Đang tải... (xem toàn văn)
Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ LAN CHẾ TẠO CẤU TRÚC Ag/TiO2 ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ Ngành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 8440104 Tr
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ LAN CHẾ TẠO CẤU TRÚC Ag/TiO2 ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ Ngành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: PGS.TS LÊ THỊ NGỌC LOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong đề án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Học viên Nguyễn Thị Lan LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo PGS.TS Lê Thị Ngọc Loan, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, hỗ trợ, định hướng và động viên tôi trong suốt quá trình học tập, thực nghiệm, giúp tôi hoàn thành tốt đề án này Tôi xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ của quý thầy cô khoa Khoa học tự nhiên-Trường ĐH Quy Nhơn Những kiến thức mà thầy cô chỉ dạy là nền tảng cho tôi thực hiện đề tài luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Nghĩa và thầy Hoàng Nhật Hiếu – Trường Đại Học Quy Nhơn đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm tại trường Tôi cũng xin cảm ơn TS Nguyễn Thị Hồng Trang và TS Lê Xuân Hùng- Trường Đại học Duy Tân đã hỗ trợ về phép đo SEM và Raman Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu trường THPT Nguyễn Huệ- Gia Lai và đồng nghiệp đã tạo điệu kiện thuận lợi về thời gian để tôi hoàn thành tốt khoá học này Tôi xin cảm ơn đến ba mẹ, anh chị em trong gia đình, người thân, bạn bè và các anh chị em trong lớp Vật Lý Chất Rắn – K24B đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đặc biệt nhất đến chồng tôi, người bạn đồng hành đã động viên tôi, cùng tôi chia sẻ hết những niềm vui, cũng như những khó khăn vất vả trong suốt chặng đường học tập, để đạt được kết quả mong đợi ngày hôm nay Quy Nhơn, ngày 20 tháng 10 năm 2023 Học viên Nguyễn Thị Lan MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 3 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 4 Nội dung nghiên cứu 3 5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 4 6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6 1.1 Vật liệu TiO2 6 1.1.1 Cấu trúc tinh thể của TiO2 6 1.1.2 Tính chất của TiO2 8 1.1.3 Ứng dụng của TiO2 9 1.1.4 Phương pháp chế tạo TiO2 nano 10 1.2 Vật liệu nano bạc Ag 11 1.2.1 Kim loại bạc 11 1.2.2 Nano bạc 11 1.2.3 Tính chất của nano bạc 12 1.2.4 Phương pháp chế tạo nano Ag 12 1.3 Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (Surface Enhanced Raman Spectroscopy – SERS) 13 1.3.1 Khái niệm plasmon bề mặt 13 1.3.2 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 13 1.3.3 Phổ tán xạ Raman 14 1.3.4 Phổ tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) 15 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị chế tạo mẫu 17 2.1.1 Hóa chất 17 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 17 2.2 Quy trình chế tạo mẫu 20 2.2.1 Chuẩn bị đế kính 20 2.2.2 Quy trình chế tạo bột nano TiO2 21 2.2.3 Quy trình chế tạo cấu trúc Ag/TiO2 bằng phương pháp khử UV 24 2.2.4 Quy trình phủ phân tử hữu cơ 4-MBA lên đế Ag/TiO2 28 2.3 Một số phương pháp khảo sát mẫu 29 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 29 2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope - SEM) 31 2.3.3 Đo phổ hấp thụ UV – Vis 32 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết quả ảnh quang học 35 3.2 Kết quả ảnh SEM 36 3.3 Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 37 3.4 Phổ hấp thụ UV-VIS 39 3.5 Sự ảnh hưởng của cấu trúc tinh thể và mật độ hạt Ag lên tín hiệu SERS 41 3.5.1 Sự ảnh hưởng của mật độ hạt nano Ag lên tín hiệu SERS 41 3.5.2 Sự ảnh hưởng của pha tinh thể lên tín hiệu SERS 43 3.5.3 Kết quả về ứng dụng cấu trúc Ag/TiO2 phân tích bột nghệ 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI (BẢN SAO) DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X Ultra Violet - Visible UV – Vis Phổ hấp thụ quang học UV Ultra Violet Bức xạ vùng tử ngoại SPR Hiện tượng cộng hưởng Surface Plasmon Resonance SERS plasmon bề mặt Surface Enhanced Raman Tán xạ Raman tăng cường LSPR Spectroscopy SEM bề mặt 4-MBA Localized Surface Plasmon Cộng hưởng plasmon bề mặt Resonance cục bộ Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 