Luận án TS: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một số dẫn xuất polythiophene

Sự phát triển của công nghệ thông tin và khoa học kĩ thuật cùng với việc ứng dụng trong các thiết bị điện và quang điện tử, các polyme dẫn điện liên hợp đang trở thành đối tƣợng nghiên cứu của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Do tính ƣu việt của polyme dẫn điện về mặt vật lí, hóa học, quang học và đặc biệt thân thiện với môi trƣờng nên loại vật liệu này ngày càng đƣợc sử rộng rãi trong các lĩnh vực nhƣ điốt phát quang polyme (PLEDs), tế bào quang điện hữu cơ (OPVs), pin mặt trời, transistor hiệu ứng trƣờng hữu cơ (OFETs), cửa sổ thông minh, bảo vệ chống ăn mòn kim loại,... Trong những năm gần đây, ứng dụng của polyme dẫn điện trong cảm biến hóa học và sinh học cũng đang bùng nổ. Sự phát triển ngày càng hoàn thiện về tính chất lý hóa, đặc tính điện và quang điện của polyme thông qua quá trình tổng hợp đã tạo điều kiện thuận lợi trong việc ứng dụng chúng vào sản xuất công nghiệp.

Tổng hợp một số monome là dẫn xuất của thiophene có mạch nhánh dài liên hợp, có chứa các nhóm chức nhƣ –COOH, –NH, –NH2 hoặc chứa dị vòng nitơ ở vị trí số 3 của vòng thiophene. Từ đó, tổng hợp các dẫn xuất của polythiophene bằng phƣơng pháp polyme hóa hóa học với xúc tác FeCl3 trên cơ sở các monome đã tổng hợp.

Khảo sát các tính chất của các polyme đã tổng hợp đƣợc bằng cách sử dụng các phƣơng pháp: phổ hồng ngoại IR, phổ cộng hƣởng từ NMR, phân tích nhiệt trọng (TGA), ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), phổ UV-Vis, phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang và độ dẫn điện.

Polyme liên hợp

Polythiophene và các dẫn xuất của polythiophene

Tổng hợp các dẫn xuất của thiophene và polythiophene trên thế giới

Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp poly[(thiophene-3-yl-acetic) acid] và các polyelectrolyte từ poly[(thiophene-3-yl-acetic) acid]

Tổng hợp dẫn xuất của polythiophene từ 2-(thiophen-3-yl)acetic acid

Tổng hợp dẫn xuất của polythiophene chứa dị vòng benzo[d]thiazole từ 3-thiophenecarboxaldehyde

Cấu trúc của các monome

Cấu trúc và tính chất của poly[(thiophene-3-yl-acetic) acid] và các polyelectrolyte từ poly[(thiophene-3-yl-acetic) acid]

Cấu trúc và tính chất của các polythiophene có chứa dị vòng

Cấu trúc và tính chất của các polythiophene n-thế từ thiophen-3-yl-acetic acid

Cấu trúc và tính chất của polythiophene chứa dị vòng benzo[d]thiazole

Tám polyme P84, P85, P88-P91, P93 và P99 tan tốt trong một số dung môi như DMSO, CH₂Cl₂, CHCl₃ và THF. Việc tổng hợp được polythiophene tan được trong các dung môi tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo các màng mỏng trong pin mặt trời, điốt phát quang hay trong transitor… Polyme PTAA và hai polyme P83, P84 chứa dị vòng triazole có các nhóm –COOH, –NH, –NH₂ nên có thể làm vật liệu trong cảm biến sinh học.

Các polyme đều ở dạng bột với màu sắc chủ yếu là nâu đỏ đậm đặc trưng cho polythiophene, kích thước hạt tương đối đồng đều, độ phân tán tốt; có độ bền nhiệt tương đối tốt trong môi trường không khí ở khoảng nhiệt độ 420–580⁰C với nhiệt độ bắt đầu phân hủy Td đều trên 200⁰C; và hầu hết đều phát huỳnh quang trong vùng ánh sáng từ màu vàng đến màu cam đỏ. Độ dẫn điện của các polyme ở dạng rắn khi chưa pha tạp cao hơn từ 10 đến 100 lần so với polythiophene hoặc poly(3- hexylthiophene) khi chưa pha tạp. 

Nguyễn Hải Bình, Đặng Thị Thu Huyền, Lê Trọng Huyền, Nguyễn Ngọc Thịnh, Nguyễn Lê Huy, Vũ Thị Hải Yến, Vũ Như Quỳnh, Đỗ Phúc Quân, Nguyễn Tuấn Dung và Trần Đại Lâm (2013), Điện trùng hợp màng polypyrrol pha tạp hạt nano oxit sắt từ ứng dụng chế tạo cảm biến sinh học điện hóa xác định glucose, Tuyển tập báo cáo hội nghị Hóa học toàn quốc, pp. 312-319.

Vũ Đình Cự và Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử, nguyên tử, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.

Nguyễn Trần Hà (2016), Nghiên cứu tổng hợp và phân tích Regioregular Star-shaped Poly(3-hexylthiophene) cho ứng dụng pin năng lượng mặt trời dựa trên nền chất Polymer, Đề tài nghiên cứu NAFOSTED, Trường Đại học Bách khoa, TP Hồ Chí Minh.

Dương Quang Huấn (2012), Nghiên cứu chế tạo polyanilin dẫn điện, định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường, Luận án tiến sĩ hóa học, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam.

Dương Quang Huấn, Lê Xuân Quế, Hoàng Văn Hoan, Ngô Thị Dung, Nguyễn Huynh Anh, Mai Thanh Nga và Trần Văn An (2011), Nghiên cứu động học quá trình polyme hóa điện hóa anilin trong H₂SO₄ có FeSO₄, Tạp chí Hóa học, 49(6), pp. 743-747. 

Abu-Hashem A. A., El-Shehry M. F. and Badria F. A. (2010), Design and synthesis of novel thiophenecarbohydrazide, thienopyrazole and thienopyrimidine derivatives as antioxidant and antitumor agents, Acta. Pharm., 60(3), pp. 311-323.

Achyuthan K. E., Bergstedt T. S., Chen L., Jones R. M., Kumaraswamy S., Kushon S. A., Ley K. D., Lu L., McBranch D., Mukundan H., Rininsland F., Shi X., Xia W. and Whitten D. G. J. (2005), Fluorescence superquenching of conjugated polyelectrolytes: applications for biosensing and drug discovery, Mater. Chem., 15(27-28), pp. 2648-2656.

Andersson M. R., Berggren M., Inganas O. and Gustafsson G. (1995), Electroluninescense from substituted poly(thiophenes): From blue to near-infrared, Macromolecules, 28(22), pp. 7525-7529.

Andersson M., Ekeblad P. O., Hjertberg T., Wennerström O. and Inganäs O. (1991), Polythiophene with a free amino-acid side-chain, Polym. Commun.,32, pp. 546-548.

Andreani F, Bizzari PC, Casa C. D. and Salatelli E. (1991), First approach to esterfunctionalized poly(3-alkylthienylene)s, Polym. Bull., 27, pp. 117-121. 

--- Nhấn nút TẢI VỀ hoặc XEM ONLINE để tham khảo đầy đủ nội dung Luận án tiến sĩ Hóa học trên ---