Nghiên cứu tính chất huỳnh quang của chấm nano carbon được chế tạo từ nước chanh leo

Bài viết Nghiên cứu tính chất huỳnh quang của chấm nano carbon được chế tạo từ nước chanh leo trình bày phương pháp chế tạo chấm nano carbon có khả năng phát quang từ nước chanh leo có tiềm năng ứng dụng trong chụp ảnh sinh học.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA CHẤM NANO CARBON ĐƯỢC CHẾ TẠO TỪ NƯỚC CHANH LEO Bùi Thị Hoàn Trường Đại học Thủy lợi, email:buithihoan@tu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Carbon thông thường vật liệu màu đen tan nước khơng có tính chất huỳnh quang Nếu tính đối xứng kích thước carbon dạng khối bị giảm đến mức độ nano dẫn đến thay đổi tính chất điện tử thay đổi tính chất quang vật liệu Một số lượng lớn vật liệu nano carbon khám phá nano kim cương, fulleren, graphen, ống nano cacbon, chấm nano carbon (Cdots) Cdots có kích cỡ hàng chục nm xem bao gồm lõi tinh thể vơ định hình với carbon sp2 chiếm ưu bề mặt carbon bị ơxi hóa nhóm cacboxyl Hơn Cdots phát quang tốt tổng hợp nhiều phương pháp đơn giản với chi phí thấp chúng sử dụng chụp ảnh sinh học, cảm biến sinh học, dẫn truyền thuốc Ở tơi xin trình bày phương pháp chế tạo chấm nano carbon có khả phát quang từ nước chanh leo có tiềm ứng dụng chụp ảnh sinh học PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cdots tổng hợp từ nước chanh leo phương pháp thủy nhiệt Quả chanh leo rửa sạch, lọc bỏ hạt qua rây Nước chanh leo nguyên chất sau pha loãng với nước cất theo tỷ lệ 1:1 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 Đặc tính vật liệu phân tích hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM, JEOL, JEM 1010, JEOL Techniques) Ảnh nhiễu xạ tia X chụp máy nhiễu xạ tia X, Siemens D5000 Phổ hồng ngoại (FTIR) mẫu đo thiết bị Fourier FTIR 6700 - Thermo Nicolet Các phổ hấp thụ tử ngoại - nhìn thấy (UVVis) đo máy Alignet 8453 Phổ huỳnh quang mẫu ghi lại máy huỳnh quang Nano Log (Horiba, Edison, USA) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thành phần nước chanh leo chủ yếu gồm cacbo - hydrat (23%) nước (75%) Cacbohydrat chanh thường bao gồm chất xơ đường đơn sucrose, fructose, glucose Ngoài nước chanh leo cịn có chứa axít ascorbic Có thể mơ tả hình thành chấm nano carbon từ nước chanh leo sau: (i) carbonhydrate bị thủy phân, nước phân hủy có mặt axít ascorbic để hình thành hợp chất dễ hịa tan aldehyde fufuran, keton axít hữu acetic, levulinic, formic (ii) giai đoạn diễn q trình polyme hóa ngưng tụ hợp chất nói để hình thành polyme dễ hịa tan Sự thơm hóa hình thành cụm thơm diễn thơng qua ngưng tụ aldol, thêm vịng, ngưng tụ hydroxymethyl gián tiếp qua furan (iii) Khi nồng độ cụm thơm đạt đến điểm siêu bão hịa tiêu chuẩn diễn mọc mầm cacbon [1] Sự phát triển của đám cacbon hỗ trợ khuếch tán phân tử khác phía bề mặt hạt Kết hình thành Cdots tự thụ động hóa nhóm chứa H O Sự hình thành 221 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 chấm nano carbon với kích thước chừng 1520 nm khẳng định từ ảnh hiển vi điện từ truyền qua phân giải cao HRTEM hình Ảnh HRTEM cho thấy Cdots có dạng cầu có kích thước đồng thụ 1390 cm-1 cho thấy tồn liên kết CH Đỉnh 1636 cm-1 tương ứng với liên kết C = C C = O Đỉnh 1713 cm-1 tương ứng với dao động dãn đặc trưng COOH Đỉnh 3440 cm-1 xuất cho có mặt nhóm – OH mẫu Nhờ nhóm chức mà Cdots dễ dàng phân tán dung môi phân cực nước, cồn mà không cần biến tính bề mặt Hình Ảnh hiển vi điện tử truyền qua chấm nano carbon Mức độ kết tinh vật liệu thể thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X hình Trong giản đồ quan sát thấy đỉnh nhiễu xạ rộng chừng 20o chứng tỏ xếp không trật tự lõi Cdots Mặc dù nhiều nhà khoa học chứng minh tồn vùng chứa cacbon sp2 tinh thể hầu hết Cdots chiết xuất từ sản phẩm tự nhiên có độ kết tinh [1] Hình Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier chấm nano carbon Tính chất quang đặc tính thú vị loại Cdots (Hình 4) phổ hấp thụ tử ngoại - nhìn thấy (UV-Vis) Cdots Hình Phổ hấp thụ tử ngoại - nhìn thấy (UV-Vis) chấm nano carbon Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X chấm nano carbon Hình phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) Cdots Đỉnh 1124 cm-1 tương ứng với có mặt liên kết COC Đỉnh hấp Như Cdots hấp thụ mạnh vùng tử ngoại có phần kéo dài sang vùng nhìn thấy Đỉnh hấp thụ 283 nm tương ứng với chuyển -* C = C Hình phổ huỳnh quang Cdots kích thích bước sóng khác từ 360 đến 500 nm Quan sát đồng thời hai hình nhận 222 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 thấy Cdots hấp thụ mạnh vùng tử ngoại gần khơng phát xạ bị kích thích bước sóng hấp thụ cực đại Ngược lại Cdots không hấp thụ ánh sáng với bước sóng nằm khoảng từ 420 đến 500 nm lại phát xạ mạnh bị kích thích bước sóng nói Bước sóng kích thích cực đại 480 nm Để giải thích điều nhà khoa học thuộc nhóm Demchemko giả thuyết tồn hai loại nhóm mang màu: loại hấp thụ mạnh vùng tử ngoại phát xạ yếu (nếu có); loại khác hấp thụ yếu vùng có bước sóng dài phát xạ mạnh vùng nhìn thấy [2] Sự dịch chuyển loại liên quan đến hấp thụ ánh sáng vùng lai hóa sp2 có kích thước nhỏ giàu điện tử  Các mảnh loại khác liên quan đến sai hỏng bề mặt làm cho vùng điện tử  bị tách khