Chế tạo và khảo sát tính chất nanocompozit graphen polypyrol

Quá trình chế tạo graphen bằng phương pháp oxi hóa hóa học graphit trong môi trường axit thu được sản phẩm với các nhóm chức chứa oxi trên lớp graphen. Vật liệu này có độ dẫn kém do vậy cần khử hóa graphen oxit bằng hydrazyl, thu được vật liệu mới (RGO) có độ dẫn tốt. RGO sau khi khử hóa được biến tính bề mặt với polystyren sunfonat nhằm tăng cường khả năng phân tán. Sử dụng vật liệu này chế tạo nanocompozit graphen/ polypyrol bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ. Kết quả cho vật liệu nanocompozit có tính dẫn điện tốt, các hạt nanocompozit tạo thành có kích thước khoảng 250 nm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo và khảo sát tính chất nanocompozit graphen polypyrol p o v n n 54 (1A) (2016) 308-314 CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NANOCOMPOZIT GRAPHEN/POLYPYROL Ngô Cao Long1, *, Lê Văn Thụ1, Ngô Trịnh Tùng2, Nguyễn Đức Nghĩa2, Phạm Quang Bắc3 Viện Kỹ thuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, số 47 Phạm Văn Đồng, Cầu Giấy, Hà Nội 1 2 Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 3 Học viện Cảnh sát Nhân dân, Cổ Nhuế 2, Bắc Từ Liêm, Hà Nội * Email: longncvn@gmail.com Đến Tòa soạn: 16/09/2015; Chấp nhận đăng: 28/10/2015 T TẮT Quá trình chế tạo graphen bằng phương pháp oxi hóa hóa học graphit trong môi trường axit thu được sản phẩm với các nhóm chức chứa oxi trên lớp graphen. Vật liệu này có độ dẫn kém do vậy cần khử hóa graphen oxit bằng hydrazyl, thu được vật liệu mới (RGO) có độ dẫn tốt. RGO sau khi khử hóa được biến tính bề mặt với polystyren sunfonat nhằm tăng cường khả năng phân tán. Sử dụng vật liệu này chế tạo nanocompozit graphen/ polypyrol bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ. Kết quả cho vật liệu nanocompozit có tính dẫn điện tốt, các hạt nanocompozit tạo thành có kích thước khoảng 250 nm. Từ khóa: polypyrol, graphen, nanocompozit, polyme dẫn. 1. GIỚI THIỆU Phương pháp tách lớp hóa học có thể dùng trong công nghiệp do chế tạo được graphen với lượng lớn nhưng có nhược điểm là tạo ra nhiều nhóm chức làm tính chất điện của vật liệu giảm đi nhiều [1]. Phương pháp này tạo ra graphen oxit từ graphit oxit kết hợp với siêu âm. Graphen oxit được chế tạo rất nhanh bằng phương pháp Hummers [2], oxy hóa graphit với các tác nhân oxy hóa mạnh như KMnO4, NaNO3/H2SO4/H3PO4. Quá trình oxy hóa làm khoảng cách giữa các lớp tăng lên, các lớp graphen oxit được tách ra bằng cách siêu âm trong hỗn hợp dimetyl focmamit/nước (9:1). Graphen oxit chế tạo được có hàm lượng nhóm chức cao và cần được khử để có tính chất giống với graphen [3]. Sự khử hóa học thực hiện với hydrazin monohydrat tạo thành vật liệu graphen có độ dẫn tốt tuy nhiên khả năng phân tán kém hơn do vậy sản phẩm được phủ polystyren sunfonat (PSS) bằng cách siêu âm trong dung dịch nước có chứa PSS. Mặt khác có thể sử dụng PSS như chất kích thích cho polypyrol (PPy) làm tăng độ dẫn và kiểm soát kích thước hạt. Pyrol trùng hợp nhanh hơn nhiều khi có PSS. Khi thêm muối sắt vào hỗn hợp ế t o v k ảo sát t n ất n no ompozit r p en/polypyrol phản ứng chứa monomer pyrol và Graphen/P , dung dịch trở nên đen nhanh chóng do phản ứng trùng hợp của Pyrol thành polypyrol. Tương tác tĩnh điện giữa PSS và Fe3+ làm nó tập trung quanh PSS. Vì vậy, PSS gây ra sự gia tăng nồng độ cục bộ của cả Pyrol và Fe3+, làm tăng tốc độ phản ứng trùng hợp. Phản ứng trùng hợp thường đi kèm với các phản ứng phụ kèm theo như quá trình oxy hóa, các tính chất của polyme cuối cùng sẽ bị ảnh hưởng bởi mức độ nào đó ởi chúng. PSS làm nồng độ cục bộ của Fe3+ và Pyrol cao hơn nhiều so với ình thường và do đó cho kết quả PPy có độ dẫn cao. Trong quá trình tổng hợp, các ion trái dấu được đưa vào các hạt PPy làm tăng khả năng phân tán của nanocompozit [4]. Polyme hóa pyrol trong dung dịch chứa PSS tạo ra các hạt PPy có kích thước tỉ lệ nghịch với nồng độ của Fe3+ [4]. Sử dụng PSS trong chế tạo graphen/ PPy nanocompozit giúp kiểm soát kích thước, chế tạo được lớp phủ PPy trên graphen không quá lớn, làm cho vật liệu nanocompozit vẫn giữ được đặc tính gia cường dạng lớp mỏng như graphen an đầu. ài áo tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu nanocompozit graphen/polypyrol dạng core-shell ằng phương pháp trùng hợp in-situ trong dung dịch nước sử dụng chất oxi hóa e3+, chất kích thích P , sử dụng vật liệu graphen do các nhà khoa học trong nước chế tạo ằng phương pháp tách lớp hóa học. ật liệu chế tạo được có thể gia cường làm tăng tính chất điện, điện môi và tính chất cơ lí của compozit vải sợi nền nhựa nhiệt rắn hoặc các nền nhựa nhiệt d o. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất Graphen chế tạo bằng phương pháp hóa học tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự có độ rộng trung bình 5 µm, dộ dầy lớp khoảng 70 - 100 nm, monome Pyrol của hãng Merk - Đức, FeCl3.6H2O của hãng Merk-Đức, cồn tuyệt đối của hãng Merk-Đức, HCl 37 % của hãng Merk Đức, polystyren sunfonat phân tử khối khoảng 70000, dạng bột của hãng Sigma Aldrich - Mĩ. 2.2. Chế tạo graphen/polypyrol nanocompozit 10 g PSS và 0,7 g graphen được thêm vào 100 mL nước/etanol (tỉ lệ 2/1) siêu âm trong 20 phút sau đó thêm 6,7 g pyrol đã chưng cất (0,2 mol); làm lạnh hỗn hợp đến 5 °C và sục khí N2 trong 15 phút; hòa tan một lượng 40,5 g FeCl3.6H2O trong 50 mL nước cất, thêm vào dung dịch phản ứng, tiến hành phản ứng trong 6 giờ. Sản phẩm được lọc rửa 3 lần bằng etanol và nước cất, sấy khô ở 70 oC trong 12 giờ. 2.3. Phương pháp khảo sát và thiết bị nghiên cứu Ảnh SEM được chụp trên máy Hitachi S4800; phổ Raman được đo trên máy Hori a La RAM HR 800, độ dẫn được đo trên máy đo độ dẫn 4 mũi dò; phân tích nhiệt được đo trên máy Labsys Setaram; phổ nhiễu xạ tia X được đo trên má ...