Nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới từ TCNQ và TCNQF4 trong luận án tiến sĩ hóa học

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

2. Mục đích nghiên cứu

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4. Phương pháp nghiên cứu

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

6. Bố cục của luận án

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Polyme dẫn điện và ứng dụng

1.1.1. Lịch sử phát triển của polyme dẫn điện

1.1.2. Bản chất về tính dẫn điện của polyme dẫn

1.1.3. Cơ chế dẫn điện của polyme dẫn

1.1.4. Cơ chế của Roth

1.1.5. Cơ chế lan truyền pha của K. Phân loại một số polyme dẫn

1.1.6. Polyme oxi hoá khử (Redox polyme)

1.1.7. Polyme dẫn điện (Electronically conducting polymes)

1.1.8. Polyme trao đổi ion (Ion - exchange polymes)

1.1.9. Ứng dụng của polyme dẫn

1.1.10. Polyme dẫn trong dự trữ năng lượng

1.1.11. Thiết bị điều khiển logic, transistor hiệu ứng trường

1.1.12. Thiết bị đổi màu điện tử

1.2. Tổng quan về TCNQ và TCNQF4

1.2.1. Công thức cấu tạo, tính chất

1.2.2. Công thức cấu tạo, tính chất vật lý

1.2.3. Tính chất hóa học của TCNQ

1.2.4. Tính chất điện hóa của TCNQ và TCNQF4

1.2.5. Lịch sử nghiên cứu về TCNQ và TCNQF4

1.2.6. Tổng hợp TCNQ và TCNQF4

1.2.6.1. Tổng hợp TCNQ

1.2.6.2. Tổng hợp TCNQF4

1.2.7. Ứng dụng các hợp chất của TCNQ và TCNQF4

1.2.7.1. Tính chất dẫn điện của hợp chất MTCNQ (M = kim loại)

1.2.7.2. Phân tử dẫn điện trên cơ sở của mạng kim loại hữu cơ (MOF) M+(TCNQ-•)

1.2.7.3. Ứng dụng làm nam châm hữu cơ và các vật liệu từ tính

1.2.7.4. Thiết bị bộ nhớ ổn định

1.2.7.5. Tính hấp thụ chọn lọc, lưu trữ khí

1.2.7.6. Cảm biến sinh học

1.2.7.7. Ứng dụng làm xúc tác

1.2.7.8. Tính chất quang hóa của TCNQ

1.2.8. Cách xác định TCNQ và TCNQF4 và các anion của nó trong các vật liệu

1.2.8.1. Trạng thái chất rắn

1.2.8.2. Trạng thái dung dịch

2. CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU– NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ

2.2. Thiết bị, dụng cụ

2.3. Các phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Các phương pháp vật lý

2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng

2.3.3. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X

2.3.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

2.3.5. Phương pháp phổ hồng ngoại FT- IR

2.3.6. Phương pháp phổ Raman

2.3.7. Phương pháp phổ UV-Vis

2.3.8. Kiểm tra độ dẫn điện của sản phẩm

2.3.9. Phương pháp xác định cấu trúc sản phẩm

2.3.10. Phương pháp tổng hợp hóa học

2.3.10.1. Phương pháp nhiệt dung môi

2.3.10.2. Tổng hợp từ LiTCNQFn

2.3.10.3. Tổng hợp từ TCNQFn

2.3.11. Phương pháp điện hóa

2.3.11.1. Phương pháp tổng hợp điện phân

2.3.11.2. Kết tinh điện hóa trên điện cực ITO

2.4. Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng tính chất các sản phẩm của TCNQ với các ion hữu cơ

