Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng hấp thụ của hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa

Luận văn thạc sĩ khảo sát khả năng hấp thụ hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa, ứng dụng nghiên cứu vật liệu.

• Tác giả: Huỳnh Thị Tuyết Nhung
• Người hướng dẫn: Huỳnh Thị Miền Trung
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp thụ của hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng trong hệ điện hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học
• 1.7. Cấu trúc luận văn
• 2. TỔNG QUAN
• 2.1. Đồng tinh thể
• 2.2. Giới thiệu về porphyrin
• 2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2. Ứng dụng của màng porphyrin đối với quá trình khử O2
• 2.3. Điện hóa học tại bề mặt phân cách rắn – lỏng
• 2.3.1. Mặt phân cách rắn – lỏng
• 2.3.2. Các quá trình bề mặt tại giao diện rắn – lỏng
• 2.4. Phương pháp đặc trưng vật liệu
• 2.4.1. Phương pháp thế quét vòng tuần hoàn (CV)
• 2.4.2. Phương pháp thế quét tuyến tính (Linear sweep voltammetry: LSV)
• 2.4.3. Phương pháp hiển vi quét xuyên hầm điện hóa (Electrochemical scanning tunneling microscopy: EC-STM)
• 2.5. Dụng cụ, thiết bị
• 2.6. Chuẩn bị hóa chất
• 2.6.1. Dung dịch H3PO4 50%
• 2.6.2. Dung dịch H2SO4 5 mM
• 2.6.3. Dung dịch đệm KCl 10 mM trong H2SO4 5 mM
• 2.6.4. Dung dịch đệm KI 10 mM trong H2SO4 5 mM
• 2.6.5. Dung dịch đệm chlorine chứa phân tử TAP
• 2.6.6. Dung dịch đệm chlorine chứa phân tử PP
• 2.6.7. Dung dịch đệm chlorine chứa hỗn hợp TAP và PP
• 2.6.8. Dung dịch đệm iodide chứa hỗn hợp TAP và PP
• 2.7. Chế tạo vật liệu
• 2.7.1. Chuẩn bị điện cực làm việc (Cu(100))
• 2.7.2. Chế tạo hệ vật liệu
• 3. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA CÁC HỆ VẬT LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP V
• 3.1. Ứng dụng khử O2 của màng porphyrin bằng phương pháp thế quét tuyến tính (LSV)
• 3.2. Khảo sát cấu trúc bề mặt màng đơn lớp porphyrin bằng phương pháp E-STM
• 3.2.1. Sự hấp phụ đặc trưng của anion chloride, iodide trên bề mặt điện cực tinh thể Cu(100)
• 3.2.2. Sự hấp phụ của phân tử TAP, PP và hỗn hợp TAP và PP trên bề mặt Cu(100) trong dung dịch đệm chlorine
• 3.2.3. Tính chất điện hóa của các phân tử porphyrin trên Cl/Cu(100)
• 3.2.4. Cấu trúc bề mặt của màng đơn lớp porphyrin trên Cl/Cu(100)
• 3.2.5. Sự hấp phụ của hệ hai cấu tử TAP và PP trên bề mặt Cu(100) trong dung dịch đệm iodide
• 3.2.6. Tính chất điện hóa của hệ hai cấu tử TAP và PP trên bề mặt I/Cu(100)
• 3.2.7. Cấu trúc bề mặt của màng đơn lớp hai cấu tử TAP và PP trên I/Cu(100)
• 3.2.8. Sự phụ thuộc vào thế điện cực của quá trình hấp phụ và giải hấp đối với màng đơn lớp hai cấu tử TAP và PP trên lớp đệm iodide
• 3.3. Hoạt tính xúc tác của màng porphyrin đối với quá trình khử O2
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ hai cấu tử porphyrin

Nghiên cứu tập trung vào hệ hai cấu tử porphyrin, cụ thể là hai loại porphyrin TAP và PP. Cả hai đều có cấu trúc tương tự porphyrin cơ bản nhưng được biến đổi với các nhóm chức phân cực cao, giúp tăng khả năng hòa tan trong nước. TAP chứa nhóm trimethyl ammonium phenyl, trong khi PP có nhóm methyl ammonium pyridyl. Sự khác biệt này dự đoán sẽ ảnh hưởng đến tính chất hấp phụ và cấu trúc bề mặt của chúng trên bề mặt đơn tinh thể đồng.

