Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử carbon pha tạp nitơ nhằm ứng dụng phát hiện ion fe3+ trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN VĂN THANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON PHA TẠP NITƠ NHẰM ỨNG DỤNG PHÁT HIỆN ION Fe3+TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN MINH VƯƠNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng tơi hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Minh Vương - giảng viên Trường ĐH Quy Nhơn Các số liệu kết luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Đề tài khơng có chép tài liệu nào, cơng trình nghiên cứu người khác mà không rõ mục tài liệu tham khảo Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật nhà trường cam đoan này! Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thanh LỜI CẢM ƠN Để hồn thành Luận văn thạc sỹ để trở thành người có khả nghiên cứu khoa học, có định hướng tư khoa học đắn, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ PGS.TS Nguyễn Minh Vương, người thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến q thầy giảng viên Bộ môn Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy, hỗ trợ suốt trình học tập thực luận văn Trong trình thực luận văn cố gắng chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn để nội dung đề tài hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Bình Định, tháng 11 năm 2021 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thanh MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ iii MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu III Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu V Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu CQDs 1.2 Các vật liệu Carbon 11 1.2.1 Graphene 11 1.2.2 Ống nano carbon 12 1.2.3 Chấm lượng tử carbon 13 1.3 Tính chất ứng dụng CQDs 14 1.3.1 Cấu trúc chấm lượng tử carbon 14 1.3.2 Ưu điểm CQDs 14 1.3.3 Ứng dụng chấm lượng tử carbon 15 1.4 Các phương pháp chế tạo chấm lượng tử carbon 18 1.4.1 Phương thức xuất phát từ lớn đến bé “top – down” 18 1.4.2 Phương thức xuất phát từ bé đến lớn “bottom-up” 19 1.4.3 Phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal) 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT MẪU 20 2.1 Thực nghiệm chế tạo CQDs 20 2.1.1 Hóa chất dụng cụ 20 2.1.2 Thực nghiệm tổng hợp CQDs 20 2.2 Một số phương pháp khảo sát mẫu 23 2.2.1 Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23 2.2.2 Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS) 23 2.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis 24 2.2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang 24 2.2.5 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 24 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Hình thái bề mặt tính chất vi cấu trúc CQDs pha tạp nitơ 25 3.2 Kết đo XPS 27 3.3 Tính chất quang 33 3.3.1 Kết đo phổ FTIR 33 3.3.2 Kết đo phổ hấp thụ 34 3.3.3 Kết đo phổ huỳnh quang 35 3.3.4 Hiệu suất lượng tử 39 3.4 Xác định hàm lượng Fe3+ nước sử dụng CQDs 42 3.5 Cơ chế phát quang CQDs chế dập tắt huỳnh quang 48 KẾT LUẬN 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 i DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt AC AcidCitrid Axít xi tric CQDs Carbon Quantum Dots Chấm lượng tử carbon ED Ethylen Dinamine Ethylen Dinamine FTIR Fourier-transform infrared Quang phổ hồng ngoại biến đổi spectroscopy HMTA Hexa methylenetetramine Hexa methylenetetramine HR-TEM High-resolution Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission Electron độ phân giải cao Microscopy PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang QYFL Fluorescence Quantum Hiệu suất lượng tử huỳnh quang Yield TEM Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền qua Microscope UV-Vis Ultraviolet-Visible Quang phổ tử ngoại – khả kiến XPS X-ray Photoelectron Quang phổ nguyên tử tia X Spectroscopy ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng 2.1 Tỉ lệ CA: ED:HMTA tên gọi mẫu trình chế tạo CQDs Bảng 2.2 Quá trình pha dung dịch chứa ion kim loại với nồng độ 4,4mM Bảng 3.1 Thành phần phần trăm nguyên tố nguyên tử Trang 20 23 27 C, O N mẫu S1, S2, S3, S4 S5 Bảng 3.2 Sự đóng góp % đỉnh làm khớp phổ C1s 31 Bảng 3.3 Sự đóng góp % đỉnh làm khớp phổ O1s 32 Bảng 3.4 Sự đóng góp % đỉnh làm khớp phổ N1s 33 Bảng 3.5 Kết tính tốn hiệu suất lượng tử huỳnh quang mẫu 42 iii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Bảng Hình 1.1 Bình thủy nhiệt phương pháp thủy nhiệt Trang Hình 1.2 Trường sáng hình ảnh huỳnh quang của: (A) tế bào H1299 (B) Tế bào H1299 ủ CQDs (C) H1299 tế bào ủ với nanocomplexes 10 CQDs axit hyaluronic Thanh tỷ lệ 20 μm Hình 1.3 Tế bào CHO chụp CQDs (A) Ảnh trường sáng (B) Hình ảnh xung đột kích thích bước sóng 405 nm (C) Hình ảnh xung kích thích bước sóng 11 488 nm (D) Ảnh hội tụ ghi bước sóng 561 nm Thanh tỷ lệ 10 μm Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể graphene Hình 1.5 Ống nano Carbon đơn tường ống nano carbon đa tường Hình 1.6 Chấm lượng tử Carbon Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp CQDs từ CA phương pháp thủy 12 13 14 20 nhiệt Hình 2.2 Dung dịch CA 0,2M (trái) sau thủy nhiệt 21 180C 12h (phải) Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp CQDs pha tạp N từ ED HMTA 22 Hình 2.4 Mẫu S2 sau thủy nhiệt (a), thẩm tách (b), dung dịch CQDs thẩm tách(c) CQDs sau cho bay 22 nhiệt độ thấp (d) Hình 3.1 Ảnh TEM CQDs mẫu S4 (a), Biểu đồ mô tả phân bố kích thước CQDs từ ảnh chèn (a) 26 iv với đường cong làm khớp liệu thực nghiệm sử dụng mơ hình Gause (b), Ảnh TEM độ phân giải cao CQDs (c) Hình 3.2 Phổ XPS mẫu S1, S2, S3, S4 S5 27 Hình 3.3 Phổ XPS phân giải cao C1s mẫu chế tạo (a) đường cong làm khớp tương ứng mẫu S1 28 (b), S2 (c), S3 (d), S4 (e) S5 (f) Hình 3.4 Phổ XPS phân giải cao O1s mẫu chế tạo (a) đường cong làm khớp tương ứng mẫu S1 29 (b), S2 (c), S3 (d), S4 (e) S5 (f) Hình 3.5 Phổ XPS phân giải cao N1s mẫu chế tạo (a) đường cong làm khớp tương ứng mẫu S1 30 (b), S2 (c), S3 (d), S4 (e) S5 (f) Hình 3.6 Phổ FTIR mẫu S1, S2, S3, S4 S5 Hình 3.7 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu S0 sau chế tạo (a) S1, S2, S3, S4 S5 với nồng độ 10g/ml (b) 34 35 Hình 3.8 Phổ huỳnh quang kích thích đo bước sóng phát xạ 