Luận án tiến sĩ nghiên cứu tính chất điện hoá của điện cực dạng oxit kim loại tr

TRUONG DAI HOC KHOA HOC TU' NHIÉN ***** N G U V E N T H I C À M HA NGHIEN CUU TINH CHAT DIÈN HÓA CÙA DIÉN c u t DANG OXIT KIM LOAI TRONG MÒI TRUÒNG • • • CHAT DIÉN LI VA UNG DUNG CÙA CHUNG Chuyèn ngành: Hóa ly thiiyct \à Hóa ly Ma so: 62443101 LUÀN AN TIÉN SI HOA HOC NGl'ÒI Ill'ÓNCJ DAN kllOA HOC 1.TSTrjnh Xiiàn Scn 2.TS LèQiióc Hùrig UÀ NOI- :()07 Lai càm an 775/ xin duac giònh ninrng ló/i cani on sciu sàc nhàt cita niinh giri lóri PGS.TS Trinh Xitàn Sén va GS.TS Le Qiióc Hitng, nhCrng ngiró/i Tliàv dà trirc tiép hiràng dàn fai hoùn thành cóng trinh ngìiién ciru nòy. Tói xin chàn thành cam on sir giitp dà to làn ve mot kitih phi tir Nguón kiniì pili dito tao nghién cxru sinh. Dir an Dào tao Nguón nlidn li/c tài ndng cita Dai lioc Qiióc già Ha Nói, Triimig Dai hoc Khoa hoc Tir nhién. cac De tài nghién ciru khoa htjc Tir nhién (TN 03- 13) va Dai hoc Quàc già (QT 05-17}.

Tói xin hciv lo hmg biél an cua ininli tài tot ca cdc Thày (\K hgn dóng nglìiép cita Bó man Hóa ly cùng nlur Khoa Hóa hoc Trircxng Dai hoc Khoa hoc Tir nhién, DIIQG Uà Nói va Phóng Ung dijng Tin hoc Vién Hcki hoc, l icn Khoa hoc va Cóng nghé Vie! Nain dà luón dóng vién va tao diéu kién gii'tp dà tói trnng qua trìnlì nghién ci'rit. Cuoi citng, tói xin gui lai cani ov tài già ditih, sir dóng vién cua tdt ca ngirài thàn Irong già dình là dóng lire tinti ihdn quan trong gii'tp lai hoan thành lugn àn này. Ha \(')i, thdinj, 5 nani 2007 Tàc già X^iuvén Thi Cam Ha LOI CAM DOAN Tòi xin cam doan day là còng trinh nghién ciju cua riéng tòi. Hàu hét cac so liéu, két qua néu trong luan àn dugc trich dàn lai tir càc bài bào dà va sàp dugc xuàt bàn cùa tòi va nhóm nghién ciiu.