1.1. Cấu trúc porphyrin

Cấu trúc porphyrin của TAP và PP được phân tích chi tiết, với sự nhấn mạnh vào các nhóm chức ngoại vi. Các nhóm chức này không chỉ ảnh hưởng đến độ tan mà còn tác động đến khả năng tự sắp xếp của các phân tử trên bề mặt đồng. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử nano và cảm biến sinh học.

1.2. Ứng dụng của porphyrin

Porphyrin được nghiên cứu để ứng dụng trong các quá trình khử O2, một phản ứng quan trọng trong pin nhiên liệu. Khả năng xúc tác của màng porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng được đánh giá cao, đặc biệt khi kết hợp hai cấu tử TAP và PP.

II. Bề mặt đơn tinh thể đồng

Bề mặt đơn tinh thể đồng (Cu(100)) được chọn làm chất nền để nghiên cứu sự hấp phụ của hệ hai cấu tử porphyrin. Đồng có cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc), với khoảng cách giữa các nguyên tử là 2,56 Å. Bề mặt này được làm sạch bằng phương pháp điện hóa để đảm bảo tính đồng nhất và ổn định trong quá trình nghiên cứu.

2.1. Tính chất điện hóa của đồng

Đồng có hoạt tính điện hóa cao hơn so với các kim loại quý như Au, Ag, và Pt. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng để nghiên cứu các quá trình bề mặt như hấp phụ, ăn mòn, và hình thành màng thụ động. Bề mặt đơn tinh thể đồng cũng được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu điện hóa do tính ổn định và khả năng tái tạo cao.

2.2. Ứng dụng trong điện hóa

Bề mặt đơn tinh thể đồng được sử dụng để nghiên cứu sự hấp phụ của các anion như chloride và iodide, cũng như các phân tử hữu cơ như porphyrin. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các vật liệu xúc tác cho các phản ứng điện hóa, đặc biệt là quá trình khử O2.

III. Hệ điện hóa

Nghiên cứu được thực hiện trong hệ điện hóa, sử dụng các phương pháp như thế quét vòng tuần hoàn (CV) và hiển vi quét xuyên hầm điện hóa (EC-STM) để đánh giá tính chất điện hóa và cấu trúc bề mặt của màng porphyrin. Các kết quả cho thấy sự hấp phụ của hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng phụ thuộc vào điện thế áp dụng và bản chất của dung dịch điện ly.

3.1. Phương pháp thế quét vòng tuần hoàn CV

Phương pháp CV được sử dụng để nghiên cứu tính chất điện hóa của màng porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng. Các kết quả cho thấy sự hấp phụ của TAP và PP phụ thuộc vào điện thế và bản chất của dung dịch điện ly. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ và giải hấp của các phân tử porphyrin.

3.2. Hiển vi quét xuyên hầm điện hóa EC STM

EC-STM được sử dụng để quan sát cấu trúc bề mặt của màng porphyrin ở cấp độ nguyên tử. Các hình ảnh thu được cho thấy sự tự sắp xếp của các phân tử TAP và PP trên bề mặt đơn tinh thể đồng, cũng như sự ảnh hưởng của điện thế lên cấu trúc bề mặt.

IV. Khả năng hấp thụ

Khả năng hấp thụ của hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt đơn tinh thể đồng được nghiên cứu chi tiết. Kết quả cho thấy sự hấp phụ của TAP và PP phụ thuộc vào bản chất của dung dịch điện ly và điện thế áp dụng. Màng porphyrin được hình thành có cấu trúc ổn định và thể hiện tính chất điện hóa đặc trưng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử và xúc tác.

4.1. Tính chất hấp thụ

Tính chất hấp thụ của hệ hai cấu tử porphyrin được đánh giá thông qua các phương pháp điện hóa và hiển vi. Các kết quả cho thấy sự hấp phụ của TAP và PP trên bề mặt đơn tinh thể đồng phụ thuộc vào điện thế và bản chất của dung dịch điện ly. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ và giải hấp của các phân tử porphyrin.

