Nghiên cứu chế tạo điện cực cấu trúc nano ứng dụng trong linh kiện pin mặt trời hữu cơ và cảm biến điện hoá

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- ĐOÀN TIẾN ĐẠT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG TRONG LINH KIỆN PIN MẶT TRỜI HỮU CƠ VÀ CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI – 2025 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- ĐOÀN TIẾN ĐẠT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG TRONG LINH KIỆN PIN MẶT TRỜI HỮU CƠ VÀ CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ Ngành: Hóa Hữu cơ Mã số: 9 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Xác nhận của Học viện Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS. Hoàng Mai Hà TS. Phạm Thị Hải Yến HÀ NỘI – 2025 i ` LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS. Hoàng Mai Hà và TS.

Phạm Thị Hải Yến. Các kết quả nghiên cứu là trung thực, không trùng lặp và chưa từng công bố trong tài liệu khác. Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2025 Tác giả luận án NCS. Đoàn Tiến Đạt ii ` LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận án, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực cùng đồng nghiệp và bạn bè.

Với lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. Hoàng Mai Hà và TS. Phạm Thị Hải Yến đã luôn tận tình hướng dẫn, góp ý, chỉ bảo, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, tập thể cán bộ nghiên cứu phòng Vật liệu tiên tiến, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã ủng hộ, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện và hoàn thành luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, bộ phận đào tạo của Học viện đã đào tạo và giúp tôi trau dồi nhiều kiến thức để hoàn thành tốt luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 02 tháng 04 năm 2025 Tác giả luận án NCS. Đoàn Tiến Đạt iii ` MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH ẢNH. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG ĐIỆN CỰC CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG CHẾ TẠO LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ VÀ CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ .1 Vật liệu nano cacbon.

Vật liệu nano kim loại. Vật liệu polyme dẫn. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF). TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC DẺO CẤU TRÚC NANO TRONG LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ.

Tổng quan về đế plastic sử dụng trong điện cực dẻo trong suốt .2 Các phương pháp chế tạo điện cực dẻo cấu trúc nano. Tình hình nghiên cứu sử dụng các loại điện cực dẻo cấu trúc nano trong linh kiện quang điện tử trên thế giới. Tình hình nghiên cứu về điện cực dẻo cấu trúc nano trong nước. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC CẤU TRÚC NANO CHỨA NHÓM CHỨC HỮU CƠ TRONG CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ.

Một số phương pháp biến tính, chế tạo điện cực cấu trúc nano chứa nhóm chức hữu cơ trong cảm biến điện hóa. Tình hình nghiên cứu sử dụng điện cực cấu trúc nano chứa nhóm chức hữu cơ trong cảm biến điện hóa trên thế giới. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước về điện cực cấu trúc nano chứa nhóm chức hữu cơ ứng dụng trong cảm biến điện hóa. Những vấn đề còn tồn tại và định hướng nghiên cứu chế tạo điện cực cấu trúc nano ứng dụng trong cảm biến điện hóa.

THỰC NGHIỆM, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. TỔNG HỢP VẬT LIỆU. Tổng hợp sợi nano bạc bằng phương pháp polyol. Phương pháp tổng hợp graphene oxit.

Tổng hợp PEDOT:PSS. Phương pháp oxi hóa cacbon nanotube. Phương pháp tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại hợp kim FeMg- BDC. Phương pháp tổng hợp vật liệu khung hữu cơ kim loại CuBTC.

CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC DẺO VÀ LINH KIỆN OPV. Quy trình xử lý đế PET trước khi chế tạo điện cực. Quy trình chế tạo điện cực cấu trúc nano. Chế tạo linh kiện pin mặt trời hữu cơ OPV.

CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC LÀM VIỆC CHO CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC. Chế tạo điện cực cho cảm biến điện hoá phát hiện thuốc kháng sinh. Chế tạo điện cực cho cảm biến điện hoá phát hiện kim loại nặng. Đánh giá đặc tính điện hoá của các điện cực.

Phương pháp phân tích chất ô nhiễm trong nước bằng cảm biến điện hoá. Chuẩn bị mẫu thực trong phân tích điện hoá. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

KẾT QUẢ TỔNG HỢP VẬT LIỆU. Tổng hợp sợi nano bạc. Tổng hợp graphene oxit. Tổng hợp PEDOT:PSS.

Oxi hoá cacbon nanotube. Tổng hợp vật liệu MOF lưỡng kim FeMg-BDC. Chế tạo vật liệu tổ hợp CuBTC-CNT. KẾT QUẢ CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC DẺO TRONG SUỐT VÀ LINH KIỆN PIN MẶT TRỜI HỮU CƠ.

Hình thái, cấu trúc, tính chất quang điện của điện cực quang khắc PET/x- PVCn/AgNWép. Tính chất của linh kiện OPV sử dụng điện cực quang khắc trên đế PET. KẾT QUẢ CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC LÀM VIỆC ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN ĐIỆN HOÁ. Điện cực trong cảm biến điện hoá phát hiện thuốc kháng sinh.