Càc so liéu, két qua này là trung thirc va chua dugc còng bò trong bàt ky còng trinh nào khàc.>- l'I NizuNcn Thi Càm Uà MUC LUC Trang Càc ky hieu viét tàt Danh muc càc hình Danh muc càc bang MODÀU ^, Chu'O'ng I TÓNC; QUAN Q5 l.lNìken hidroxit Q^ 1.2 Dién cu'c acqui niken hidroxit 07 1-2 Oxit nikcn hop nuóc 09 1.3 Phàn iVng (tien hóa hoc 16 1.1 Phan ùng tòng còng va nhiet dòng hoc cua càp Ni(OH)yNiOOH 16 1.2 Ban chat cua phan LÌiig Ni(OH)2/NiOOH 18 1.3 Dòng hgc ciìa phan ùng dién circ Ni(OH): trong mòi tru'òng kiém 20 1.4 Mot so yen tò ành huòng cfén tinh chat cìien hóa cua dién Clic o\il niken Irong mòi truóng kiém 23 1.1 Khu\ét tàt cau trùc 23 1.2 Chat phu già 25 1.3 I làm lugng nu*óc trong thành phàn 26 1.4 Kich ihuoc hai 26 1.1 Acqui nikcn cadimi 27 1.2 Acqui niken metal hidrit 30 1.6 Tinh hinh nghién cùu che tao vat lieu dien cuc Ni(OH)2 trong va ngoàì nude 33 Chuong 2 CÀC PHUONG PHÀP NGHIÉN CÙU 36 2.1 Càc phucng phàp nghién cùu dién hóa 36 2.1 Phuong phàp quét thè vòng ( cyclic voltammetry) 36 2.2 Phóng nap bang dòng khòng dòi 38 2. Phuong phàp Phàn tich nhiet 39 2.3 Phuong phàp nhiéu xa Ronghen ( X-ray diffraction) 42 2.4 Kinh hién vi dién tu quét (SEM) 43 2.5 Phuong phàp quang phó hòng ngoai (IR) 45 Chuong 3 NGHIÉN CUU CHE TAO NIKEN HIDROXIT, KHÀO SÀT CÀU TRUC VA TINH CHAT DIÉN HÓA CÙA VÀT LIEU TRONC; MÒI TRI ( ) \ ( ; KIÉM 46 3.1 Phuong phàp amoni 46 3.2 Khao sàt càu trùc cua san phàm 47 3.2 Phirong phàp kiém 48 3.2 Anlì hu'ò'nc cua anion tronu muòi nikcn tói càu trùc 48 3.3 Anh hiro'ng cùa anion trong muòi niken tói dò ben nhiet 50 3.4 Ành huang cua anion trong muòi niken toi boat tinh 51 33 Phirong phàp dién phàn ^2 3.1 Che tao niken hidroxit bang phuong phap dién phàn 52 3.2 Anh hu'ong cua mot so yéu tò tói hieu suàt cua qua trinh dién phàn -^ 3.3 Khao sàt càu trùc -^ 3.4 Danh già chat hiong cua \at liéu nikcn hidroxit diéu che hàng càc phuong phàp khàc nhau ^^ 3.1 Xàc dinh hàm krgng nuoc chùa trong cac màu ^7 3.2 So sành boat tinh dién hóa cùa vàt liéu diéu che dugc 59 Nhan xét chirang 3 64 Chuong 4 NGHIÉN CUU NÀNG CAO CHAT LLONG SAN PHÀM NIKEN HIDROXIT DIÉU CHE THEO PHU^ONG PHÀP KIÉM 66 4.1 Nghién cùu tàc dóng cùa chat thém Co^^, Al^^ va Zn^^ 66 4.1 Khào sàt càu trùc san phàm 67 4.2 Dành già dò ben càu trùc cua vàt liéu 70 4.3 Tinh chat dién hóa 72 4.4 Tàc dòng cua chat cho thém tói dung lugng phóng dién cùa vàt liéu 74 4.2 Nghién cùu tàc dong cùa sirthùy nhiet Ni(OH)2 76 4.1 Anh hu'ong tói càu trùc 76 4.2 Anh lurong cua nhiet dò xu ly tói dò ben nhiét cua vàt lieuNi(OH)2 77 4.3 Anh hu'óng cùa nhiet dò xu ly thuy nhiet tói boat tinh dién hóa cua vàt liéu 