4.2. Ứng dụng trong xúc tác

Màng porphyrin được hình thành từ hệ hai cấu tử porphyrin thể hiện khả năng xúc tác cao trong quá trình khử O2. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị pin nhiên liệu và xử lý ô nhiễm môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng sạch và bền vững ngày càng tăng, việc phát triển các vật liệu xúc tác hiệu quả cho quá trình chuyển đổi năng lượng là một thách thức lớn. Theo ước tính, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các nguồn tái tạo hiện nay vẫn còn hạn chế, đòi hỏi nghiên cứu sâu về vật liệu mới nhằm nâng cao hiệu quả xúc tác. Porphyrin, một hợp chất hữu cơ dị vòng, nổi bật với vai trò quan trọng trong các quá trình tự nhiên như quang hợp và vận chuyển oxy, đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ điện tử nano và pin nhiên liệu. Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng hấp phụ của hệ hai cấu tử porphyrin gồm TAP (5,10,15,20-Tetrakis-(4-trimethyl ammonium phenyl)-porphyrin) và PP (5,10,15,20-Tetrakis-(N-methyl-4-pyridyl)-porphyrin) trên bề mặt đơn tinh thể đồng Cu(100) trong hệ điện hóa, nhằm mục tiêu chế tạo màng đơn lớp có khả năng xúc tác khử oxy (O2) hiệu quả.

Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Quy Nhơn và KU Leuven (Bỉ) trong năm 2019, với trọng tâm là khảo sát tính chất điện hóa và cấu trúc bề mặt của màng porphyrin trên lớp đệm halogen (chloride và iodide). Việc hiểu rõ cơ chế hấp phụ và tương tác giữa các phân tử porphyrin với bề mặt đồng sẽ góp phần phát triển vật liệu xúc tác thay thế kim loại quý như platinum trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC), từ đó giảm chi phí và tăng tính khả thi thương mại của công nghệ năng lượng sạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình lớp điện kép Gouy-Chapman-Stern-Grahame (GCSG): Giải thích sự phân bố điện tích tại giao diện rắn-lỏng, bao gồm lớp Helmholtz trong (IHP), lớp Helmholtz ngoài (OHP) và lớp khuếch tán, giúp hiểu cơ chế hấp phụ đặc trưng của anion halogen trên bề mặt điện cực Cu(100).

• Lý thuyết hiệu ứng xuyên hầm lượng tử: Áp dụng trong phương pháp hiển vi quét xuyên hầm điện hóa (EC-STM) để khảo sát cấu trúc bề mặt ở cấp độ nguyên tử/phân tử, dựa trên mối quan hệ giữa dòng điện xuyên hầm, điện thế bias và khoảng cách đầu dò - mẫu.

• Khái niệm về porphyrin và metallo-porphyrin: Porphyrin là hợp chất dị vòng gồm bốn vòng pyrrole liên kết qua nhóm methine, có khả năng tạo phức với kim loại tại trung tâm vòng, ảnh hưởng đến tính chất điện hóa và cấu trúc màng đơn lớp.

• Các tương tác bề mặt: Bao gồm tương tác tĩnh điện, Van der Waals, liên kết π-π, liên kết hiđro và liên kết phối trí, ảnh hưởng đến sự tự sắp xếp và ổn định của màng porphyrin trên bề mặt điện cực.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các phép đo điện hóa và hình ảnh EC-STM trên hệ vật liệu màng đơn lớp hai cấu tử TAP và PP trên bề mặt Cu(100) trong dung dịch đệm chứa chloride và iodide.

• Phương pháp chế tạo vật liệu: Lắng đọng điện hóa các phân tử porphyrin từ dung dịch pha chế chuẩn xác (TAP và PP 1 mM trong dung dịch KCl hoặc KI 10 mM + H2SO4 5 mM) lên bề mặt đơn tinh thể Cu(100) đã được làm sạch bằng phương pháp cực dương tan trong dung dịch H3PO4 50%.

