13]
T đi n l p kép ụ điện lớp kép ệu chung ới thiệu chung
Tụ điện lớp kép (EDLC) tích điện nhờ sự tích tụ của điện tích ở lớp điện kép(Helmholtz Layer) trên ranh giới điện cực/dung dịch điện ly Trong quá trình nạp vàphóng không xảy ra bất kỳ phản ứng hóa học nào mà chỉ có quá trình hấp phụ vàkhử hấp phụ của các ion Quá trình nạp phóng xảy ra nhanh và có tính thuận nghịch
Trang 20cao nên EDLC có công suất riêng và số chu kỳ phóng nạp lớn (trên 100.000 lần).Điện dung của tụ điện lớp kép được tính theo công thức:
o rA C
d
(I.1)
εr là hằng số điện môi của chất điện li
A là tiết diện của ranh giới điện cực/dung dịch
d là độ dày của lớp điện képThông thường, độ dày lớp điện kép phụ thuộc vào kích thước của ion(khoảng vài angstrom) vì thế điện dung riêng của vật liệu thường vào khoảng 5~20
μF cmF cm2 tùy theo loại dung dịch điện ly sử dụng [14] Mật độ năng lượng của EDLC
tỷ lệ với điện áp V của tụ điện:
21
Gi t đi n ảng 1.1 ụ điện lớp kép ệu chung
Giả tụ điện tích điện nhờ các phản ứng oxi hóa khử nhanh giữa chất điện livới các tâm hoạt động của bề mặt điện cực và điện lượng trao đổi tỉ lệ thuận vớihiệu điện thế Điện dung của giả tụ điện (pseudo-capacitance) được xác định theocông thức (I.3):
(Δq)q)
C = (Δq)V)
∆V là sự thay đổi thếĐiện dung của giả tụ điện thường cao hơn so với EDLC do giả tụ điện khôngchỉ tích điện trên bề mặt điện cực mà còn trong toàn bộ dung dịch nhưng do chịu
Trang 21ảnh hưởng của tốc độ phản ứng oxi hóa khử nên mật độ công suất và số chu kỳphóng nạp của giả tụ điện thấp hơn so với tụ điện lớp kép.
Vật liệu điện cực của giả tụ điện là các oxit của kim loại chuyển tiếp cónhiều trạng thái oxi hóa như RuO2, MnO2, NiO, Fe2O3, IrO2…hoặc polymer dẫn
I.2.2 Vật liệu điện cực cho tụ điện hóa
I.2.2.1 V t li u ật liệu ệu chung than ho t tính ạt tính
Than ho t tính v i ại chuyển tiếp như ớn Mn các u đi m nh b m t riêng l n, kh năng d nư ển tiếp như ư ều dạng khác nhau như ặc Mn ớn Mn ảng 1.1) ẫn còn cặp
đi n t t, b n nhi t, b n hóa h c và giá thành th p thện cực cho tụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ường hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết vềng được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac s d ng đử H ụ điện hóa ển tiếp nhưlàm v t li u đi n c c cho t đi n hóa ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa Lê Văn Khu và c ng s [15]ực cho tụ điện hóa đã t ng h p' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóathành công cacbon ho t tính t r m và v tr u v i tác nhân ho t hóa NaOH.ại chuyển tiếp như ừ MnO ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ỏ các oxit của Mn từ MnO ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ớn Mn ại chuyển tiếp nhưCác m u cacbon t ng h p đẫn còn cặp ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac đ u có b m t riêng phát tri n 1690 – 2681ều dạng khác nhau như ều dạng khác nhau như ặc Mn ển tiếp như
m2/g và th hi n tính ch t đi n hóa t t khi đển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ện cực cho tụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac s d ng làm v t li u đi nử H ụ điện hóa ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa
c c cho t đi n hóa M u có giá tr đi n dung l n nh t đ t đực cho tụ điện hóa ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ẫn còn cặp ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ớn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ại chuyển tiếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac 198 F/g t iại chuyển tiếp như
m t đ dòng 1 A/g, và v n còn gi đật chính của mangan là ẫn còn cặp ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac 95 % giá tr so v i ban đ u sau 1000ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ớn Mn ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp nhưchu kì làm vi c.ện cực cho tụ điện hóa
Li và c ng sực cho tụ điện hóa [16] cho th y đi n dung riêng tăng t 100 lên 270 F/g khiất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ện cực cho tụ điện hóa ừ MnO
