Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu lai giữa polypyrol và nio cấu trúc nano cho nhạy khí NH₃

hay vào đó, không khí nên 
đƣợc sử dụng để đạt đƣợc thời gian đáp ứng/hồi phục tốt hơn. 
Trên cơ sở những nghiên cứu, các màng PANi và PPy mọc trực tiếp trên bề 
mặt điện cực bằng hai phƣơng pháp điện hóa CV và phƣơng pháp hóa học trùng hợp 
pha hơi cho chế tạo đƣợc các màng polyme có các cấu trúc hình thái học khác nhau 
nhƣ các đám hạt nano, dây nano, đám sợi nano hay các cấu trúc xốp cho nhạy khí 
NH3 ở vùng nhiệt độ phòng đã đƣợc nghiên cứu và khảo sát trong luận án này. Trong 
đó, mục tiêu chính ở đây là đánh giá khía cạnh liên quan đến cấu trúc hình thái học 
khác nhau của các màng polyme dẫn PPy và PANi ảnh hƣởng đến đặc tính nhạy khí 
 45 
NH3 nhƣ độ đáp ứng, tính chọn lọc với khí NH3 và thời gian đáp ứng/hồi phục. Ngoài 
ra, các kết quả nghiên cứu này cũng sẽ định hƣớng cho việc lựa chọn phƣơng pháp 
tổng hợp vật liệu khi thực hiện lai hóa giữa polyme và oxit kim loại cho nội dung 
công việc sẽ thực hiện ở Chƣơng sau. 
2.1. Tổng hợp và đặc trƣng nhạy khí NH3 của các cấu trúc hình thái PANi từ 
phƣơng pháp điện hóa CV 
2.1.1. Màng PANi tổng hợp bằng phương pháp điện hóa 
 Phƣơng pháp điện hóa đƣợc sử dụng khá phổ biến cho tổng hợp CPs do ƣu 
điểm chủ động kiểm soát cấu trúc hình thái, hình dạng và kích thƣớc màng trên đế 
bằng dung dịch hóa chất sử dụng, cấu hình điện cực và thông số về nguồn điện ngoài 
(dòng và thế). Trong Chƣơng này, luận án đã thực hiện chế tạo màng polyme dẫn 
(PANi, PPy) trên đế Si/SiO2 đã tích hợp điện cực Pt bằng phƣơng pháp điện hóa 
nhằm tạo vật liệu cấu trúc nano với các hình thái học khác nhau. 
a) Điện cực 
Đế Si/SiO2 đƣợc dùng rất phổ biến trong linh kiện điện tử nói chung và cho 
linh kiện cảm biến nói riêng. Các điện cực kim loại (nhƣ Al, Pt, Au,) với cấu hình 
khác nhau có thể đƣợc chế tạo trên đế Si/SiO2 bằng các công nghệ vi cơ điện tử 
(MEMS và NEMS). Trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh đã sử dụng đế Si/SiO2 
tích hợp vi điện cực Pt trong chế tạo màng polyme bằng phƣơng pháp điện hóa. 
Hình 2.1. Cấu hình vi điện cực Pt dạng răng lược (a), ảnh chụp đế Si/SiO2 tích hợp 
vi điện cực Pt (b), và (c) ảnh SEM bề mặt đế Si/SiO2 tích hợp điện cực sau khi đã 
polyme hóa. 
Vi điện cực Pt có cấu hình dạng răng lƣợc (Hình 2.1a) có kích thƣớc bề rộng 
và khoảng cách giữa các “răng” là 20 µm, chiều rộng vùng các điện cực “răng lƣợc” 
 46 
giao nhau là 3 mm 3 mm. Ảnh chụp đế Si/SiO2 với điện cực Pt (Hình 2.1b) và ảnh 
SEM bề mặt đế Pt/(Si/SiO2) đã tổng hợp polyme (Hình 2.1c). 
b) Chế tạo màng PANi 
Các hóa chất sử dụng cho tổng màng PANi bao gồm monome anilin và dung 
dịch H2SO4 đều xuất xứ từ Trung Quốc, với độ tinh khiết (>99,5%). 