4-Mercaptobenzoic acid DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 đặc tính cấu trúc của các dạng thù hình của TiO2 [12] 8 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Vật liệu TiO2 6 Hình 1.2 Cấu trúc của tinh thể TiO2: (a) rutile; (b) anatase và (c) brookite 7 Hình 1.3 Vật liệu nano bạc Ag 11 Hình 1.4 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 13 Hình 2.1 Một số thiết bị chế tạo mẫu 21 Hình 2.2 Cấu tạo của nồi hấp ( thiết bị thuỷ nhiệt) 21 Hình 2.3 Bột nano TiO2 được chế tạo từ phương pháp thuỷ nhiệt 22 Hình 2.4 a Dung dịch nano TiO2, b Dụng cụ dùng hổ trợ kéo phủ 23 Hình 2.5 Bột nano TiO2/đế kính sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau: 400 (oC), 500 (oC), 600 (oC), 650 (oC), 700 (oC) 24 Hình 2.6 Quy trình gắn hạt nano Ag lên đế phủ TiO2 26 Hình 2.7 Các đế TiO2 ở các nhiệt độ nung khác nhau được chiếu sáng phủ Ag trong 15 phút 27 Hình 2.8 Các đế TiO2 ở các nhiệt độ nung khác nhau được chiếu sáng phủ Ag trong 7 phút 28 Hình 2.9 Nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể 30 Hình 2.10 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 32 Hình 3.1 Kết quả ảnh quang học của cấu trúc Ag/ TiO2 ở các nhiệt độ nung 400 (oC), 650 (oC), 700 (oC) với thời gian chiếu 15 phút và 7 phút 35 Hình 3.2 Ảnh SEM của mẫu Ag/TiO2 ủ nhiệt tại 700 (oC) với thời gian chiếu xạ 15 phút (a,b) và 7 phút (c,d) 36 Hình 3.3 Giãn đồ XRD của TiO2 ủ ở các nhiệt độ khác nhau từ 400 (oC)- 650 (oC) 37 Hình 3.4 Giãn đồ XRD của các mẫu TiO2 ủ nhiệt tại 650 (oC) (a) và 400 (oC) (b) sau khi phủ Ag 15 phút 38 Hình 3.5 Phổ hấp thụ UV-Vis của bột nano TiO2 ủ ở 650 (oC) và bề rộng vùng cấm Eg 39 Hình 3.6 Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu Ag/TiO2 ủ nhiệt ở 650 (oC) (đường đỏ, đế kính) và 700 (oC) (đường đen, đế silic) với thời gian chiếu xạ UV 7 phút 40 Hình 3.7 Phổ raman của ống 4-MBA rắn (a) và phổ SERS của 1mM của phân tử 4-MBA hấp thụ lên bề mặt Ag/TiO2 ủ nhiệt tại 650 (oC) thời gian chiếu UV 15 phút (b) 42 Hình 3.8 Phổ SERS của 1mM của phân tử 4-MBA hấp thụ lên TiO2 bột nano (a) và hấp thụ lên bề mặt Ag/TiO2 ủ nhiệt tại 650 (oC) thời gian chiếu UV 15 phút (b) và 7 phút (c) 42 Hình 3.9 Phổ SERS của mẫu Ag/TiO2 ủ tại 650 (oC) (đường đỏ, trên) và 700 (oC) (đường đen, dưới) sau chiếu xạ UV 15 phút 43 Hình 3 10 Phổ Raman của bột curcumin (a) và 1 (mM) curcumin hấp thụ trên bề mặt TiO2 (b) và 1 (mM) curcumin hấp thụ trên bề mặt Ag/TiO2 ủ nhiệt tại 650 (oC) thời gian chiếu UV 15 phút (c) 44 1 MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Ngày nay trên thế giới cũng như trong nước, khoa học và công nghệ nano đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau như điện tử, vật lý học, sinh học, y học, môi trường,… trong đó nổi bật là các ứng dụng của nó trong việc xử lý nhiễm khuẩn, không gây độc hại cho con người và không gây kích ứng da Đã có nhiều công trình nghiên cứu về các hạt nano kim loại quý như vàng, bạc, bạch kim,… và ứng dụng đa dạng của các nano kim loại này trong nhiều lĩnh vực khác nhau [1] Quang phổ Raman tăng cường bề mặt là một kỹ thuật phân tích dựa trên tán xạ Raman tăng cường plasmon khi các phân tử nằm gần bề mặt kim loại Trong 45 năm qua kể từ khi được phát hiện, SERS đã là một kỹ thuật quan trọng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hóa sinh, sinh học, hóa học và khoa học vật liệu [2] Một trong những vấn đề được quan tâm chủ yếu về SERS trong thời gian gần đây là chế tạo các đế SERS với độ nhạy cao, dễ chế tạo, giá thành rẻ và có độ lặp lại tốt Rất nhiều các nghiên cứu đã được thực hiện để chế tạo ra các đế SERS sử dụng các hạt nano kim loại quý, trong đó loại đế phổ biến nhất là dung dịch dạng huyền phù của các hạt nano kim loại [3],[4] Các đế SERS loại này được báo cáo là cung cấp sự tăng cường SERS khá tốt nhưng lại có nhược điểm lớn là kém ổn định và độ lặp lại không tốt do các hạt nano kim loại liên tục chuyển động và thường bị tụ lại với nhau Một cách tiếp cận để khắc phục được các hạn chế trên là gắn cố định các hạt nano kim loại trên một đế rắn có bề mặt gồ ghề [5] Vật liệu TiO2 mặc dù có năng lượng vùng cấm Eg lớn, vẫn là một trong những vật liệu hấp dẫn cho việc tạo ra đế SERS Mặt khác TiO2 chỉ có thể hấp thụ ánh sáng vùng tử ngoại (UV) mà không thể hấp thụ ánh sáng vùng khả