2.4.1. TCNQ - N, N- dimetyl –proline este

2.5. Nghiên cứu tính chất điện hoá và tổng hợp các hợp chất của TCNQF4 và các cation kim loại

2.5.1. Tính chất điện hoá của TCNQF4 trong sự có mặt của Cu(CH3CN)4+ và Ag(CH3CN)4+

2.5.2. Tổng hợp các vật liệu của TCNQF4 và Ag+, Cu+ trong CH3CN

2.5.2.1. Điện kết tinh

2.5.2.2. Tổng hợp điện hoá

2.5.3. Tổng hợp M-TCNQF4 (M = Zn, Co, Mn) trong hỗn hợp dung môi CH3CN và DMF

2.5.3.1. Nghiên cứu tính chất điện hoá trong hỗn hợp dung môi CH3CN/DMF (5%)

2.5.3.2. Tổng hợp sản phẩm Zn-TCNQF4 bằng phương pháp điện hoá

2.5.3.3. Tổng hợp hóa học [MTCNQF4(DMF)2]·(DMF)2 (M= Zn, Mn, Co)

2.5.3.4. Tính toán phổ IR của [ZnTCNQF4(DMF)2]·(DMF)2 bằng phương pháp DFT

3. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Các vật liệu của TCNQ với amino acid

3.1.1. Vật liệu của Prolin với TCNQ

3.1.1.1. Cấu trúc tinh thể

3.1.1.2. Tính chất phổ của ProTCNQ

3.1.1.3. Tính chất điện hóa của ProTCNQ

3.1.1.4. Độ dẫn điện của ProTCNQ

3.1.2. Vật liệu của N,N-dimetyl- Prolin metyl este với TCNQ

3.1.2.1. Cấu trúc tinh thể

3.1.2.2. Tính chất phổ Raman và hồng ngoại IR của ProCH3TCNQ

3.1.2.3. Tính chất điện hóa của vật liệu

3.1.3. Vật liệu của Leucin este với TCNQ

3.1.3.1. Cấu trúc tinh thể [Leu(CH3)3][TCNQ]

3.1.3.2. Tính chất phổ của vật liệu

3.1.3.3. Tính chất điện hóa của vật liệu

3.2. Vật liệu của TCNQF4 với cation kim loại

3.2.1. Nghiên cứu quá trình điện kết tinh AgTCNQF4 và Ag2TCNQF4 trong CH3CN

3.2.2. Đường cong dòng- thế tuần hoàn của các dung dịch chứa TCNQF4 và [Ag(CH3CN)4]+ (CH3CN, 0,1 M Bu4NPF6)

3.2.3. Quét thế vòng tuần hoàn của TCNQF4 trong sự có mặt của [Ag(CH3CN)4]+ trong CH3CN (0,1 M Bu4NPF6)

3.2.4. Nghiên cứu quá trình điện kết tinh của CuTCNQF4 và Cu2TCNQF4

3.2.5. Quét thế tuần hoàn của dung dịch chứa TCNQF4 và [Cu(CH3CN)4]+ trong CH3CN

3.2.6. Sự kết tinh điện hóa của CuTCNQF4 và Cu2TCNQF4 trong CH3CN

3.2.7. Đặc trưng tính chất của vật liệu

3.2.7.1. Phổ của các vật liệu TCNQF4-•

3.2.7.2. Tính chất điện hoá của vật liệu CuTCNQF4

3.2.7.3. Phổ của các sản phẩm TCNQF42-

3.2.7.4. Công thức phân tử của sản phẩm Cu+-TCNQF42-

3.2.7.5. Hình ảnh SEM

3.2.8. Vật liệu của của TCNQF4 với Zn2+

3.2.9. Đường cong dòng – thế tuần hoàn của TCNQF4 trong dung dịch CH3CN/ DMF chứa Zn2+

3.2.10. Ảnh hưởng của thế đảo chiều

3.2.11. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế

3.2.12. Ảnh hưởng của nồng độ Zn2+ và TCNQF4

3.2.13. Quét thế tuần hoàn của TCNQF4 trong dung dịch M2+ (M = Co, Mn)

3.2.14. Phổ X-Ray của ZnTCNQF4(DMF)2. Tính chất của vật liệu tạo thành

3.2.15. Các đặc trưng của ZnTCNQF4(DMF)2.2DMF trong dung dịch

3.2.16. Phổ dao động của ZnTCNQF4(DMF)2.2DMF

CÁC KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

KIẾN NGHỊ

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO – PHỤ LỤC

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Luận án tiến sĩ hóa học tập trung vào nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới từ TCNQ và TCNQF4, hai hợp chất hữu cơ có tiềm năng ứng dụng cao trong lĩnh vực vật liệu điện tử và hóa học vật liệu. Mục tiêu chính là tổng hợp các vật liệu từ TCNQ và TCNQF4 với các amino acid và cation kim loại, đồng thời khảo sát các tính chất lý hóa của chúng. Nghiên cứu này nhằm mở rộng hiểu biết về vật liệu hữu cơ và vật liệu điện tử, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này.