445nm (a) phổ huỳnh quang ứng với bước sóng kích 37 thích 354nm (b) mẫu S1, S2, S3, S4 S5 Hình 3.9 Phổ huỳnh quang (trái) phổ huỳnh quang chuẩn hóa (phải) mẫu với bước sóng kích thích khác 38 Hình 3.10 Phổ hấp thụ (đường màu đen) phổ huỳnh quang (đường màu xanh) mẫu Rh6G (a), S1 (b), S2 40 v (c), S3 (d), S4 (e) S5 (f) với nồng độ 1g/ml Hình 3.11 (a) Phổ huỳnh quang mẫu S4 mẫu S4 có mặt ion khác với nồng độ 400 M (b) Độ hồi đáp tính tốn tương ứng Nồng độ CQDs tất mẫu 10g/ml Hình chèn 44 (a) ảnh quang học mẫu S4 trắng S4 có 400 M Fe3+ xạ 365nm Hình 3.12 (a) Sự dập tắt phổ huỳnh quang mẫu S1, S2, S3, S4 S5 có mặt 400 M ion Fe3+ 45 (b) Độ hồi đáp tính tốn tương ứng Hình 3.13 Mối liên hệ hiệu suất lượng tử độ hồi đáp Fe3+ 46 mẫu CQDs Hình 3.14 (a) Sự dập tắt phổ huỳnh quang mẫu S4 có mặt ion Fe3+ với nồng độ khác (b) Hiển thị thay đổi cường độ huỳnh quang với nồng độ nhỏ 46 ion Fe3+ Hình 3.15 (a) Sự phụ thuộc độ hồi đáp theo nồng độ ion Fe3+ (b) Đường làm khớp tuyến tính vùng nồng độ thấp 47 mẫu S4 Hình 3.16 Cơ chế hấp thụ, phát xạ dập tắt huỳnh quang CQDs 50 41 tích phân (với bước sóng kích thích 354nm) Rho6G 0,02 2806,5 Kết tính tốn hiệu suất huỳnh quang mẫu tổng kết Bảng 3.4 Kết tính tốn cho thấy mẫu S4 có hiệu suất lượng tử cao (47,3%) mẫu S2 có hiệu suất lượng tử thấp (8%) Mẫu S1 có hàm lượng N cao so với mẫu (Bảng 3.1) có hiệu suất khoảng 29,4% Mẫu S2 có hàm lượng N cao mẫu S3, S4 S5 (Bảng 3.1) nhiên hiệu suất mẫu S2 thấp thấp nhiều so với mẫu S3, S4, S5 Giá trị hiệu suất mẫu S4 cao so sánh với nghiên cứu trước Zhai cộng [23] chế tạo CQDs sử dụng CA nguồn carbon ED nguồn N cho trình pha tạp Họ chế tạo CQDs phương pháp xử lý vi sóng (700W, phút, mơi trường dung môi nước) Kết QYFL mẫu xác định khoảng 41,3% Sun cộng [24] chế tạo CQDs với QYFL đạt 60% sử dụng tiền chất CA ED phương pháp thủy nhiệt (200C, giờ) Ảnh quang học mẫu ánh sáng ban ngày chiếu xạ 365nm so sánh (Bảng 3.5) Dưới ánh sáng ban ngày với nồng độ pha loãng CQDs mẫu 1g/ml, mẫu không màu Tuy nhiên, chiếu xạ 365nm, tất mẫu phát ánh sáng màu xanh lam Cường độ ánh sáng xanh lam phát từ mẫu S2 thấp so với mẫu lại Từ kết thu cho thấy hàm lượng N CQDs khơng đóng vai trò định đến hiệu suất lượng tử CQDs Qua phân tích phổ XPS chúng tơi cho có tỉ lệ thích hợp hình thành liên kết bề mặt CQDs bao gồm C-N/C-O, C=N/C=O q trình oxy hóa bề mặt nhóm chức đóng vai trị quan trọng tính chất phát quang vật liệu CQDs 42 Bảng 3.5 Kết tính tốn hiệu suất lượng tử huỳnh quang mẫu Thông số TT Mẫu S1 S2 S3 S4 S5 0,027 0,008 0,022 0,012 0,012 1226,6 93,4 1402,7 880,7 479,4 29,4 8,0 42,0 47,3 27,0 Độ hấp thụ bước sóng 354 nm Cường độ huỳnh quang tích phân với kichthich = 354 nm QYFL (%) Ánh sáng Ảnh ban ngày quang học 365nm 3.4 Xác định hàm lượng Fe3+ nước sử dụng CQDs Các nghiên cứu trước cho thấy có liên kết cơng hóa trị đặc biệt hình thành Fe3+ nhóm amine[25] [26] Kết nghiên cứu cho thấy CQDs mà chúng tơi chế tạo giàu nhóm amine Điều dự đốn CQDs có khả thăm dò ion Fe3+ Để khảo sát ảnh hưởng có mặt ion kim loại môi trường nước lên cường độ huỳnh quang CQDs, chúng tơi sử dụng CQDs