Cảm biến điện hoá phát hiện Pb (II) dựa trên điện cực GO/FeMg- BDC/GCE. 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 109 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 123 vi ` DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng anh Diễn giải Atomic Absorbtion Phương pháp phổ hấp AAS Spectrometric thu nguyên tử Kính hiển vi lực nguyên AFM Atomic force microscope tử AgNW Silver nanowires Sợi nano bạc AgNP Silver nanoparticles Hạt nano bạc AuNP Gold nanoparticles Hạt nano vàng CE Counter electrode Điện cực đối CNTs Cacbon nanotubes Ống nano cacbon Axit EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid etylenglicoltetraaxetic EG Ethylene glycol Etylen glycol Chỉ số liên hệ giữa độ FoM The figure of merit truyền qua và điện trở màng FTO Fluorine doped tin oxide Oxit thiếc pha tạp Flo Điện cực cacbon thủy GCE Glassy cacbon electrode tinh GO Graphene oxide Graphene oxit IPA Isopropanol Isopropanol Inductively-coupled plasma Phương pháp phổ khối ICP-MS mass spectrometry plasma cảm ứng vii ` ITO Indium tin oxide Oxit thiếc indium LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện Ống nano cacbon đa MWCNTs Multi-walled cacbon nanotubes tường Đi-ốp phát quang hữu OLED Organic light-emitting diode cơ OPV Organic photovoltaic solar cell Pin mặt trời hữu cơ PBS Phosphate buffer solution Dung dịch đệm photphat Poly(3,4- Polyme dẫn Poly(3,4- PEDOT:PSS ethylenedioxythiophene) ethylenedioxythiophene) :polystyrene sulfonate :polystyrene sulfonate PEN Polyethylene naphthalate Polyethylen naphthalat PET Polyethylene terephthalate Polyethylen terephthalat PGA Polyglutamic acid Axit polyglutamic Ppy Polypyrrole Polypyrrole RE Reference electrode Điện cực so sánh Rev Recovery Độ thu hồi RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối SEM Scan electron microscopy Hiển vi điện tử quét Square-wave anodic stripping Von-Ampe sóng vuông SWASV voltammetry hòa tan anot Single-walled Cacbon Ống nano cacbon đơn SWCNT Nanotubes tường viii ` Transmission electron Hiển vi điện tử truyền TEM microscopy qua TRG Thermally reduced graphene Graphene khử nhiệt WE Working electrode Điện cực làm việc WHO World Health Organization Tổ chức y tế Thế giới XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X ix ` DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Một số công trình công bố về các điện cực tổ hợp trong phân tích điện hóa các chất ô nhiễm trong môi trường nước. Hóa chất sử dụng để tổng hợp vật liệu và chế tạo điện cực. Thành phần vật liệu trong các điện cực. Diện tích hoạt động bề mặt BET, thể tích lỗ xốp và đường kính lỗ xốp của các vật liệu MOF.

Giá trị độ truyền qua và điện trở màng của các điện cực. Giá trị độ truyền qua và điện trở tấm của điện cực PET/x- PVCn/AgNWép khi sử dụng dung dịch AgNW với các nồng độ khác nhau. Thông số quang điện của các linh kiện OPV. Tổng trở điện hoá và diện tích hoạt động bề mặt điện hoá của các điện cực.

Một số công trình công bố về cảm biến điện hoá phát hiện ENR. Kết quả phân tích ENR trong mẫu thực của cảm biến điện hoá sử dụng điện cực rCNT/GCE. Một số công trình công bố về cảm biến điện hoá phát hiện ENR. Kết quả phân tích ENR trong mẫu thực của cảm biến điện hoá sử dụng điện cực CuBTC-CNT@CPE.

Hiệu suất của các cảm biến điện hóa khác nhau để xác định Pb2+. Kết quả phân tích Pb2+ mẫu thực của cảm biến điện hoá sử dụng điên cực FeMg-BDC. 106 x ` DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Các cấu trúc khác nhau của vật liệu nano cacbon [3].

Cấu trúc polyacetylene. Cấu trúc PEDOT:PSS. Cấu trúc một số polyme dẫn thường dùng trong phân tích điện hóa: a) poly(phenylen vinylen), b) poly(pyrrole), c) polyaniline [12]. Cấu trúc một số vật liệu MOF [13].

Công thức cấu tạo của polyme, PI, PC, PES, PET và PEN [14, 15] 9 Hình 1. a) Nguyên lý của phương pháp phun phủ, b) phương pháp drop- casting, c) phương pháp doctor-blading, d) phương pháp Mayer [16]. Quy trình chế tạo điện cực bằng phương pháp phủ quay [16]. Ảnh SEM cho thấy màng ITO bị rạn vỡ sau khi uốn cong.

Độ truyền qua và điện trở của điện cực CNT so với điện cực ITO thương mại (a), Bề mặt điện cực CNT (b). a) Độ bền cơ học của điện cực sợi nano bạc so với điện cực ITO và FTO, b) Độ truyền qua trong vùng quang phổ Vis-NIR (vùng ánh sáng khả kiến và cận hồng ngoại) của ITO, AZO, AgNW, CNT và PEDOT:PSS. Bề mặt điện cực ITO và graphene trước và sau khi uốn. So sánh độ bền của điện cực dẻo AgNW/GO và điện cực AgNW: a) độ bền trong dung môi, b) độ bền trong không khí ẩm theo thời gian, c) độ bền khi sử dụng băng dính dán lên bề mặt rồi gỡ ra, d) độ bền uốn .