78 Nhan xét c h u o n g 4 81 Chuong 5 NGHIÉN CÙU MOT SO \ EU TÒ AMI IIUONG DEN TINI! CHAT DIÉN HÒA CUA DIÉN CIC NIKEN HUÒNC; CHE TAO CVC DUON(; TRONG AC QUI KIÉM 83 5.1 Mot so veu tó ành huong den tinh chat dién hóa cua dién cuc nikcn 83 5.1 Anh huonu cua nònu dò dunu dich dién li KOH 83 5.2 Anh huanucua ion Li' tronu thành phàn dune dich 8::^ 5.3 Anh hu'ong cua \'at liéu nén 86 5.4 Danh già kha nàng trao dòi electron cua cac Ioai dien Clic niken phu trén ncu dàn dien khac nhau dòi \ói he oxi hóa khu' ferro-ferri c\anua 87 S l.S Anh hiroim cua dò dà\ lop ma niken trèn nén graphit dòn SU' hinh ihanli cua mang NiOOl 1 88 5.2 Tinh chat dién hóa cùa dién cuc bién tinh Ni/C 89 5.1 Tinh chat dién hóa cùa he oxi hóa khù Ni'^'/Ni^* trén nén graphit xóp OQ 5.1 Che tao dién cuc graphit xóp g9 5.2 Tinh chat dién hóa cua dién CLTC Ni-'/Ni'^* trén nén graphit xóp trong mói truòng kiém 91 5.2 Mot so yéu tó ành huang dén tinh chat dién hóa cua dién CLTC Ni/C ma hóa hoc 93 5.1 Che tao lóp phiì hóa hoc trén nén graphit xop 93 5.2 Anh huong cua thòi gian xu ly graphit dén dang duòng phàn cuc vòng dién cuc Ni C ma hoà hoc 94 5.3 Anh huong cua nóng dò dung dich ma hoà hoc dén hoat dòng cùa dién cuc Ni/C ma hoà hoc 95 5.4 Anh huong cua su hàp phu ion Ni" 97 5.5 Anii huong cùa nhiet dò xu ly dién cuc Ni/C dén kha nàng chuyén hoà Ni~" —^ Ni" 98 5.3 Mot so nghién cùu dinh hiiónu ùng duns 09 5.1 Khà nàng oxi hóa rugu trén bé màt dién cuc niken trong mòi triróng KOH QQ 5.2 Anh hu'O'ng cua bòt NiC ma hóa hgc tói chat lugng cua dien cuc bòt ép Ni(OH)2 IO] Nhan xét chuong 5 102 KÉT LUAN 104 Danh muc càc cóng trinh dà cóng bó 10"^ TÀI LIEI! THAM KHAO 109 PHU LUC 124 CAC KY HIÉU VIÉT TÀT A : Ampe A : Angstron E : Dién thè I : Cuòng dò dóng dién • / : Màt dò dòng dien S : Giày V : l ò c dò quét thè V : voh XRD : Nhiéu xa tia X DSC : Phàn tich nhiet lugng quét DIA : Phàn tich nhiet vi sai NHE : Dien cuc tiéu chuàn hidro Ox : Chat oxi hóa R : Chat khu SCE : Dien cuc Calomen bào bòa SFM : Anh hién \'i dien tu' quét TG : Phàn tich nhiét tromi luonii DANH MUC HINH Hinh 1.1 Gian do Bode Hinh 1.2 Mgt cài cita dién cuc boi niken Hinh 1.3 Cdu trite mgng tinh thè P niken hidroxit Hình 1.4 Md hinh trai tir sàp xép cdc lóp trong mgng tinh thè NifOH):.5 Hinh anh su khuéch tàn proton trong dién cuc niken hidroxit Hinh 1.6 Biéu dò Pourbaix dov gidn Hinh 1.7 Gian dò mgt cài cua dién cuc niken hidroxit Hinh 1.8 Khuvét tdt cdu trùc Hinh 1.9 Gian dò nhiéu xg tia Xcùa (a) P va (b) P^c niken hidroxit Hinh 1.10 Mó hinh phàn irng dién hóa xay ra trong de qui Si Cd Hinh 1.11 Diràng congphóng dién cùa dién cuc Hinh 1.12 So'dò