1.1. Lý do chọn đề tài

TCNQ và TCNQF4 là các hợp chất hữu cơ có khả năng tạo thành các cấu trúc tinh thể đa chiều, mang lại tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực bán dẫn, xúc tác, và cảm biến sinh học. Việc nghiên cứu tổng hợp các vật liệu mới từ hai hợp chất này sẽ góp phần phát triển các ứng dụng thực tiễn trong công nghệ vật liệu.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là tổng hợp các vật liệu từ TCNQ và TCNQF4 với các amino acid và cation kim loại, đồng thời khảo sát các tính chất lý hóa của chúng. Nghiên cứu cũng hướng đến việc tạo ra các vật liệu có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực lưu trữ điện tử và cảm biến sinh học.

II. Tổng quan tài liệu và phương pháp nghiên cứu

Luận án cung cấp một cái nhìn tổng quan về polyme dẫn điện và các ứng dụng của chúng, đồng thời tập trung vào các tính chất và cơ chế dẫn điện của TCNQ và TCNQF4. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm, với các kỹ thuật như phương pháp tổng hợp hóa học và phương pháp điện hóa.

2.1. Tổng quan về TCNQ và TCNQF4

TCNQ và TCNQF4 là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc và tính chất đặc biệt, cho phép chúng tạo thành các cấu trúc tinh thể đa chiều. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra khả năng ứng dụng của chúng trong lĩnh vực bán dẫn và vật liệu điện tử.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tổng hợp hóa học và điện hóa để tạo ra các vật liệu mới từ TCNQ và TCNQF4. Các kỹ thuật phân tích như phổ hồng ngoại, phổ Raman, và phổ UV-Vis được sử dụng để đặc trưng tính chất của các vật liệu tổng hợp.

III. Kết quả và thảo luận

Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu về việc tổng hợp các vật liệu từ TCNQ và TCNQF4 với các amino acid và cation kim loại. Các vật liệu tổng hợp được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích hiện đại, cho thấy các tính chất điện hóa và quang học đáng chú ý.

3.1. Vật liệu từ TCNQ với amino acid

Các vật liệu tổng hợp từ TCNQ với các amino acid như Prolin và Leucin cho thấy cấu trúc tinh thể đặc biệt và tính chất điện hóa ổn định. Các kết quả phân tích phổ cho thấy sự tương tác mạnh mẽ giữa TCNQ và các amino acid.

3.2. Vật liệu từ TCNQF4 với cation kim loại

Các vật liệu tổng hợp từ TCNQF4 với các cation kim loại như Ag, Cu, và Zn cho thấy tính chất dẫn điện và quang học đáng kể. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra tiềm năng ứng dụng của các vật liệu này trong lĩnh vực điện tử và cảm biến.

IV. Kết luận và kiến nghị

Luận án kết luận rằng việc tổng hợp các vật liệu mới từ TCNQ và TCNQF4 mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu điện tử và hóa học vật liệu. Các kiến nghị được đưa ra nhằm tiếp tục nghiên cứu và phát triển các ứng dụng thực tiễn từ các vật liệu này.

4.1. Kết luận chính

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp các vật liệu mới từ TCNQ và TCNQF4, đồng thời khảo sát các tính chất lý hóa của chúng. Các vật liệu này cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong lĩnh vực điện tử và cảm biến.

4.2. Kiến nghị

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các ứng dụng thực tiễn của các vật liệu tổng hợp từ TCNQ và TCNQF4, đặc biệt trong lĩnh vực lưu trữ điện tử và cảm biến sinh học.

Luận Án Tiến Sĩ Hóa Học: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Mới Từ TCNQ Và TCNQF4