Các màng PANi trên vi điện cực Pt/(Si/SiO2) đƣợc tổng hợp bằng phƣơng 
pháp điện hóa quét thế tuần hoàn CV khi sử dụng thiết bị điện hóa (Potentiostat). Sơ 
đồ hệ điện hóa cho chế tạo màng PANi trong nghiên cứu này đƣợc chỉ ra trên Hình 
2.2, trong đó gồm 3 điện cực: điện cực làm việc WE nối với vi điện cực Pt trên đế 
Si/SiO2, điện cực so sánh RE nối với điện cực Ag/AgCl đặt trong dung dịch KCl bão 
hòa, và điện cực đối CE nối với một tấm Pt mỏng hình vuông có diện tích 1 cm2. 
Hình 2.2. Sơ đồ hệ chế tạo màng polyme sử dụng phương pháp điện hóa CV . 
Các bƣớc tổng hợp màng PANi trên vi điện cực Pt đƣợc thực hiện nhƣ sau: 
Bước 1: Làm sạch WE bằng dung dịch axit H2SO4 loãng nồng độ 0,05 M; pha 
các dung dịch điện phân có thể tích 50 ml chứa nồng độ H2SO4 1 M và monome 
anilin với các nồng độ khác nhau. 
Bước 2: Vi điện cực Pt/(Si/SiO2) và tấm điện cực Pt đặt đối mặt song song với 
nhau, RE đƣợc đặt ở giữa hai điện cực trên. Ba điện cực này cùng đặt trong một bình 
dung dịch điện phân chứa monome anilin và axit H2SO4. Tiến hành đặt các thông số 
điện hóa gồm vùng điện thế của CV đặt trên hai điện cực WE và CE trong khoảng (-
200)  1000 mV; tốc độ quét là 20 mV/s và số vòng quét đƣợc lựa chọn làm thông số 
thay đổi. 
Bước 3: Sản phẩm màng từ Bƣớc 2 tiếp tục đƣợc điện hóa CV một lần nữa 
trong dung dịch điện phân chỉ có H2SO4 với nồng độ 0,05 M nhằm ổn định tính điện 
Máy tính PC
Pt
Ag/AgCl Pt/Si
Dung dịch điện phân
Thiết bị điện hóa
 47 
hóa của màng. Sau đó, các màng này đƣợc rửa bằng nƣớc cất và đem sấy ở nhiệt độ 
40
oC trong 30 phút để thu đƣợc các màng PANi có màu xanh sẫm. 
Các màng PANi với các cấu trúc hình thái khác nhau trong luận án đƣợc tổng 
hợp bằng cách thay đổi hai tham số thí nghiệm trong quá trình điện hóa. Một là thay 
đổi số vòng quét lần lƣợt là 4; 7 và 12 vòng trong dung dịch điện phân có axit H2SO4 
1 M và monome anilin 1 M, các mẫu màng thu đƣợc đặt tên tƣơng ứng với PA-4; 
PA-7; PA-12. Hai là nồng độ monome anilin trong dung dịch điện phân thay đổi với 
0,1; 0,2; 0,5 và 1 M, số vòng quét thế tuần hoàn là 12 vòng, các mẫu màng này thu 
đƣợc đặt tên tƣơng ứng với PA-0.1; PA-0.2; PA-0.5; PA-1.0, chi tiết về các mẫu nhƣ 
đƣợc tổng kết trong Bảng 2.1 
Bảng 2.1. Mẫu màng PANi được tổng hợp tương ứng với các điều kiện điện hóa 
Tên 
mẫu 
Nồng độ 
C6H5NH2 (M) 
Nồng độ 
H2SO4 (M) 
Thế quét (mV) Tốc độ quét 
(mV/s) 
Số vòng 
quét 
PA-4 
1 1 (-200)  1000 20 
4 
PA-7 7 
PA-12 12 
PA-0.1 0.1 
1 (-200)  1000 20 12 
PA-0.2 0.2 
PA-0.5 0.5 
PA-1.0 1 
2.1.2. Cấu trúc hình thái học và tính chất của màng PANi 
a) Đường đặc trưng CV 
Hai yếu tố quan trọng nhất quyết định cấu trúc hóa học của PANi là quá trình 
oxy hóa trạng thái và mức độ pha tạp. Ba trạng thái oxy hóa/khử khác nhau của 
PANi bao gồm khử hoàn toàn (Leucoemeraldin), oxy hóa một nửa (Emeraldin) và 
oxy hóa hoàn toàn (Pernigranilin). Một PANi không đƣợc proton hóa đƣợc biết đến 
nhƣ là một bazơ trong khi PANi đƣợc proton hóa đƣợc gọi là một muối. Trong đó, 
muối Emeraldin là muối dẫn điện tốt nhất đƣợc thể hiện qua đặc trƣng của đƣờng 
cong CV. Hình 2.3 minh họa một ví dụ điển hình về đƣờng cong CV thu đƣợc từ 
quá trình chế tạo mẫu PA-1.0 bằng phƣớng pháp điện hóa. Sự xuất hiện của hai cặp 
đỉnh của các đƣờng cong (Hình 2.3) đặc trƣng cho hai nhóm cặp oxy hóa/khử riêng 
 48 
biệt. Nhóm cặp oxy hóa/khử thứ nhất nằm trong khoảng từ 0 đến 250 mV (so với 
thế điện cực chuẩn Ag/AgCl) chỉ ra quá trình khử hoàn toàn Leucoemeraldin sang 
dạng bán oxy hóa Emeraldin. Trong khi đó, nhóm cặp oxy hóa/khử thứ hai xuất 
hiện trong khoảng từ 500 đến 700 mV (so với thế điện cực chuẩn Ag/AgCl) là quá 
trình chuyển Emeraldin thành Pernigranilin bị oxy hóa hoàn toàn [111]. 