phan irng dién hóa trong acqui Ni-\III Hinh 1.13 Duòng cong phóng dién cua acqui Ni-MII va àcc/ui .1 Dirdvg cong cyclic von-ampe Hinh 2.2 Diràng cong phóng. ngp cua dién cuc niken hidroxit Hình 2.3 Nguvén Iv cdu tao thiét hi nhan gian dò Rovghen Hình 2.4 Sadd nguyén ly kinh hién vi dién tin/uct Hinh 3.1 Gian dà nhiéu xg tia X màu NiiOlh: emioni Hinh 3.2 Gian dò nhieu xg tia Xcdc mdu: (a)- M2: ibi- M3:(cì- M4 Hinh 3.3 Phd hòng ngogì cdc mdu Ni(OHj: (a/-M2.4 Diróvgphàn tich n/iiét DSC cua càc mdu \i(()H)2 Hinh }.5 Diróvg phàn circ vòng cac màu NifOH): diéu che duoc tu càc mudi niken khàc nhau: (Ih A/2.6 Duóvgphàn cuc vòng càc màu niken hidroxit dien phàn a cac nhiét dò (l)'2fC: (2)-3fC.7 Duóvgphàn cuc vòng dién cuc NifOlh: dién phàn sau khi quet (lj-5; (2J-I0: (3)'L\- (4)-20: (5)-25 vimg Hình 3.8 Diràng nhiéu xg tia X màu NifOH) i dién phàn Hinh 3.9 Anh SEM màu NifOHjj dién phàn Hinh 3.10 Phó hòng ngogi càc màu NifOHjj (a)-Ml; (b)- M2; (c)- M3 Hình 3.11 Diràng phàn cuc vòng càc màu niken hidroxit trong mói truÒJig KOH IM: (I)- M3;(2j- MI: (3)- M5 Hinh 3.12 Gian do nhiéu xg tia Xmàu MI sau ngàm kiém Hinh 3.13 Dirc/ng cong thè phit thuóc thài gian cùa càc dién cuc niken hidroxit diéu che bang càc phuong phàp: il)- kiètn; (2)- dién phàn: (3)- màu so sành Hình 3.14 Gian dò nhiéu xg tia Xmàu niken hidroxit sau khi ngàm trong mói truòvg kiém 6M vói thòi gian io)- I tuàn: ih)- 5 tuàn Hinh 3.15 Diràtigphàn tich nhiét TG va DSC càc màu sau ngàm kiém (a)- Ni(OH): dién phàn; (b)- Ni(OH): so .1 Gian dò nhiéu xg tia X càc màu NifOH): co chira hàm luovg Zn khàc nhau: (l)-IO%mol: (2)-l5%mol: (3)-20%mol; (4)-25%mol: (5)-0%mol Hình 4.2 Gian dò nhiéu xg tia X càc màu nikcn hidroxit co chira hàm lugng Co khàc nhau: (I)- 3'^omohCI): (2)-5%mol( C2): (3)-in%moh C3): (4)- 0%(MI) Hinh 4.3 Gian dà nhiéu xg tia X càc màu niken hidroxit chira hàm lirqvg Al khàc nhau: (Ì)'5^/omol.4 Gian dò nhiéu xg tia Xmàu Z4 sau ngàm Hinh 4.5 Gian dò nhiéu xg tia X màu A4 sau ngàm Hinh 4.6 Duóvgphàn cuc vòng càc màu niken hidroxit vài hàm luovg Zn khàc nhau flI-O'^omol: (2)- lO'ìoiuol :(3t-l5"umol: (4)-20%mol:(5)-25%mol Hình 4.7 Cac dudvg phàn circ vdng mau niken hidroxit viri hàm luovg Co khàc nhau (l)-O^'omol: (2)'3''omol:(3}-Uy'nmal:(4}'5"nmol Hình 4.8 Duàngphàn cuc vòng màu niken hidroxit chira Al vài hàm hrang khàc nhau (D- 5%mol; (2)- 10%mol: (3)- ISXmol; (4)- 20%mol; (5)- 25%mol Hinh 4,9 Duàng cong thè phu thuóc thài gian cùa càc dién cuc niken hidroxit co chira (l)-5%Co; (2)- 20%Al; (3)- 20%Zn; (4)- phuong phàp kiém Hình 4.10 Gian dò nhiéu xg tia X càc màu NifOH)^ thuv nhiét à càc nhiét do khàc nhau Hinh 4.