mẫu S4 (mẫu có hiệu suất lượng tử phát quang cao nhất) Hình 3.11(a) mô tả thay đổi cường độ huỳnh quang CQDs mẫu S4 với có mặt ion kim loại khác có nồng độ 400 M Phổ huỳnh quang Hình 3.11(a) bao gồm phổ huỳnh quang mẫu CQDs trắng (khơng có ion kim loại), Fe3+, Ag+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Na+, Ni2+, Pb2+, Hg2+, Fe2+ Mn2+ Nồng độ CQDs tất mẫu giống 10g/ml 43 Cường độ huỳnh quang CQDs thay đổi diện ion kim loại Do đó, CQDs xem cảm biến dùng để thăm dò ion kim loại môi trường nước Để so sánh độ dập tắt huỳnh quang, đưa khái niệm độ hồi đáp Độ hồi đáp cảm biến CQDs định nghĩa công thức sau: R I0  I (%) I0 (3.2) Trong đó: I0 I cường độ huỳnh quang đỉnh phát xạ CQDs trắng CQDs có ion kim loại Độ hồi đáp cảm biến CQDs ion kim loại tính tốn tổng kết Hình 3.11(b) Kết cho thấy cảm biến CQDs có độ chọn lọc cao ion Fe3+ so với ion lại Độ hồi đáp ion Fe3+ cao (89,4%), sau đến ion Hg2+ (73,1%) Độ hồi đáp tất ion lại thấp (dưới 16,5%) Sự dập tắt huỳnh quang CQDs mẫu S4 nhìn thấy rõ ràng mắt thường thông qua ảnh quang học mẫu S4 mẫu S4 400M Fe3+ (Ảnh quang học chèn Hình 3.11(a)) 44 Hình 3.11 (a) Phổ huỳnh quang mẫu S4 mẫu S4 có mặt ion khác với nồng độ 400 M (b) Độ hồi đáp tính tốn tương ứng Nồng độ CQDs tất mẫu 10g/ml Hình chèn (a) ảnh quang học mẫu S4 trắng S4 có 400 M Fe3+ xạ 365nm Sự dập tắt huỳnh quang 400M Fe3+ mẫu S1, S2, S3, S4 S5 khảo sát Hình 3.12(a) Q trình tính tốn độ hồi đáp thực so sánh Hình 3.12(b) Kết cho thấy rằng, mẫu S4 có độ hồi đáp cao tất mẫu chế tạo Hình 3.13 cho thấy mối liên hệ hiệu suất lượng tử CQDs với độ hồi đáp Fe3+ cảm biến tương ứng Kết cho thấy giá trị độ hồi đáp Fe3+của mẫu tăng 45 dần theo thứ tự từ mẫu S2, S5, S1, S4 S5 tương ứng với giá trị tăng dần hiệu suất lượng tử mẫu Tuy nhiên, mối liên hệ hiệu suất lượng tử (QYFL) độ hồi đáp (R) cần phải có nhiều nghiên cứu sâu Chúng khơng phân tích luận văn Hình 3.12 (a) Sự dập tắt phổ huỳnh quang mẫu S1, S2, S3, S4 S5 có mặt 400 M ion Fe3+ (b) Độ hồi đáp tính tốn tương ứng 46 Hình 3.13 Mối liên hệ hiệu suất lượng tử độ hồi đáp Fe3+ mẫu CQDs Hình 3.14 (a) Sự dập tắt phổ huỳnh quang mẫu S4 có mặt ion Fe3+ với nồng độ khác (b) Hiển thị thay đổi cường độ huỳnh quang với nồng độ nhỏ ion Fe3+ 47 Hình 3.14 (a) mơ tả dập tắt phổ huỳnh quang mẫu S4 có mặt ion Fe3+ với nồng độ khác từ đến 930M Hình 3.14(b) hiển thị thay đổi cường độ huỳnh quang vùng nồng độ nhỏ ion Fe3+ Mối liên hệ độ hồi đáp nồng độ Fe3+ biểu diễn Hình 3.15(a) Kết cho thấy, độ hồi đáp có giá trị bảo hòa nồng độ Fe3+ lớn (> 400M) Ở nồng độ Fe3+ thấp (< 70 M), mối quan hệ độ hồi đáp (R(%)) với nồng độ Fe3+ ([Fe3+](M)) làm khớp tuyến tính phương trình: R(%)  (0,593  0, 024)[Fe3 ]( M)+(3,1  0,7) (3.3) Hình 3.15 (a) Sự phụ thuộc độ hồi đáp theo nồng độ ion Fe3+ (b) Đường làm khớp tuyến tính vùng nồng độ thấp mẫu S4 Ta thấy mối quan hệ tuyến tính tốt (với hệ số tương quan R2 = 0,985) độ hồi đáp nồng độ ion Fe3+ thu vùng nồng độ 48 thấp (< 70 M) Đây thuận lợi sử dụng phương pháp để xác định hàm lượng Fe3+ mẫu thực 3.5 Cơ chế phát quang CQDs chế dập tắt huỳnh quang Cơ chế phát quang CQDs hiệu ứng giam giữ lượng tử, xuất CQDs nhỏ bán kính exciton Bohr Hiệu ứng giam giữ lượng tử đề cập đến thay đổi vùng hóa trị (VB) vùng dẫn (CB) từ vùng lượng liên tục sang mức lượng rời rạc vùng cấm (Eg) tăng giảm kích thước ba chiều vật liệu mức nanomet, dẫn đến chuyển đổi vùng cấm vùng nhìn thấy - tia cực tím cải thiện đáng kể hiệu suất lượng tử huỳnh quang (QYFL) Một chế phát huỳnh quang khác CQDs phát huỳnh quang bị chi phối trạng thái sai hỏng bề mặt Sai hỏng bề mặt xuất lớp vỏ hình cầu khác biệt với phần lõi carbon bên Vùng hình cầu chứa nhóm hóa học khác có nguồn gốc từ nguyên tử lai sp2 sp3, nhóm chức bề mặt khác, liên kết lơ lửng Do đa dạng phức tạp trạng thái sai hỏng bề mặt, huỳnh quang có nguồn gốc từ trạng thái khuyết tật bề mặt đặc trưng tượng đa màu sắc phát quang phụ thuộc vào bước sóng kích thích Các sai hỏng bề mặt chủ yếu tạo trình oxy hóa bề mặt hoạt động tâm bắt giữ exciton Carbon lai sp3 sp2 bề mặt CQDs sai hỏng bề mặt khác dẫn đến phát xạ nhiều màu sắc trạng thái điện tử cục chúng Khi ánh sáng có bước sóng cho trước chiếu vào CQDs, photon có lượng thỏa mãn vùng cấm quang học dẫn đến dịch chuyển điện tử tích tụ bẫy khuyết tật lân cận bề mặt, trở trạng thái để phát ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khác Mức độ oxy hóa bề mặt CQDs cao có nhiều sai hỏng 49 bề mặt nhiều vị trí phát xạ, dẫn đến phát xạ đa màu bước sóng phát xạ Theo kết đo đạt, phân tích so sánh với số nghiên cứu trước đây, giản đồ cấu trúc dải lượng chế tắt phát quang CQDs đề xuất Hình 3.16 Vai hấp thụ 245nm cho dịch chuyển điện tử từ orbital phân tử bị chiếm cao (HOMO = highest occupied molecular orbital) tới orbital phân tử không bị chiếm thấp (LUMO = lowest unoccupied molecular orbital) lõi carbon Đỉnh hấp thụ 342nm gán cho dịch chuyển điện tử từ HOMO tới LUMO trạng thái bề mặt (các mức tạp chất liên quan tới pyrrolic N, pyridine Ni, amino N C=O) từ mức HOMO tới mức tạp chất graphitic N Chính vậy, bề rộng vùng cấm HOMO LUMO có giá trị khoảng 5,1 eV (~245 nm) cho lõi carbon ngược lại HOMO đến mức tạp chất graphitic N (hoặc LUMO bề mặt) khoảng 3,6 eV (~342 nm) Hơn nữa, nguyên tố N, O liên kết hóa học liên quan tạo mức tạp chất vùng cấm Điều làm cho phổ phát xạ phụ thuộc vào bước sóng kích thích hình thành dải phát xạ rộng vùng ánh sáng nhìn thấy kích thích bước sóng 354nm Hai đỉnh phát xạ 445nm 463nm liên quan đến dịch chuyển điện tử mức tạp chất amino N (2,78eV) C=O (2,68eV) 50 Hình 3.16 Cơ chế hấp thụ, phát xạ dập tắt huỳnh quang CQDs Trong trường hợp sử dụng CQDs cho trình thăm dò ion kim loại Fe3+, chế dập tắt huỳnh quang nghiên cứu giải thích cơng trình trước [27, 28] Một cách chi tiết, so với ion kim loại khác ion Fe3+ tương tác với nhóm amine bề mặt CQDs cách rõ ràng Các electron trạng thái kích thích dịch chuyển tới orbital 3d điền đầy phần Fe3+ dẫn đến dập tắt huỳnh quang CQDs q trình dịch chuyển điện tử khơng phát xạ (như mơ Hình 3.16) 51 KẾT LUẬN Sau trình thực luận văn thạc sĩ Khoa KHTN trường Đại học Quy Nhơn, từ kết chế tạo chấm lượng tử cacbon, nghiên cứu hình thái bề mặt, tính chất