Hình 2.3. Đường cong CV điển hình của màng PANi tổng hợp trên vi điện cực. 
Ngoài ra, ở cặp oxy hóa/khử thứ hai còn liên quan đến sự hình thành quá trình 
proton hóa. Với đặc trƣng này của các đƣờng cong CV này cho thấy màng PANi đã 
đƣợc hình thành trên đế từ quá trình quét chu kỳ thế tuần hoàn. Sự thay đổi cƣờng 
độ dòng điện trong quá trình này là sự đóng góp của các ion (H+ và SO4
2-
) tạp trong 
màng polyme. Khi tăng thời gian phản ứng oxy hóa/khử làm cho cƣờng độ dòng 
điện tăng theo, và màng polyme dần trở lên phát triển trên đế. 
b) Ảnh SEM của màng PANi 
Cấu trúc hình thái của các màng nhạy polyme đã chế tạo trong luận án đƣợc 
phân tích trên kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng (FE-SEM, Hitachi - S4800). 
Hình 2.4 thể hiện ảnh SEM bề mặt màng PANi đã chế tạo bằng phƣơng pháp 
điện hóa khi thay đổi số vòng quét CV ứng với tên mẫu PA-4, PA-7, và PA-12, nhƣ 
 49 
chú thích trên hình. Kết quả này cho thấy cấu trúc hình thái của màng polyme dần 
thành dạng sợi nano hoàn thiện và mật độ sợi tăng khi thay đổi số vòng quét CV từ 4 
đến 12. Tại số vòng quét 12 màng PANi chế tạo cho hình thái học tốt nhất với cấu 
trúc hình thái đồng đều ở dạng ma trận các sợi nano. Khi tăng số vòng quét lên 15 
vòng màng PANi bung ra khỏi bề mặt điện cực. 
Hình 2.4. Ảnh SEM bề mặt các mẫu màng PA-4, PA-7 và PA-12. 
Do đó, số vòng quét 12 vòng đƣợc chọn để tiếp tục thay đổi nồng độ monome 
anilin trong quá trình chế tạo các mẫu màng PANi với các cấu trúc hình thái khác 
nhau. Hình 2.5 là ảnh SEM bề mặt các mẫu màng PANi đã chế tạo bằng phƣơng 
pháp điện hóa khi thay đổi nồng độ monome anilin khác nhau trong dung dịch điện 
phân gồm 0,1; 0,2; 0,5 và 1,0 M, tƣơng ứng với tên mẫu chú thích trên hình là các 
mẫu PA-0.1 (a,b); PA-0.2 (c,d); PA-0.5 (e,f) và PA-1.0 (g,h). Quan sát từ ảnh SEM 
cho thấy cấu trúc hình thái bề mặt màng PANi đã có sự thay đổi từ dạng hạt nano 
sang dạng sợi và mật độ phân bố polyme cũng tăng dần khi tăng nồng độ monome 
anilin (C6H5NH2). Sự phân bố của màng PANi trên đế trở nên đồng đều và phủ kín 
bề mặt hơn khi tăng nồng độ monome anilin. Cụ thể là mẫu PA-0.1 quan sát đƣợc 
có hình dạng giống nhƣ các đám hạt nano chủ yếu tập trung trên phần đế Si/SiO2 có 
điện cực Pt. Các đám hạt nano với kích thƣớc lớn hơn đƣợc quan sát trong mẫu PA-
PA-4 PA-7
PA-12
 50 
0.2. Tiếp tục, mẫu PA-0.5 đã cho thấy hạt nano phát triển dài ra khi giảm nồng độ 
monome anilin là 0,5 M, và mật độ phân bố tăng lên đáng kể, nhƣng màng polyme 
chƣa hoàn toàn phủ kín điện cực. Khi nồng độ monome anilin là 1,0 M, màng là các 
sợi nano phát triển dài và mật độ đã phủ kín toàn bộ bề mặt đế. 
