Tổng hợp vật liệu nano composite dựa trên MoS2 và ống nano cacbon ứng dụng cho siêu tụ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN TRÀ MY

ĐỀ TÀI

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE

DỰA TRÊN MoS2 VÀ ỐNG NANO CACBON

ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Bình Định – Năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN TRÀ MY

ĐỀ TÀI

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE

DỰA TRÊN MoS2 VÀ ỐNG NANO CACBON

ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ĐIỆN

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: TS. LÊ VIẾT THÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là trung

thực, các kết quả nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Phenikaa dưới

sự hướng dẫn của TS. Lê Viết Thông, các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn

đầy đủ.

Học viên

Nguyễn Trà My

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự ủng

hộ, giúp đỡ quý báu từ các thầy cô giáo, bạn bè và người thân.

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới TS. Lê Viết

Thông - người đã hướng dẫn trực tiếp, tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều

kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài luận văn.

Tôi xin được cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, ân cần chỉ bảo và nhiệt tình

giảng dạy của các thầy cô Bộ môn Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học

tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn. Những kiến thức mà các thầy cô đã hết

lòng truyền đạt là nền tảng tri thức vững chắc cho chúng tôi trong quá trình học

tập cũng như sau khi ra trường.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới cán bộ, giảng viên Phòng thí nghiệm

Trường Đại học Phenikaa đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc thực hiện

các phép đo để đóng góp vào kết quả của luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân của mình đã luôn bên cạnh,

giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Học viên

Nguyễn Trà My

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài........................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 4

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 5

4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 5

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

6. Cấu trúc luận văn .......................................................................................... 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT..................................................... 6

1.1. GIỚI THIỆU VỀ SIÊU TỤ ĐIỆN ............................................................. 6

1.1.1. Cấu tạo của siêu tụ điện .......................................................................... 6

1.1.1.1. Tụ tĩnh điện lớp kép (EDLC)............................................................... 9

1.1.1.2. Giả tụ điện ......................................................................................... 10

1.1.1.3. Tụ lai .................................................................................................. 11

1.1.2. Các thông số đặc trưng của siêu tụ điện................................................ 12

1.1.2.1. Điện dung riêng (specific capacitance).............................................. 13

1.1.2.2. Điện thế ............................................................................................. 15

1.1.2.3. Mật độ năng lượng riêng và mật độ công suất riêng ........................ 15

1.2. TỔNG QUAN VẬT LIỆU HAI CHIỀU MoS2 ....................................... 17

1.2.1. Cấu trúc tinh thể MoS2 .......................................................................... 17

1.2.1.1. 1H MoS2 ............................................................................................ 21

1.2.1.2. 1T MoS2 ............................................................................................ 23

1.2.1.3. 2H MoS2 ............................................................................................ 24

1.2.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu MoS2 ............................................... 25

1.2.2.1. Phương pháp bóc tách cơ học ........................................................... 25

1.2.2.2. Phương pháp bóc tách hóa học ......................................................... 26

1.2.2.3. Phương pháp thủy nhiệt .................................................................... 27

1.2.2.4. Phương pháp dung môi nhiệt ............................................................ 28

1.2.2.5. Lắng đọng hóa học pha hơi ............................................................... 29

1.3. ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE MoS2/CNT CHO SIÊU TỤ

ĐIỆN ............................................................................................................... 29

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ................................................ 37

2.1. HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM .......................................... 37

2.1.1. Hóa chất, vật liệu................................................................................... 37

2.1.2. Dụng cụ ................................................................................................. 37

2.1.3. Thiết bị .................................................................................................. 37

2.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO MẪU ............................................................... 38

2.2.1. Chuẩn bị dung dịch thủy nhiệt .............................................................. 38

2.2.2. Tiến hành quá trình thủy nhiệt .............................................................. 38

2.2.3. Tiến hành quay ly tâm để thu composite MoS3/MWCNTs.................. 38

2.2.4. Chế tạo siêu tụ điện hình dạng đồng xu (coin cell) .............................. 39

2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU.................................... 40

2.3.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ............................. 40

2.3.2. Phương pháp phổ Raman ...................................................................... 42

2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)..................................... 44

2.3.4. Phép đo quét thế tuần hoàn (Cyclic voltammetry, CV)........................ 46

2.3.5. Phép đo phổ trở kháng điện hóa (Electrochemical Impedance

Spectroscopy, EIS).......................................................................................... 48

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 50

3.1. HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU MoS2 VÀ COMPOSITE

MoS2/CNT....................................................................................................... 50

3.2. CÁC ĐẶC TRƯNG TINH THỂ.............................................................. 52

3.3. ĐẶC TRƯNG CỦA SIÊU TỤ ĐIỆN SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC

COMPOSITE MoS2/MWCNT........................................................................ 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 60

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................ 62