Tổng hợp điện hóa đơn giản vật liệu nano tổ hợp Graphen/Fe2O3 cho ứng dụng siêu tụ

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp điện hóa như một kỹ thuật đơn giản, đơn bước để chế tạo vật liệu nano tổ hợp Fe2O3/graphen. Quá trình phóng điện được thực hiện đồng thời với quá trình kết tủa để bóc tách graphen và đóng vai trò nhân tố kết hợp graphen với các hạt nano Fe2O3. Các phép đo quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phép đo xác định diện tích bề mặt (BET),... đã được thực hiện để xác định đặc trưng của mẫu. Điện dung của mẫu xác định thông qua các phép đo quét thế tuần hoàn (CV), phóng/nạp (GCD) thể hiện độ ổn định tốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp điện hóa đơn giản vật liệu nano tổ hợp Graphen/Fe2O3 cho ứng dụng siêu tụ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀCHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TẠP CÔNG NGHỆ JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Nguyễn Long Tuyên và Nguyễn Thị Nguyệt Nga TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG HUNG VUONG UNIVERSITY Tập 36, Số 3 (2024): 92 - 100 Vol. 36, No. 3 (2024): 92 - 100 Email: tapchikhoahoc@hvu.edu.vn Website: www.jst.hvu.edu.vn TỔNG HỢP ĐIỆN HÓA ĐƠN GIẢN VẬT LIỆU NANO TỔ HỢP GRAPHEN/FE2O3 CHO ỨNG DỤNG SIÊU TỤ Nguyễn Long Tuyên1*, Nguyễn Thị Nguyệt Nga1 1 Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Hùng Vương, Phú Thọ Ngày nhận bài: 26/5/2024; Ngày chỉnh sửa: 06/6/2024; Ngày duyệt đăng: 13/6/2024 DOI:https://doi.org/10.59775/1859-3968.198Tóm tắtT rong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp điện hóa như một kỹ thuật đơn giản, đơn bước để chế tạo vật liệu nano tổ hợp Fe2O3/graphen. Quá trình phóng điện được thực hiện đồng thời với quá trình kết tủađể bóc tách graphen và đóng vai trò nhân tố kết hợp graphen với các hạt nano Fe2O3. Các phép đo quang phổnhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phép đo xác định diện tích bề mặt (BET),... đã đượcthực hiện để xác định đặc trưng của mẫu. Điện dung của mẫu xác định thông qua các phép đo quét thế tuầnhoàn (CV), phóng/nạp (GCD) thể hiện độ ổn định tốt. Sự kết hợp graphen với các hạt nano ô-xít sắt trong mẫutổ hợp làm tăng đáng kể điện dung riêng của các điện cực tổ hợp so với khi không có graphen (gấp ~ 1,5 lần).Từ khóa: Vật liệu nano tổ hợp, graphen, siêu tụ, phương pháp điện hóa.1. Đặt vấn đề khử và tụ điện hỗn hợp cung cấp điện dung Hiện nay, việc phát triển các thiết bị có theo cả hai cơ chế nêu trên.khả năng lưu trữ năng lượng lớn có ý nghĩa Nhiều ô-xít kim loại khác nhau đã đượcquan trọng. Trong đó, siêu tụ điện có thể nghiên cứu làm vật liệu điện cực siêu tụ nhưcoi là một thiết bị lưu trữ đầy hứa hẹn do có MnO2 [3], RuO2 [4], CoO [5],... Trong đó,mật độ công suất cao, vòng đời dài, điện trở RuO2 được đánh giá là vật liệu điện cực cónối tiếp tương đương thấp,... [1-2]. Do vậy, các đặc tính điện hóa tuyệt vời. Tuy nhiên,nhiều nghiên cứu về vật liệu siêu tụ điện đã sự khan hiếm cũng như giá thành cao làđược báo cáo. Các siêu tụ có thể được phân yếu tố cản trở sự có mặt của RuO2 trên thịloại thành ba nhóm chính: tụ điện lớp kép trường. Các vật liệu ô-xít khác có trữ lượng(EDLC), giả tụ và tụ điện hỗn hợp. Trong đó, lớn, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường,điện dung của tụ điện lớp kép được tạo ra bởi đang từng bước được quan tâm nghiên cứusự tích tụ điện tích ở bề mặt phân cách điện cho các ứng dụng năng lượng. Ngoài chi phícực - chất điện phân; giả tụ là loại tụ trong đó thấp và thân thiện với môi trường, do có điệnđiện dung tạo ra bởi các phản ứng oxy hóa dung riêng theo lý thuyết cao nên Fe2O3có92 *Email: nguyenlongtuyen@hvu.edu.vnTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Tập 36, Số 3 (2024): 92-100khả năng ứng dụng rộng rãi làm vật liệu điện thông phương pháp Hummer, sinh ra nhiềucực củasiêu tụ điện. Tuy nhiên, vì đặc tính ô nhiễm thứ cấp do sử dụng nhiều hóa chấtdễ kết tụ và độ ổn định sạc/xả thấp nên vật có đặc tính oxy hóa (khử) mạnh như H2SO4,liệu này bị hạn chế ứng dụng. Để khắc phục KMnO4... Một số nhược điểm khác có thểvấn đề này, các hạt nano ô-xít sắt được sử kể đến là thời gian phản ứng dài (ví dụ nhưdụng kết hợp với vật liệu có tính dẫn điện tốt phương pháp thủy nhiệt, sol-gel), khó khănnhư graphen, nhằm tăng cường độ dẫn điện trong việc loại bỏ dung môi (ví dụ như tựvà cải thiện khả năng truyền điện tíchcủa vật tổ hợp, trộn dung dịch,..). Do đó, nghiênliệu [2]. Nhóm nghiên cứu của Kaliyappan cứu tìm ra phương pháp chế tạo vật liệu tổKarthikeyan và cộng sự đã chế tạo Fe3O4- hợp thực hiện ở điều kiện thường, phản ứnggraphen bằng phương pháp chiếu xạ vi sóng nhanh, sử dụng các thiết bị đơn giản, ít gây ôcó hỗ trợ u-rê được sử dụng làm vật liệu nhiễm thứ cấp vẫn là một thách thức.điện cực [6]. Ở mật độ dòng 3,75 A.g-1, điện Trong nghiên cứu này, vật liệu nano tổdung riêng với điện cực đối xứng đạt được là hợp Fe2O3/graphen được chế tạo thông qua72 F.g-1. So sánh hiệu suất điện hóa cho thấy phương pháp điện hóa plasma, kết hợp giữavật liệu tổ hợp lớn hơn so với vật liệu ô-xít phóng điện bóc tách graphen và phươngFe3O4 không chứa graphen. HongyingQuan pháp đồng kết tủa. Hiệu suất điện hóa củavà cộng sự cũng chế tạo vật liệu tổ hợp vật liệu cũng được nghiên cứu bằng các phépα-Fe2O3/rGO bằng quy trình thủy nhiệt đơn đo quét thế tuần hoàn và phóng/nạp. Hiệugiản cho các ứng dụng siêu tụ điện [7]. Hạt suất điện hóa của nano tổ hợp Fe2O3/graphennano α-Fe2O3 được bọc trong các tấm rGO cũng được so sánh với vật liệu ô-xít trongcho thấy điện dung riêng rất lớn, lên đến cùng điều kiện chế tạo.903 F.g-1 ở mật độ dòng 1 A.g- ...