di n tích b m t riêng tăng t 366 đ n 2478 mện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ừ MnO ếp như 2/g Di n tích b m t riêng l nện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ớn Mncung c p nhi u b m t tất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ều dạng khác nhau như ều dạng khác nhau như ặc Mn ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng tác đ t o ra l p đi n kép d n t i tích trển tiếp như ại chuyển tiếp như ớn Mn ện cực cho tụ điện hóa ẫn còn cặp ớn Mn ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcnhi u năng lều dạng khác nhau như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang h n Tuy nhiên, m i liên h gi a di n tích b m t và đi nơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ện cực cho tụ điện hóadung không ph i là t l thu n B i vì, khi di n tích b m t tăng thì ch y u làảng 1.1) ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ủa chúng là điện trở khá cao ếp nhưtăng di n tích b m t c a các vi mao qu n (ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ủa chúng là điện trở khá cao ảng 1.1) 2 nm), đ c bi t là các siêu viặc Mn ện cực cho tụ điện hóamao qu nảng 1.1) ( 1 nm) Kích thướn Mn ủa chúng là điện trở khá cao c c a các vi mao qu n quá nh d n t i các ionảng 1.1) ỏ các oxit của Mn từ MnO ẫn còn cặp ớn Mn
c a dung d ch đi n phân không khu ch tán đủa chúng là điện trở khá cao ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac vào sâu vào phía trong mao
qu n, k t qu làm gi m đi n dung Tuy nhiên, m t vài nghiên c u g n đây đãảng 1.1) ếp như ảng 1.1) ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như
ch ra r ng: khi kích thỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ằng MnO ướn Mn ủa chúng là điện trở khá cao c c a các vi mao qu n nh h n kích thảng 1.1) ỏ các oxit của Mn từ MnO ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ướn Mn ủa chúng là điện trở khá cao c c a các ion
b solvat hóa thì đi n dung l i tăng ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như [17] Đi u này đều dạng khác nhau như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac gi i thích nh sau: khiảng 1.1) ưcác ion b solvat hóa ti n sâu vào các vi mao qu n, chúng lo i b b t l p vị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ếp như ảng 1.1) ại chuyển tiếp như ỏ các oxit của Mn từ MnO ớn Mn ớn Mn ỏ các oxit của Mn từ MnOsolvat hóa bên ngoài, do v y cho phép chúng ti n g n t i b m t ật chính của mangan là ếp như ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ớn Mn ều dạng khác nhau như ặc Mn v t li u h n,ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựclàm gi m kho ng cách ảng 1.1) ảng 1.1) chi u dày l p đi n kép ều dạng khác nhau như ớn Mn ện cực cho tụ điện hóa d n t i làm tăng đi n dung.ẫn còn cặp ớn Mn ện cực cho tụ điện hóa
Trang 22Ngoài di n tích b m t riêng, c u trúc mao qu n cũng nh hện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ảng 1.1) ưở khá cao ng đ nếp như
đi n dung c a đi n c c cacbon trong t đi n hóa Các thông s quan tr ngện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ọng, có nhiều ứng dụng trong thực
được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac xem xét bao g m: kích thồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ướn Mnc, chi u dài và hình d ng c a mao qu n Cácều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ủa chúng là điện trở khá cao ảng 1.1).thông s này nh hố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ảng 1.1) ưở khá cao ng tr c ti p đ n đi n tr c a đi n c c S phân b kíchực cho tụ điện hóa ếp như ếp như ện cực cho tụ điện hóa ở khá cao ủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
thướn Mnc mao qu n cũng đóng vai trò quan tr ng Các vi mao qu n đóng vai tròảng 1.1) ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1).chính, do chúng có di n tích b m t l n nên tích tr đện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ớn Mn ững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac nhi u năng lều dạng khác nhau như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang
h n, d n t i m t đ năng lơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ẫn còn cặp ớn Mn ật chính của mangan là ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang c a các vi mao qu n l n Trong khi đó, cácủa chúng là điện trở khá cao ảng 1.1) ớn Mnmao qu n trung bình và mao qu n l n đóng vai trò là kênh khu ch tán, t oảng 1.1) ảng 1.1) ớn Mn ếp như ại chuyển tiếp như
đi u ki n cho các ion di chuy n nhanh h n, thu n l i h n, làm gi m đi n trều dạng khác nhau như ện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ật chính của mangan là ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ở khá cao