Hình 2.5. Ảnh SEM bề mặt các màng PANi chế tạo khi thay đổi nồng độ monome 
anilin gồm các mẫu PA-0.1 (a,b); PA-0.2 (c,d); PA-0.5 (e,f) và PA-1.0 (g,h). 
Nhƣ vậy, các màng PANi cấu trúc nano đã đƣợc tổng hợp thành công bằng 
phƣơng pháp điện hóa CV khi thay đổi các tham số về số vòng quét (4 -12) và nồng 
độ monome anilin (0,1; 0,2; 0,5 và 1,0 M) trong dung dịch điện phân. Với nồng độ 
PA-0.1
PA-0.2
PA-1.0
PA-0.5
 51 
của monome anilin từ 0,1 đến 1,0 M thì cấu trúc hình thái màng thay đổi từ dạng hạt 
nano đến sợi nano, đồng thời mật độ màng PANi trên đế cũng trở nên đồng đều hơn. 
Trong số những mẫu trên, mẫu PA-1.0 với sự phân bố màng đồng đều và cấu trúc 
hình thái là sợi nano đƣợc xem nhƣ có nhiều hứa hẹn cho đáp ứng khí tốt. 
c) Phổ FTIR của màng PANi 
Các mẫu màng polyme đã chế tạo trong luận án đƣợc nghiên cứu các đặc 
trƣng liên kết thông qua phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) trên hệ thiết bị 
IRAffinity-1S (Shimadzu). 
Hình 2.6. Phổ FTIR của màng PANi chế tạo bằng phương pháp điện hóa. 
Hình 2.6 là phổ FTIR điển hình cho màng PANi (mẫu PA-1.0) đƣợc đánh giá 
trong khoảng số sóng từ 500 đến 2000 cm-1. Kết quả này cho thấy tại vị trí số sóng 
1652 cm
-1
 nó đƣợc quy cho dao động liên kết C=N. Những đỉnh hấp thụ ở các vị trí 
nằm trong khoảng từ 1491 đến 1599 cm-1 đặc trƣng cho những dao động liên kết 
C=C. Trong khi đó, tại vị trí 1599 và 1491 cm-1 chúng có thể đặc trƣng cho màng 
PANi đƣợc proton hóa và là những dao động kéo dãn cho liên kết C=C lần lƣợt của 
vòng quinoid và benzen [112]. Dao động kéo dãn cho liên kết C-N+ tƣơng ứng cho số 
sóng tại 1408 cm-1 và 1116 cm
-1
 [113, 114]. Ngoài ra, phổ FTIR chỉ ra rằng vị trí 1028 
cm
-1 là đặc trƣng cho muối Emeraldin liên quan đến pha tạp H+ trong màng PANi. 
Theo đó, một dải năng lƣợng kích thích ở giữa vùng dẫn và vùng hóa trị có thể hình 
 52 
thành, điều này đóng vài trò quan trọng cho việc tăng dẫn điện của mẫu PANi. Trong 
phổ FTIR các dao động uốn cong bên ngoài mặt phẳng vòng benzen đƣợc đƣợc đặc 
trƣng trong khoảng từ 839 đến 977 cm-1. Sự thay thế ortho ở các vị trí 1 và 2 trong 
vòng benzen thể hiện qua đỉnh ở vị trí 743 cm-1, và các dao động của hợp chất aryl 
nitro là ở vị trí 684 cm-1. Những phân tích từ phổ FTIR này thể hiện các liên kết tiêu 
biểu trong PANi, chứng tỏ màng PANi đã đƣợc tổng hợp thành công trên vi điện cực 
Pt bằng phƣơng pháp điện hóa CV. 