• Phương pháp phân tích:

  • Cyclic Voltammetry (CV): Khảo sát tính chất điện hóa, xác định các quá trình oxi hóa-khử, hấp phụ và giải hấp của các phân tử porphyrin trên bề mặt điện cực.
  • Linear Sweep Voltammetry (LSV): Đánh giá hoạt tính xúc tác khử O2 của màng porphyrin.
  • Electrochemical Scanning Tunneling Microscopy (EC-STM): Quan sát cấu trúc bề mặt màng porphyrin ở cấp độ nguyên tử/phân tử, xác định sự tự sắp xếp và tương tác giữa các phân tử trên lớp đệm halogen.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong năm 2019, với các giai đoạn chuẩn bị hóa chất, chế tạo vật liệu, đo điện hóa tại Trường Đại học Quy Nhơn và khảo sát cấu trúc EC-STM tại KU Leuven, Bỉ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sự hấp phụ đặc trưng của anion chloride và iodide trên Cu(100):
   EC-STM cho thấy màng đơn lớp Cl/Cu(100) và I/Cu(100) có cấu trúc trật tự cao, với khoảng cách giữa các nguyên tử chlorine là 0,36 nm và giữa các nguyên tử iodine là 0,39 nm. CV ghi nhận phản ứng hòa tan đồng (CDR) và tạo khí hydro (HER) giới hạn vùng điện thế hoạt động của điện cực.

2. Tính chất điện hóa của các phân tử porphyrin trên lớp đệm chlorine:
   Trong dung dịch chứa TAP hoặc PP, quá trình hòa tan Cu xảy ra ở điện thế ít dương hơn, nhưng cường độ pic lắng đọng Cu giảm còn khoảng 50% so với dung dịch đệm không có porphyrin, cho thấy porphyrin ức chế quá trình lắng đọng. TAP thể hiện hai pic khử tại -0,56 V và -0,76 V, tương ứng với trao đổi 2 và 4 electron, trong khi PP có ba pic khử tại -0,22 V, -0,52 V và -0,635 V, mỗi pic liên quan đến 2 electron, cho thấy PP khử dễ dàng hơn TAP khoảng 0,34 V.

3. Cấu trúc bề mặt màng đơn lớp hai cấu tử TAP và PP:
   EC-STM cho thấy màng đơn lớp hỗn hợp TAP và PP tự sắp xếp có trật tự trên lớp đệm halogen, với sự phụ thuộc rõ rệt vào loại anion đệm (chloride hoặc iodide) và điện thế đặt vào điện cực. Sự khác biệt về điện tích nhóm chức ngoại vi giữa TAP và PP ảnh hưởng đến tương tác phân tử và khả năng hấp phụ chọn lọc.

4. Hoạt tính xúc tác khử O2 của màng porphyrin:
   Phân tích LSV cho thấy màng đơn lớp hai cấu tử TAP và PP có khả năng xúc tác khử O2 vượt trội so với màng đơn lớp chỉ chứa TAP hoặc PP riêng lẻ, với dòng điện khử O2 tăng khoảng 20-30% trong điều kiện thử nghiệm, chứng tỏ hiệu ứng cộng hưởng giữa hai cấu tử trong màng hỗn hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt trong tính chất điện hóa và cấu trúc màng porphyrin được giải thích bởi sự khác biệt về điện tích và cấu trúc nhóm chức ngoại vi của TAP và PP, ảnh hưởng đến khả năng tương tác tĩnh điện và liên kết phối trí với bề mặt Cu(100) và lớp đệm halogen. So với các nghiên cứu trước đây về màng porphyrin đơn cấu tử, kết quả này mở rộng hiểu biết về sự hấp phụ cạnh tranh và tự sắp xếp của hệ hai cấu tử, đồng thời khẳng định tiềm năng ứng dụng trong xúc tác khử O2.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ CV và LSV minh họa các pic oxi hóa-khử đặc trưng, cùng hình ảnh EC-STM thể hiện cấu trúc bề mặt với độ phân giải nguyên tử, giúp trực quan hóa sự sắp xếp phân tử và tương tác bề mặt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện điện thế lắng đọng:
   Đề xuất điều chỉnh điện thế đặt vào điện cực trong khoảng -0,3 V đến -0,5 V so với Ag/AgCl để đảm bảo sự hấp phụ ổn định và tránh tạo thành các pha kết tủa không mong muốn như CuI hoặc CuCl, nhằm nâng cao chất lượng màng porphyrin.

2. Phát triển màng hỗn hợp đa cấu tử:
   Khuyến nghị nghiên cứu mở rộng hệ hai cấu tử sang các porphyrin có nhóm chức khác nhau để tăng cường tính đa dạng hóa tính chất xúc tác, hướng đến cải thiện hiệu suất khử O2 trong pin nhiên liệu.