do h n ch đại chuyển tiếp như ếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc t ng tác gi a các ion và thành mao qu n Đi u này là c nững hợp chất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ều dạng khác nhau như ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp nhưthi t khi s d ng cho m t đ dòng l n.ếp như ử H ụ điện hóa ật chính của mangan là ớn Mn
I.2.2.2 V t li u oxit kim lo i, oxit kim lo i/ch t mang ật liệu ệu chung ạt tính ạt tính ất mang
V t li u cacbon có di n tích b m t l n và ch a nhi u mao qu n do đóật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ặc Mn ớn Mn ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ều dạng khác nhau như ảng 1.1)
r t d k t h p v i oxit kim lo i đ t o v t li u composite V t li u compositeất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ễ tham gia phản ứng oxi ếp như ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ớn Mn ại chuyển tiếp như ển tiếp như ại chuyển tiếp như ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa
lo i này ho t đ ng theo c hai c ch tích đi n: c ch t đi n l p kép và cại chuyển tiếp như ại chuyển tiếp như ảng 1.1) ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ếp như ện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ếp như ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ớn Mn ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực
ch gi t đi n Z Kavaliauskas và c ng s [18] đã ch ra r ng s có m t c aếp như ảng 1.1) ụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ằng MnO ực cho tụ điện hóa ặc Mn ủa chúng là điện trở khá cao NiO trong cacbon ho t tính không ch làm tăng đi n dung c a v t li u đi n c cại chuyển tiếp như ỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa
mà còn làm tăng s chu kì n p – phóng, t c là kéo dài tu i th c a v t li u.ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ại chuyển tiếp như ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ' ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ủa chúng là điện trở khá cao ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóaGraphene/ZnO có đi n dung 236 F/g, MnOện cực cho tụ điện hóa 2/MWCNTs đ t đi n dung 213 F/gại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa[19] t c đ quét 10 mV/s.ở khá cao ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
J P Zheng [20] đã nghiên c u m t đ năng lứu làm điện cực cho tụ điện hóa ật chính của mangan là ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóang c a đi n c c rutheniủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóaoxit cho th y đi n dung c a nó có th đất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ển tiếp như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac c i thi n đáng k khi đ a thêmảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ưcacbon black Tuy nhiên, chi phí cao c a Ru đã h n ch kh năng thủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như ếp như ảng 1.1) ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng m iại chuyển tiếp nhưhóa c a đi n c c này G n đây các đi n c c kim lo i chuy n ti pủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ển tiếp như ếp nhưNi(OH)2/cacbon và V2O5/cacbon [21] cũng đã được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac nghiên c u, tuy nhiên đi nứu làm điện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóadung c a chúng l i khá th p.ủa chúng là điện trở khá cao ại chuyển tiếp như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực
Như chúng ta đã biết mangan đioxit (MnO2) là oxit có giá thành rẻ, thânthiện với môi trường và điện dung lí thuyết cao là một vật liệu đầy hứa hẹn cho tụđiện hóa Mangan oxit có điện dung riêng lý thuyết cao (1370 F/g, Mn4+→ Mn3+),
Trang 23tuy nhiên độ dẫn điện khá thấp (10-5~10-6 S cm-1) và ảnh hưởng của tốc độ phản ứngoxi hóa khử vì thế các nghiên cứu thực nghiệm vẫn chưa đạt được giá trị điện dungriêng như mong muốn Khi sử dụng cacbon mao quản trung bình làm template đểtổng hợp MnO2, điện dung riêng đạt 221 F/g Sử dụng phương pháp điện hóa để
tốc độ khác nhau Điện cực chế tạo từ MnO2 cấu trúc rỗng kích thước khoảng 1~1,5
nm có điện dung riêng 132,1 F/g ở tốc độ quét thế 50 mV/s và điện dung riêng chỉgiảm 18,5% sau 10.000 vòng nạp-phóng Điện cực composite AC/MnO2 đạt đượcđiện dung 90,5 F/g nhờ lượng nhóm chức chứa oxi (cacboxyl, anđehit, ) trên bềmặt than [22] Vật liệu AC/MnO2 có diện tích bề mặt riêng cao hơn và điện trở nhỏhơn so với AC và MnO2 riêng rẽ Hơn thế nữa, khi sử dụng vật liệu compositAC/MnO2 làm vật liệu cho tụ điện hóa, điện dung đạt được cũng cao hơn nhiều (193F/g ở 0,2 A/g) so với MnO2 (64 F/g ở 0,2 A/g) hoặc AC (181 F/g ở 0,2 A/g), MnO2