2.1.3. Đặc trưng nhạy khí NH3 của các cấu trúc hình thái học PANi 
Các màng PANi chế tạo bằng phƣơng pháp điện hóa với mẫu PA-0.1; PA-0.5 
và PA-1.0 đƣợc lựa chọn cho khảo sát điện trở đáp ứng với khí NH3 khi thay đổi 
nồng độ là 350, 180, 90 và 45 ppm ở nhiệt độ phòng (25 oC), thể hiện trên Hình 2.7a-
c. Điện trở ban đầu (trong môi trƣờng khí mang) của các mẫu màng PA-0.1, PA-0.5 
và PA-1.0 có giá trị tƣơng ứng là 49370, 26928 và 6190 Ω. Các mẫu đều biểu hiện 
điện trở đáp ứng thuận nghịch khá tốt và rõ ràng khi môi trƣờng có nồng độ khí NH3 
thay đổi. 
Hình 2.7. Các đặc trưng nhạy khí NH3 với các nồng độ 45, 90, 180 và 350 ppm ở 
25 
o
C của các màng PANi cấu trúc dạng hạt nano (PA-0.1); sợi nano ngắn (PA-
0.5) và sợi nano dài (PA-1.0). 
PA-1.0
PA-0.5
PA-0.1
(1) PA-0.1
(2) PA-0.5
(3) PA-1.0
PA-0.1PA-0.5PA-1.0
 53 
Độ đáp ứng của các màng cảm biến PANi theo nồng độ khí NH3 đƣợc tính 
toán và chỉ ra trên Hình 2.7d. Có thể thấy độ đáp ứng của từng cảm biến đều tăng khi 
nồng độ khí NH3 tăng. Độ đáp ứng của cảm biến PANi sợi dài (mẫu PA-1.0) là lớn 
nhất, đạt 53% ở 350 ppm NH3. Thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục của các cảm 
biến đƣợc tính cho nồng độ khí 350 ppm NH3 (Hình 2.7e), quan sát thấy thời gian 
đáp ứng và thời gian hồi phục giảm lần lƣợt là 171 xuống 87 s, và 387 xuống 117 s 
tƣơng ứng với sự thay đổi cấu trúc hình thái từ dạng sợi nano đến dạng hạt nano. 
Nhƣ vậy, đặc trƣng nhạy khí NH3 ở nhiệt độ phòng của các cảm biến PANi 
chế tạo bằng phƣơng pháp điện hóa CV, phụ thuộc mạnh vào cấu trúc hình thái của 
các màng PANi. Trong đó, độ đáp ứng, thời gian đáp ứng/hồi phục của cảm biến 
màng PANi dạng cấu trúc sợi nano với khí NH3 đƣợc so sánh với một số các kết quả 
điển hình đã đƣợc công bố trong các tài liệu [115-117] thể hiện ở Bảng 2.2. 
Bảng 2.2. Đặc trưng nhạy khí NH3 của PANi cấu trúc sợi nano ở nhiệt độ phòng 
Cấu trúc PANi 
Nồng độ 
(ppm) 
Độ đáp 
ứng (%) 
Thời gian 
đáp ứng (s) 
Thời gian 
hồi phục (s) 
Tài 
liệu 
Sợi nano 
(đƣờng kính ~ 70 nm) 
100 96 122 1245 [115] 
Sợi nano 
(đƣờng kính ~200 nm) 
500 174 30,45 - [116] 
Sợi nano 
(đƣờng kính ~ 50 nm) 
50 106 10 100 [117] 
Sợi nano 
(đƣờng kính 100 nm) 
350 53 170 390 
Luận 
án 
Hạt nano 350 22 87 117 
Luận 
án 
Nhận xét: 
Các kết quả về nhạy khí NH3 ở nhiệt độ phòng của dây nano PANi đƣợc tổng 
hợp bằng phƣơng pháp điện hóa trong luận án này cho thấy thời gian đáp ứng và thời 
gian hồi phục khá chậm, độ đáp ứng tƣơng đối nhỏ so với các công bố gần đây. 
