Nghiên cứu nguồn gốc phát xạ xanh lá cây của chấm nano carbon được chế tạo từ nước chanh

Bài viết Nghiên cứu nguồn gốc phát xạ xanh lá cây của chấm nano carbon được chế tạo từ nước chanh trình bày các kết quả thí nghiệm để sáng tỏ cơ chế, nguồn gốc phát xạ xanh lá cây của Cdots được chế tạo từ nước chanh.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU NGUỒN GỐC PHÁT XẠ XANH LÁ CÂY CỦA CHẤM NANO CARBON ĐƯỢC CHẾ TẠO TỪ NƯỚC CHANH Bùi Thị Hoàn Trường Đại học Thủy lợi, email: buithihoan@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Vật liệu carbon biết đến nhiều năm qua than chì, kim cương, fulleren, ống nano carbon graphene Để chế tạo vật liệu phát quang kích cỡ nhóm hóa học bề mặt cần điều chỉnh Các chấm nano carbon (Cdots) thu hút ý rộng rãi nhà khoa học nhờ tính chất huỳnh quang độc đáo, trơ mặt hóa học độc Thành phần chủ yếu cấu tạo nên Cdots bao gồm carbon lai hóa sp2/sp3, hydro oxy Cdots ứng dụng lĩnh vực khác thiết bị quang điện tử, chất xúc tác quang, chụp ảnh sinh học… Cho đến nhiều loại chấm nano carbon tổng hợp Cdots chế tạo tử vỏ vải, bắp cải, phát xạ ánh sáng màu xanh dương, Cdots chế tạo từ nước cam, nước chanh lại phát xạ ánh sáng màu xanh Hiện chế phát xạ huỳnh quang Cdots vấn đề gây tranh cãi nhà khoa học Ở báo xin trình bày kết thí nghiệm để sáng tỏ chế, nguồn gốc phát xạ xanh Cdots chế tạo từ nước chanh Đặc tính vật liệu phân tích hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM, JEOL, JEM 1010, JEOL Techniques) Phổ Raman Cdots ghi lại nhờ thiết bị Renisshaw Phổ hồng ngoại (FTIR) mẫu đo thiết bị Fourier FTIR 6700 - Thermo Nicolet Phổ huỳnh quang mẫu ghi lại máy huỳnh quang Nano Log (Horiba, Edison, USA) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Nước chanh sau thủy nhiệt cho dung dịch màu nâu đậm suốt, dễ dàng phân tán nước Ảnh chụp dung dịch Cdots (Hình 1) chiếu xạ tia tử ngoại cho thấy Cdots phát xạ ánh sáng màu xanh Hình Sơ đồ trình chế tạo Cdots từ nước chanh, ảnh mẫu ánh sáng thường chiếu tia tử ngoại PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cdots tổng hợp từ nước chanh tươi phương pháp thủy nhiệt Quả chanh rửa sạch, lọc bỏ hạt qua rây Nước chanh nguyên chất đổ vào bình thủy nhiệt 200oC 12 h Sau lấy khỏi lị, bình thủy nhiệt để nguội tự nhiên đến nhiệt độ phòng Dung dịch màu nâu lọc giấy lọc m để loại bỏ than Hình phổ kích thích phát xạ Cdots Quan sát phổ kích thích nhận thấy bước sóng kích thích cực đại Cdots nằm vùng từ 440 đến 480 nm Phổ huỳnh quang Cdots có dải phát xạ dài trải dài từ vùng tử ngoại đến vùng ánh sáng vàng Đỉnh phát xạ tập trung vùng xanh (từ 520 đến 550 nm) Vậy nguồn gốc phát xạ 237 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 xanh vật liệu gì? Cơ chế huỳnh quang loại Cdots vấn đề tranh cãi Hiệu ứng giam giữ lượng tử trạng thái bề mặt chế nhà khoa học đặc biệt quan tâm Hình Phổ kích thích phát xạ Cdots Hiệu ứng giam giữ lượng tử tượng mức lượng điện tử gần liên tục gần mức Fermi trở nên rời rạc kích thước hạt giảm xuống kích thước nano Do vật liệu nano đặc biệt hạt có kích thước nhỏ 10 nm thể tính chất quang học khác xa so với vật liệu khối Với loại chế nhà khoa học tìm thấy mối liên hệ kích thước hạt độ rộng vùng cấm Các hạt có kích thước nhỏ có độ rộng vùng cấm lớn ưu tiên phát xạ bước sóng ngắn [1] Mặt khác nhà khoa học khác chứng minh ảnh hưởng nhóm chức bề mặt lên mức lượng bề mặt độ rộng vùng cấm Zhu cộng mức độ oxi hóa Cdots ảnh hưởng đến màu phát xạ [2] Hình Ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) Cdots Để hiểu rõ chế phát xạ Cdots chế tạo từ nước chanh ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) phổ tán xạ Raman Cdots ghi lại Hình ảnh HR-TEM Cdots Các đốm đen rõ rệt quan sát ảnh chứng tỏ hình thành chấm Cdots tách biệt Các cụm dường có dạng hình cầu với kích cỡ từ đến nm Ảnh chèn thêm vào HRTEM thang đo nm Không quan sát thấy mạng lưới tinh thể phạm vi chấm Cdots, chứng tỏ Cdots có chất vơ định hình Ngồi mức độ kết tinh Cdots trạng thái C nghiên cứu thông qua phổ Raman Trong phổ thường có hai dải đặc trưng C 1578 cm-1 (dải G) 1360 cm-1 (dải D) [3] Dải D xuất phát từ dao động nguyên tử C với liên kết lơ lửng cấu trúc carbon bị xáo trộn sp3 Dải G 1578 cm-1 liên quan đến nguyên tử carbon tham gia liên kết sp2 mạng cấu trúc lục giác 2D than chì Tỷ lệ cường độ dải D dải G (ID/IG) cho biết mức độ kết tinh vật liệu Khi ID/IG  0,5 vật liệu có độ kết tinh tốt ngược lại Hình phổ tán xạ Raman màng mỏng Cdots Quan sát thấy xuất dải D trật tự (chừng 1300 - 1400 cm-1) dải G không hiển thị rõ rệt Tỷ lệ cường độ dải D dải G lớn chứng tỏ Cdots có chất vơ định hình Như kết phân tích phổ tán xạ Raman trùng khớp với ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao Các kết phân tích đặc điểm tính chất huỳnh quang Cdots cho thấy chế huỳnh quang chủ yếu liên quan đến trạng thái bề mặt Thứ Cdots có chất vơ định hình Thứ hai chấm Cdots có kích thước đồng phổ huỳnh quang chúng tương đối rộng Các nghiên cứu hạt nano Si liên kết Si = O bề mặt ảnh hưởng đến chuyển dịch phát xạ giam hãm lượng tử sang phát xạ cố định liên quan đến liên kết Si = O [2] Tương tự cho trường hợp Cdots, tính chất huỳnh quang Cdots 238 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 xuất phát từ liên kết C = O chất huỳnh quang bề mặt hạt bao gồm nhóm carboxyl (C( = O)OH), ester (C( = O)O) carbonyl (C = O) [4] Hình Phổ tán xạ Raman Cdots xử lý Cdots dung dịch NaOH mà không chiếu xạ khơng quan sát thấy thay đổi đáng kể cường độ phát xạ Cdots Nhưng Cdots xử lý đồng thời cách thêm dung dịch NaOH chiếu xạ tia tử ngoại phổ PL Cdots sau xử lý thể xu hướng giảm thời gian chiếu xạ tăng (Hình 6) Tất suy giảm Cdots sau thêm dung dịch kiềm chiếu xạ tia tử ngoại phổ PL, FTIR cho tác dụng hiệp đồng kiềm tia tử ngoại dẫn đến suy giảm liên kết C = O nhóm este thành liên kết hóa học khác Điều chứng tỏ nguồn gốc phát xạ xanh Cdots có liên quan đến liên kết đơi C = O Để khám phá vai trò liên kết tính chất huỳnh quang Cdots, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phát xạ (PL) Cdots dung dịch NaOH chiếu tia tử ngoại ghi lại Như Hình 5, phổ hồng ngoại Cdots qua xử lý có tính chất tương tự Cdots nguyên chất trừ đỉnh hấp thụ 1636 cm-1 tương ứng với liên kết C = O giảm đáng kể Hình Phổ huỳnh quang Cdots xử lý dung dịch kiềm chiếu xạ tia tử ngoại KẾT LUẬN Chấm nano carbon có kích thước đồng chế tạo từ nước chanh phương pháp thủy nhiệt Khi chiếu xạ tia tử ngoại Cdots phát xạ ánh sáng màu xanh Cơ chế phát xạ Cdots chủ yếu liên quan đến trạng thái bề mặt Nguồn gốc phát xạ xanh vật liệu liên kết đơi C = O bề mặt Cdots Hình Phổ hồng ngoại FTIR Cdots xử lý dung dịch kiềm chiếu xạ tia tử ngoại TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết thí nghiệm cho thấy cường độ huỳnh quang Cdots không bị suy yếu chiếu liên tục vịng h tia tử ngoại có bước sóng 365 nm Điều chứng tỏ Cdots phát xạ ổn định Nếu [1] Li H, (2010), Angew Chem Int Ed Engl., Vol 49(26), pp 4430-4434 [2] Wolkin M V, (1999), Phys Rev Lett, Vol.82(1), pp 197-200 [3] Sahu S,(2012), Chem Commun, Vol 48, pp 8835-8837 [4] Chen X, (2014), Carbon, Vol 79, pp 165- 173 239 ... kiềm chiếu xạ tia tử ngoại KẾT LUẬN Chấm nano carbon có kích thước đồng chế tạo từ nước chanh phương pháp thủy nhiệt Khi chiếu xạ tia tử ngoại Cdots phát xạ ánh sáng màu xanh Cơ chế phát xạ Cdots... truyền qua phân giải cao (HRTEM) Cdots Để hiểu rõ chế phát xạ Cdots chế tạo từ nước chanh ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) phổ tán xạ Raman Cdots ghi lại Hình ảnh HR-TEM Cdots... Thứ hai chấm Cdots có kích thước đồng phổ huỳnh quang chúng tương đối rộng Các nghiên cứu hạt nano Si liên kết Si = O bề mặt ảnh hưởng đến chuyển dịch phát xạ giam hãm lượng tử sang phát xạ cố