3. Ứng dụng trong công nghệ pin nhiên liệu PEMFC:
   Đề xuất thử nghiệm màng porphyrin chế tạo trong môi trường pin nhiên liệu thực tế để đánh giá hiệu suất và độ bền, nhằm thay thế kim loại quý như platinum, giảm chi phí sản xuất.

4. Nâng cao kỹ thuật khảo sát cấu trúc:
   Khuyến nghị sử dụng kết hợp EC-STM với các kỹ thuật quang phổ điện hóa để phân tích sâu hơn về trạng thái oxi hóa và tương tác phân tử, giúp hiểu rõ hơn cơ chế xúc tác và hấp phụ.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tiếp theo, phối hợp giữa các phòng thí nghiệm điện hóa và vật liệu để đảm bảo tính khả thi và ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật liệu xúc tác:
   Có thể áp dụng kiến thức về cấu trúc và tính chất màng porphyrin để phát triển vật liệu xúc tác mới cho pin nhiên liệu và cảm biến sinh học.

2. Kỹ sư phát triển pin nhiên liệu:
   Tham khảo để lựa chọn vật liệu thay thế platinum, giảm chi phí và nâng cao hiệu suất pin nhiên liệu màng trao đổi proton.

3. Giảng viên và sinh viên ngành hóa vô cơ, điện hóa:
   Sử dụng làm tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu điện hóa, kỹ thuật EC-STM và ứng dụng porphyrin trong công nghệ nano.

4. Doanh nghiệp công nghệ năng lượng sạch:
   Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm pin nhiên liệu và cảm biến khí có hiệu suất cao, thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Porphyrin là gì và tại sao được chọn nghiên cứu?
   Porphyrin là hợp chất hữu cơ dị vòng có khả năng tạo phức với kim loại, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học và công nghệ. Chúng được chọn vì tính chất điện hóa đa dạng và tiềm năng ứng dụng trong xúc tác khử O2.

2. Tại sao sử dụng bề mặt Cu(100) đơn tinh thể?
   Cu(100) có cấu trúc tinh thể rõ ràng, dễ kiểm soát và phổ biến trong nghiên cứu điện hóa, giúp khảo sát chính xác sự hấp phụ và tương tác của porphyrin ở cấp độ nguyên tử.

3. Phương pháp EC-STM có ưu điểm gì?
   EC-STM cho phép quan sát cấu trúc bề mặt vật liệu trong môi trường điện hóa với độ phân giải nguyên tử, giúp hiểu rõ cơ chế tự sắp xếp và tương tác phân tử.

4. Làm thế nào màng porphyrin xúc tác khử O2?
   Màng porphyrin tạo các trung tâm hoạt động trên bề mặt điện cực, tăng cường quá trình trao đổi electron và proton, từ đó nâng cao hiệu suất khử O2 trong pin nhiên liệu.

5. Khả năng ứng dụng thực tế của nghiên cứu này?
   Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu xúc tác thay thế kim loại quý trong pin nhiên liệu, góp phần giảm chi phí và thúc đẩy thương mại hóa công nghệ năng lượng sạch.

Kết luận

• Đã chế tạo thành công màng đơn lớp hai cấu tử porphyrin TAP và PP trên bề mặt đơn tinh thể Cu(100) với lớp đệm halogen, có cấu trúc trật tự cao và tính chất điện hóa đặc trưng.
• Phân tử PP khử dễ dàng hơn TAP do sự khác biệt về nhóm chức ngoại vi, ảnh hưởng đến trạng thái oxi hóa-khử của màng.
• Màng hỗn hợp TAP và PP thể hiện hoạt tính xúc tác khử O2 vượt trội so với màng đơn cấu tử, mở rộng tiềm năng ứng dụng trong pin nhiên liệu.
• Phương pháp EC-STM kết hợp CV và LSV là công cụ hiệu quả để khảo sát cấu trúc và tính chất điện hóa của màng porphyrin trong môi trường điện hóa.
• Đề xuất tiếp tục tối ưu hóa điều kiện chế tạo và mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong công nghệ pin nhiên liệu PEMFC trong vòng 1-2 năm tới.

Luận văn cung cấp nền tảng khoa học vững chắc cho việc phát triển vật liệu xúc tác hữu cơ mới, khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp năng lượng sạch tiếp tục khai thác và ứng dụng kết quả này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu hƣơng 1. Tổng quan hƣơng 2. Thực nghiệm hƣơng 3. Kết quả và thảo luận Kết luận 5 C N 1.

ỒN VÀ NT N T Ể ỒN ồng (Cu) là kim loại thuộc nhóm I , chu kỳ 4, ô thứ 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Cu là kim loại dẻo, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, Cu tấm có màu đỏ, Cu vụn có màu đỏ gạch, Cu nguyên chất mềm và dễ uốn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Vì vậy, Cu đƣợc sử dụng làm chất dẫn nhiệt, dẫn điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Gần đây, u đƣợc xem là một trong những vật liệu chính của thế kỷ 21 vì đƣợc ứng dụng làm vật liệu dây dẫn có kích thƣớc nano trong các vi mạch điện tử thay thế cho công nghệ nhôm.

Tinh thể u có cấu trúc lập phƣơng tâm mặt (face centered cubic: fcc) (Hình 1. Trong mạng tinh thể u, mỗi đơn vị cơ sở có 8 hốc tứ diện và 4 hốc bát diện. ộ đặc khít của mạng tinh thể là 74%. Sự sắp xếp các lớp nguyên tử trong mạng tinh thể fcc Mặt Cu(100) trong mạng tinh Cu và hình ảnh EC- STM của Cu(100) tại E = 0,09 V so với Ag/AgCl (C KCl = 3 M), Ubias = 35 mV, It = 5 nA đƣợc mô tả trong hình 1.2, khoảng cách giữa hai nguyên tử Cu gần nhất là 2,56 Å.

a) Mặt phẳng (100) trong mạng tinh thể Cu; b) Hình ảnh EC-STM của Cu(100) tại E = 0,09 V so với Ag/AgCl (CKCl = 3 M), Ubias = 35 mV, It = 5 nA Về mặt hóa học, Cu là kim loại kém hoạt động. Tuy nhiên, trên quan điểm điện hóa, Cu có hoạt tính cao hơn so với các kim loại quý khác nhƣ Au, Ag, và Pt. Việc ứng dụng vật liệu Cu ở kích thƣớc nano đòi hỏi sự hiểu biết tƣờng tận về bản chất của các quá trình bề mặt phù hợp nhƣ hiện tƣợng ăn mòn, sự ức chế ăn mòn bởi phân tử hữu cơ, quá trình oxy hóa, hòa tan anot hay sự hình thành các màng thụ động trên Cu, …. Trong phƣơng pháp E ‐STM, vì lý do kỹ thuật, chất nền đƣợc chọn thƣờng là các bề mặt đƣợc xác định rõ cấu trúc, tức là các đơn tinh thể.

Trong luận văn này, đơn tinh thể u(100) đƣợc sử dụng nhƣ tinh thể mẫu/mô hình nhằm chế tạo và nghiên cứu tính chất, cấu trúc bề mặt của màng đơn lớp hệ hai cấu tử porphyrin trên bề mặt của nó. Ớ T ỆU VỀ PORP RN 1. iới thiệu chung Porphyrin là hợp chất hữu cơ dị vòng, đƣợc hình thành từ bốn vòng pyrrole liên kết với nhau qua các nhóm methine (― H =) [14]. Porphyrin đơn giản nhất là porphin (Hình 1.

Porphin và quy tắc đánh số Porphyrin có thể đƣợc thay thế ở ba vị trí khác nhau: alpha, beta và meso. ác vị trí 2, 3, 7, 8, 12, 13, 17 và 18 là vị trí beta, các vị trí tại 1, 4, 6, 9, 11, 14, 16 và 19 là vị trí alpha, vị trí 5, 10, 15 và 20 là vị trí meso [2]. Porphyrin đƣợc biết đến là những chất màu quan trọng trong một số quá trình tự nhiên. Porphyrin trong heme có tác dụng chuyển hóa và lƣu trữ oxi trong máu.

Trong diệp lục của lá cây, porphyrin tồn tại dƣới dạng màng mỏng và đóng vai trò chính cho sự hấp thụ photon ánh sáng đối với quá trình quang hợp của cây xanh. Chính vì vậy, porphyrin đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào công nghệ điện tử nano mô phỏng theo sự tồn tại của nó trong tự nhiên.