vi cấu trúc, tính chất quang độ nhạy ion kim loại Fe3+ nước mẫu CQDs chế tạo, thuđược kết sau: - Đã chế tạo thành cơng CQDs có pha tạp ni tơ Từ kết phân tích ảnh TEM HR-TEM mẫu xác định mẫu CQDS có dạng gần hình cầu, phân bố riêng lẻ, có đường kính phân bố từ 1nm đến 7nm Kết cho thấy, tinh thể CQDs có độ kết tinh cao - Kết đo phổ XPS mẫu CQDS với tỉ lệ nồng độ CA:ED:HMTA khác cho thấy thay đổi hàm lượng tỉ lệ ED HMTA tiền chất ban đầu điều khiển hàm lượng đóng góp nhóm chức bề mặt CQDs Sự thay đổi hàm lượng nhóm chức C-N/C-O C=N/C=O ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất phát quang chấm lượng tử carbon - Kết đo phổ FTIR, XPS cho thấy CQDs chế tạo bao gồm phần carbon graphitic sp2 với carbon sp3 nhóm chức hydroxyl, carbonyl carboxyl bề mặt, điều ảnh hưởng mạnh đến tính chất quang mẫu - Khảo sát tính chất quang mẫu qua việc đo phổ hấp thụ UV-Vis phổ huỳnh quang mẫu cho thấy cường độ huỳnh quang CQDs chế tạo xuất phát từ bẫy phát xạ liên quan đến tạp chất N nhóm amine (NH2) nhóm C=O liên quan đến nhóm chức bề mặt CQDs Ngồi ra, từ phổ hấp thụ phổ huỳnh quang cho thấy hàm lượng N CQDs khơng đóng vai trị định đến hiệu suất lượng tử CQDs Mặt khác, qua phân tích phổ XPS chúng tơi cho có 52 tỉ lệ thích hợp hình thành liên kết bề mặt CQDs bao gồm CN/C-O, C=N/C=O q trình oxy hóa bề mặt nhóm chức đóng vai trị quan trọng tính chất phát quang vật liệu CQDs - Việc đo độ hồi đáp ion Fe3+ mẫu CQDs, kết cho thấy mối quan hệ tuyến tính tốt (với hệ số tương quan R2 = 0,985) độ hồi đáp nồng độ ion Fe3+ thu vùng nồng độ thấp (< 70 M) Đây thuận lợi sử dụng phương pháp để xác định hàm lượng Fe3+ mẫu thực Đồng thời khảo sát dập tắt huỳnh quang CQDs, thấy ion Fe3+ tương tác với nhóm chức amine bề mặt mẫu dẫn đến dập tắt huỳnh quang mẫu Điều lần chứng tỏ CQDs có đính nhóm chức C-N/C-O, C=N/C=O đóng vai trị cảm biến phát có mặt ion kim loại Fe3+ nước – mục tiêu đề tài Dựa vào kết trên, CQDs có pha tạp ni tơ với có mặt nhóm chức bề mặt đáp ứng mục đích đề tài khảo sát hình thái bề mặt, tính chất vi cấu trúc, thành phần hóa học, tính chất quang độ nhạy ion Fe3+ mẫu Tuy nhiên hạn chế yêu cầu xác tỉ lệ nồng độ CA:ED:HMTA để tạo mẫu, việc thể triệt để mối liên hệ hiệu suất lượng tử (QYFL) độ hồi đáp (R) phải nghiên cứu sâu Kết nghiên cứu đề tài cho thấy tính khả thi cao thực tế để đưa vào sử dụng cần khảo sát kỹ tỉ lệ nồng độ, độ hồi đáp, độ chọn lọc, giới hạn đo, độ ổn định Mục đích sau để ứng dụng thực tế, chế tạo “cảm biến” dùng CQDs để phát ion kim loại có hại mơi trường nước, thực phẩm mang lại lợi ích kinh tế sức khỏe cho người 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Kuche, K., R Maheshwari, V Tambe, K.K Mak, H Jogi, N Raval, M.R Pichika, and R Kumar Tekade (2018) "Carbon nanotubes (CNTs) based advanced dermal therapeutics: current trends and future potential." Nanoscale 10(19): 8911-8937 Zhong, J., Y Zhao, L Li, H Li, J.S Francisco, and X.C Zeng (2015) "Interaction of the NH2 Radical with the Surface of a Water Droplet." J Am Chem Soc 137(37): 12070-8 Kousi, P., E Remoundaki, A Hatzikioseyian, V Korkovelou, and