Phƣơng pháp điện hóa sẽ gặp khó khăn khi thực hiện lai hóa giữa vật liệu polyme dẫn 
và oxit kim loại, do oxit kim loại thƣờng có độ dẫn kém. Thực tế các công trình đã 
công bố về polyme dẫn lai hóa với vật liệu vô cơ chủ yếu dựa trên phƣơng pháp hóa 
học khi sử dụng các chất oxy hóa nhƣ FeCl3 [118-120]. Vì thế, luận án đã chọn 
 54 
hƣớng nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme dẫn (PANi và PPy) bằng phƣơng pháp hóa 
học sử dụng các chất oxy hóa FeCl3. Để tạo đƣợc cấu trúc hình thái khác nhau, tổng 
hợp polyme dẫn bằng phƣơng pháp hóa học từ pha hơi là dễ dàng hơn nhiều so với từ 
dung dịch. Tuy vậy, khi chuyển sang tổng hợp từ pha hơi thì chế tạo vật liệu PANi lại 
gặp khó khăn hơn rất nhiều so với PPy, do thời gian trùng hợp PANi quá dài (có thể 
lên đến vài chục giờ) và khó kiểm soát các điều kiện công nghệ (nhƣ nhiệt độ, áp suất 
trong buồng phản ứng). Trong khi đó, trùng hợp PPy từ pha hơi sẽ dễ dàng khống chế 
các điều kiện thực nghiệm và phản ứng xảy ra ở thời gian ngắn (chỉ khoảng một vài 
phút ở điều kiện nhiệt độ phòng và áp suất thông thƣờng). 
Trên các cơ sở này, luận án đã chuyển trọng tâm đối tƣợng vật liệu nghiên cứu 
vào PPy cho nhạy khí NH3 ở vùng nhiệt độ phòng. Phƣơng pháp tổng hợp đƣợc sử 
dụng là trùng hợp hóa học từ pha hơi sử dụng chất oxy hóa (FeCl3). 
2.2. Tổng hợp và đặc trƣng nhạy khí NH3 của các cấu trúc hình thái PPy 
 2.2.1. PPy tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp pha hơi 
a) Điện cực 
Phƣơng pháp trùng hợp pha hơi sử dụng chất oxy hóa (ví dụ FeCl3) có thể 
tổng hợp đƣợc màng polyme trên nhiều loại đế khác nhau. Trong đó, đế Si/SiO2 với 
vi điện cực Pt cấu hình răng lƣợc đƣợc sử dụng cho trùng hợp PANi bằng phƣơng 
pháp điện hóa CV (đã đƣợc trình bày ở trên) cũng sử dụng đƣợc cho tổng hợp 
polyme từ pha hơi. Tuy nhiên, luận án hƣớng đến chế tạo đƣợc polyme có cấu trúc 
nano với các hình thái học khác nhau thì việc sử dụng đế Si/SiO2 lại gặp khó khăn. 
Do đế này có bề mặt nhẵn nên khó tạo ra sự phân bố mật độ chất xúc tác FeCl3 khác 
nhau lên trên bề mặt đế, dẫn đến khó hình thành đƣợc polyme với hình thái khác 
nhau. Vì vậy, luận án đã sử dụng đế Al2O3 để chế tạo màng polyme, vì đế Al2O3 có 
bề mặt nhám hơn đế Si/SiO2, dễ tạo ra các phân bố và mật độ chất xúc tác FeCl3 khác 
nhau lên trên đế, từ đó hình thành polyme có các cấu trúc hình thái khác nhau. 
Luận án sử dụng đế Al2O3 (từ hãng AdValue Technology - USA) đã có hai 
điện cực Pt đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp in lƣới [121]. Hình 2.8 là ảnh chụp tấm 
đế Al2O3 gồm 12 linh kiện có điện cực Pt (a), cấu hình điện cực Pt trên đế Al2O3 
(b), và ảnh SEM bề mặt đế Al2O3 đƣợc dùng cho tổng hợp màng polyme dẫn PPy từ 
 55 
pha hơi sử dụng xúc tác FeCl3. Kích thƣớc của mỗi đế Al2O3 là 2,2 mm 3 mm, và 
chiều dày đế là 0,2 mm. 
Hình 2.8. Ảnh chụp các đế Al2O3 có điện cực Pt (a), cấu hình điện cực Pt (b) 
và ảnh SEM bề mặt đế (c). 
b) Chế tạo màng PPy 
Các hóa chất sử dụng cho tổng màng PPy bao gồm monome pyrol của 
Merck – 99,8%; muối sắt (III) clorua (FeCl3.6H2O) và etanol của Trung Quốc-
(>98,7%). 
Các polyme nhƣ PPy có thể dễ dàng đƣợc tổng hợp ngay ở điều kiện thông 
thƣờng (nhiệt độ phòng, áp suất khí quyển) khi cho chất oxy hóa nhƣ muối FeCl3 tiếp 
xúc với nguồn monome. Ý tƣởng chính của luận án trong việc tạo ra các hình thái 
khác nhau của PPy có cấu trúc nano trên đế Al2O3 thông qua việc điều khiển sự phân 
bố và mật độ của chất oxy hóa FeCl3 trên bề mặt đế. 
Hình 2.9. Minh họa các bước cho chế tạo màng polyme. 
Các hóa chất sử dụng cho quá trình chế tạo màng PPy trên đế Al2O3 gồm 
monome pyrol, muối sắt (III) clorua (FeCl3.6H2O), etanol và nƣớc cất. Bề mặt các 
điện cực Pt/Al2O3 đƣợc làm sạch bằng etanol và sấy khô ở 50 
o
C. Hình 2.9 minh họa 
vắn tắt quá trình chế tạo màng polyme dẫn (PPy) trên đế Al2O3 bằng phƣơng pháp 
trùng hợp sử dụng muối xúc tác FeCl3, gồm chuẩn bị đế, phủ xúc tác, và thực hiện 
Al2O3Pt
(a) (b) 20 µm(c)
 56 
polyme hóa. Chi tiết các bƣớc tổng hợp màng PPy trên đế Al2O3 bằng trùng hợp từ 
pha hơi ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển đƣợc diễn ra theo các bƣớc nhƣ sau: 
 Bước 1: Hòa tan muối sắt (III) clorua (FeCl3) vào trong hỗn hợp dung môi 
(50% thể tích etanol và 50% thể tích nƣớc cất) để có đƣợc các dung dịch với nồng độ 
muối FeCl3 tƣơng ứng là 0,01 M; 0,02 M; 0,04M; và 0,06 M. Sau đó, nhúng kéo từ từ 
các đế Al2O3 từ các dung dịch muối tƣơng ứng trên, để phủ FeCl3 lên trên bề mặt đế 
Al2O3, và sau đó để khô tự nhiên. Quá trình nhúng phủ xúc tác FeCl3 lên đế Al2O3 
này đƣợc lặp lại 3 lần. 
 Bước 2: Đặt đồng thời các đế Al2O3 đã nhúng phủ các nồng độ muối FeCl3 
vào trong một buồng kín (thể tích 1 lít) có chứa một nguồn monome pyrol. Thực hiện 
quá trình polyme hóa khi mở van khóa để hơi monome pyrol từ nguồn bay lên gặp 
xúc tác FeCl3 để hình thành màng polyme trên đế. Quá trình polyme hóa đƣợc thực 
hiện trong thời gian 30 phút, ở nhiệt độ phòng 25 oC và áp suất khí quyển. Phƣơng 
trình phản ứng xảy ra nhƣ sau: 
nC4H5N + (2+y)nFeCl3 [(C4H3N)n
y+
 nyCl
-
] + (2+y)nFeCl2 + 2nHCl (2. 1) 
 Bước 3: Sản phẩm thu đƣợc, đƣợc rửa sạch vài lần trong dung dịch etanol và 
nƣớc cất và đƣợc sấy khô ở 50 oC trong 1 giờ để thu đƣợc các màng polyme dẫn PPy 
trên đế Al2O3. 
Hình 2.10. Các bước tổng hợp màng PPy bằng phương pháp trùng hợp pha hơi. 
Quy trình tổng hợp màng PPy bằng phƣơng pháp trùng hợp pha hơi đƣợc khái 
quát theo sơ đồ minh họa trên Hình 2.10. Các mẫu màng PPy thu đƣợc với tên gọi 
tƣơng ứng với nồng độ muối FeCl3 chỉ ra ở Bảng 2.3. Nhƣ vậy, các mẫu màng PPy 
đều đƣợc tổng hợp ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất của buồng đo, sự khác biệt giữa 
FeCl3 
 57 
các mẫu chỉ là nồng độ muối xúc tác FeCl3 phủ lên trên bề mặt mẫu. Nồng độ dung 
dịch các muối đƣợc lựa chọn sử dụng lần lƣợt là 0,01; 0,02; 0,04; và 0,06 M, đây 
chính là vùng để tạo ra các màng sản phẩm với cấu trúc dạng hạt nano, sợi nano và bề 
mặt xốp. Trong quá trình nghiên cứu, luận án cũng đã thử nghi