có cấu trúc 3D trên than hoạt tính có điện dung cao tới 617,6 F/g ở mật độ dòng 1A/g [23]
Co3O4 gần đây được sử dụng rộng rãi như là vật liệu điện hóa hoạt độngtrong tụ điện điện phân và là chất bán dẫn loại p quan trọng Co3O4 được sử dụngtrong các pin, chất xúc tác không đồng nhất, thiết bị tụ điện hóa và các ứng dụngkhác Mặc dù các tụ điện hóa chứa Co3O4 có dung lượng cao nhưng ứng dụng thực
tế của nó trong các siêu tụ điện còn hạn chế do độ dẫn điện kém Một trong những cáchphổ biến để cải thiện độ dẫn điện là trộn Co3O4 với các chất phụ gia dẫn điện [24]
Vi c s d ng các v t li u composit trên c s cacbon nh than ho tện cực cho tụ điện hóa ử H ụ điện hóa ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ở khá cao ư ại chuyển tiếp nhưtính, ng nano cacbon (CNTs) và các t m nano graphen (GNs) có th c i thi nố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ển tiếp như ảng 1.1) ện cực cho tụ điện hóatính d n đi n c a Coẫn còn cặp ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao 3O4 nh kh năng d ch chuy n electron do tính linh ho tờng hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết về ảng 1.1) ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ển tiếp như ại chuyển tiếp như
c h c t t và tính d n đi n cao c a chúng Fu L và c ng s [25] đã t ng h pơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ẫn còn cặp ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ực cho tụ điện hóa ' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa
h t nano oxit Coại chuyển tiếp như 3O4 hình c u d c theo CNTs trong ch t siêu t i h n (ch aần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ớn Mn ại chuyển tiếp như ứu làm điện cực cho tụ điện hóaetanol và CO2) và nghiên c u tính d n đi n c a chúng Wang XW và c ng sứu làm điện cực cho tụ điện hóa ẫn còn cặp ện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ực cho tụ điện hóa[26] đã t ng h p Co' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa 3O4@MWCNT ( ng cacbon naono đa l p) b ng phố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ớn Mn ằng MnO ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcngpháp th y nhi t và đ t đi n dung 590 F/g t i m t đ dòng 15 A/g trong dungủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ật chính của mangan là
Trang 24d ch KOH 0,5M V t li u nano Coị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ật chính của mangan là ện cực cho tụ điện hóa 3O4/MnO2 t ng h p b ng ph' ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ằng MnO ươ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcng pháp th yủa chúng là điện trở khá cao nhi t cho đi n dung riêng cao 1280 F/g [27], có th n p phóng m t đ dòngện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ại chuyển tiếp như ở khá cao ật chính của mangan là
l n và tu i th cao.ớn Mn ' ọng, có nhiều ứng dụng trong thực
H n h p oxit kim lo i th hi n ho t tính đi n hóa cao h n so v i đ n$ ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ớn Mn ơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcoxit kim lo i Đi n c c niken-mangan oxit có đi n dung 453 F/g trong khi đi nại chuyển tiếp như ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa ện cực cho tụ điện hóa
c c NiO và MnOực cho tụ điện hóa 2 ch là 209 và 330 F gỉ có Co (59) là đồng vị tự nhiên, số -1 trong dung d ch KOH 6M t c đ quétị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ở khá cao ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
th 10 mV sếp như -1 [28] Đi n dung c a đi n c c MnOện cực cho tụ điện hóa ủa chúng là điện trở khá cao ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa 2 đo được nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóac là 166 F/g và tănglên 210 và 185 F/g đ i v i các đi n c c Mn/Ni và Mn/Pb [29].ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ớn Mn ện cực cho tụ điện hóa ực cho tụ điện hóa
Trang 25CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN NG II: TH C NGHI M ỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA II.1 V T LI U, HÓA CH T, D NG C ẬT LIỆU: MnO ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ẤT, DỤNG CỤ ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA
B ng 2.1 ảng 1.1. Nguyên li u và hóa ch t s d ng ệp ấu trúc tinh thể của α-MnO ử dụng ụng
STT V t li u và hóa ch t ật liệu và hóa chất ệu và hóa chất ấu trúc tinh thể Ngu n g c xu t x ồn gốc xuất xứ ố mạng ấu trúc tinh thể ứu.
2 Lướn Mn nikeni Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
3 KMnO4 Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
4 MnSO4.H2O Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
5 KOH Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
6 K2SO4 Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
7 Co(NO3)2.6H2O Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
8 NH4OH Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
9 C2F4 Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
10 Axeton Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
11 Etanol 99,99% Trung Qu cố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như
II.2 QUY TRÌNH CH T O V T LI U VÀ ĐI N C C Ế TẠO VẬT LIỆU VÀ ĐIỆN CỰC ẠI Mn,Co/THAN HOẠT TÍNH ẬT LIỆU: MnO ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỆN CỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA ỰC CHO TỤ ĐIỆN HÓA
II.2.1.Tổng hợp các oxit
- S d ng cân phân tích cân chính xác 2,331 g MnSOử H ụ điện hóa 4.H2O, hoà tan v iớn Mn
100 mL nướn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc c t
- V a khu y v a nh gi t t t 100 mL dung d ch KMnOừ MnO ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ừ MnO ỏ các oxit của Mn từ MnO ọng, có nhiều ứng dụng trong thực ừ MnO ừ MnO ị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như 4 1M vào 100
mL dung d ch MnSOị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như 4 sau đó khu y t qua đêm Ti n hành ph n ng ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ừ MnO ếp như ảng 1.1) ứu làm điện cực cho tụ điện hóa ở khá cao nhi t đ phòng ện cực cho tụ điện hóa
- Đem l c l y s n ph m r n Ch t r n đọng, có nhiều ứng dụng trong thực ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ắn Chất rắn được lọc, rửa sạch nhiều lần ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ắn Chất rắn được lọc, rửa sạch nhiều lần ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc l c, r a s ch nhi u l nử H ại chuyển tiếp như ều dạng khác nhau như ần đây các oxit kim loại chuyển tiếp như
b ng ằng MnO nướn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc c t S n ph m cu i cùng đảng 1.1) ẩm kết tinh tốt, kích thước nhỏ, khả ố đa hoá trị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ược nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc s y khô 90ở khá cao 0C trong 10 gi ờng hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết về
- S d ng cân phân tích cân chính xác 2,91 gam Co(NOử H ụ điện hóa 3)2.6H2O Hòa tan v i 20 mL nớn Mn ướn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thựcc c t, siêu âm 30 phút
- Nh ỏ các oxit của Mn từ MnO 2 mL dung d ch NHị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như 3 vào dung d ch Co(NOị và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như 3)2.6H2O.
- Chuy n h n h p vào autoclave đ 150ển tiếp như $ ợc nghiên cứu làm điện cực cho tụ điện hóa ển tiếp như ở khá cao 0C trong t s y đ qua đêm ủa chúng là điện trở khá cao ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ển tiếp như
- L c r a k t t a b ng nọng, có nhiều ứng dụng trong thực ử H ếp như ủa chúng là điện trở khá cao ằng MnO ướn Mn ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ất vô cơ quan trọng, có nhiều ứng dụng trong thực ở khá cao c c t r i s y 800C trong 4 gi ờng hầm và cấu trúc lớp Theo lí thuyết về