M Tsezos (2018) "Fractionation and leachability of Fe, Zn, Cu and Ni in the sludge from a sulphate-reducing bioreactor treating metal-bearing wastewater." Environ Sci Pollut Res Int 25(36): 35883-35894 Guo, R., S Chen, and X Xiao (2019) "Fabrication and characterization of poly (ethylenimine) modified poly (l-lactic acid) nanofibrous scaffolds." J Biomater Sci Polym Ed 30(16): 1523-1541 Kalhor, P and K Ghandi (2019) "Deep Eutectic Solvents for Pretreatment, Extraction, and Catalysis of Biomass and Food Waste." Molecules 24(22) Chu, H.W., J.Y Mao, C.W Lien, P.H Hsu, Y.J Li, J.Y Lai, T.C Chiu, and C.C Huang (2017) "Pulse laser-induced fragmentation of carbon quantum dots: a structural analysis." Nanoscale 9(46): 1835918367 Omar, F.S., N Duraisamy, K Ramesh, and S Ramesh (2016) "Conducting polymer and its composite materials based electrochemical sensor for Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NADH)." Biosens Bioelectron 79: 763-75 Li, D.F., W.Q Huang, L.R Zou, A Pan, and G.F Huang (2018) "Mesoporous g-C(3)N(4) Nanosheets: Synthesis, Superior Adsorption Capacity and Photocatalytic Activity." J Nanosci Nanotechnol 18(8): 5502-5510 Malanga, M., M Seggio, V Kirejev, A Fraix, I Di Bari, E Fenyvesi, M.B Ericson, and S Sortino (2019) "A phototherapeutic fluorescent beta-cyclodextrin branched polymer delivering nitric oxide." Biomater Sci 7(6): 2272-2276 Mintz, K.J., Y Zhou, and R.M Leblanc (2019) "Recent development of carbon quantum dots regarding their optical properties, photoluminescence mechanism, and core structure." Nanoscale 11(11): 4634-4652 54 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Kumar, Y., S Sahoo, and A.K Chakraborty (2021) "Mechanical properties of graphene, defective graphene, multilayer graphene and SiC-graphene composites: A molecular dynamics study." Physica B: Condensed Matter 620: 413250 Qu, D., M Zheng, L Zhang, H Zhao, Z Xie, X Jing, R.E Haddad, H Fan, and Z Sun (2014) "Formation mechanism and optimization of highly luminescent N-doped graphene quantum dots." Sci Rep 4: 5294 Dsouza, S.D., M Buerkle, P Brunet, C Maddi, D.B Padmanaban, A Morelli, A.F Payam, P Maguire, D Mariotti, and V Svrcek (2021) "The importance of surface states in N-doped carbon quantum dots." Carbon 183: 1-11 Chiu, S.-H., G Gedda, W.M Girma, J.-K Chen, Y.-C Ling, A.V Ghule, K.-L Ou, and J.-Y Chang (2016) "Rapid fabrication of carbon quantum dots as multifunctional nanovehicles for dual-modal targeted imaging and chemotherapy." Acta Biomaterialia 46: 151-164 Sun, D., R Ban, P.-H Zhang, G.-H Wu, J.-R Zhang, and J.-J Zhu (2013) "Hair fiber as a precursor for synthesizing of sulfur- and nitrogen-co-doped carbon dots with tunable luminescence properties." Carbon 64: 424-434 Hu, S.-L., K.-Y Niu, J Sun, J Yang, N.-Q Zhao, and X.-W Du (2009) "One-step synthesis of fluorescent carbon nanoparticles by laser irradiation." Journal of Materials Chemistry 19(4): 484-488 Dong, Y., H Pang, H.B Yang, C Guo, J Shao, Y Chi, C.M Li, and T Yu (2013) "Carbon-based dots co-doped with nitrogen and sulfur for high quantum yield and excitation-independent emission." Angew Chem Int Ed Engl 52(30): 7800-4 Kasprzyk, W., T Świergosz, S Bednarz, K Walas, N Bashmakova, and D Bogdal (2018) "Luminescence phenomena of carbon dots derived from citric acid and urea – molecular insight." Nanoscale 10 Wang, X., L Cao, S.T Yang, F Lu, M.J Meziani, L Tian, K.W Sun, M.A Bloodgood, and Y.P Sun (2010) "Bandgap-like strong fluorescence in functionalized carbon nanoparticles." Angew Chem Int Ed Engl 49(31): 5310-4 Anilkumar, P., X Wang, L Cao, S Sahu, J.H Liu, P Wang, K Korch, K.N Tackett, 2nd, A Parenzan, and Y.P Sun (2011) "Toward quantitatively fluorescent carbon-based "quantum" dots." Nanoscale 3(5): 2023-7 55 21 22 23 24 25 26 27 28 Yu, J., C Liu, K Yuan, Z Lu, Y Cheng, L Li, X Zhang, P Jin, F Meng, and H Liu (2018) "Luminescence Mechanism of Carbon Dots by Tailoring Functional Groups for Sensing Fe3+ Ions." Nanomaterials 8(4): 233 Lu, Z., T Su, Y Feng, S Jiang, C Zhou, P Hong, S Sun, and C Li (2019) "Potential Application of Nitrogen-Doped Carbon Quantum Dots Synthesized by a Solvothermal Method for Detecting Silver Ions in Food Packaging." International Journal of Environmental Research and Public Health 16(14): 2518 Zhai, Y., Z Zhu, C Zhu, J Ren, E Wang, and S Dong (2014) "Multifunctional water-soluble luminescent carbon dots for imaging and Hg(2+) sensing." J Mater Chem B 2(40): 6995-6999 Sun, C., Y Zhang, K Sun, C Reckmeier, T Zhang, X Zhang, J Zhao, C Wu, W.W Yu, and A.L Rogach (2015) "Combination of carbon dot and polymer dot phosphors for white light-emitting diodes." Nanoscale 7(28): 12045-50 Shi, B., Y Su, L Zhang, M Huang, R Liu, and S Zhao (2016) "Nitrogen and Phosphorus Co-Doped Carbon Nanodots as a Novel Fluorescent Probe for Highly Sensitive Detection of Fe3+ in Human Serum and Living Cells." ACS Applied Materials & Interfaces 8(17): 10717-10725 Wesp, E.F and W.R Brode (1934) "The Absorption Spectra of Ferric Compounds I The Ferric Chlorid - Phenol Reaction." Journal of the American Chemical Society 56: 1037-1042 Gao, G., Y.-W Jiang, H.-R Jia, J Yang, and F.-G Wu (2018) "Onoff-on fluorescent nanosensor for Fe3+ detection and cancer/normal cell differentiation via silicon-doped carbon quantum dots." Carbon 134: 232-243 Deng, H., C Tian, Z Gao, S.-W Chen, Y Li, Q Zhang, R Yu, and J Wang (2020) "Highly luminescent N-doped carbon dots as a fluorescence detecting platform for Fe3+ in solutions and living cells." Analyst 145(14): 4931-4936 ... quang chấm lượng tử Carbon pha tạp Ni tơ  Nghiên cứu khả ứng dụng chấm lượng tử Carbon pha tạp Ni tơ trình phát ion Fe3+ nước III Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: chấm lượng tử. .. LƯỢNG TỬ CARBON PHA TẠP NITƠ ỨNG DỤNG PHÁT HIỆN ION Fe3+ TRONG NƯỚC” nhằm mục đích chế tạo chấm lượng tử Carbon có hiệu suất phát quang lớn, ứng dụng trình phát ion Fe3+ môi trường nước 3 II... xuất bề mặt CQDs o Nghiên cứu tính chất quang CQDs có pha tạp ni tơ o Nghiên cứu khả ứng dụng chấm lượng tử Carbon pha tạp Ni tơ, trình phát in Fe3+ nước IV Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp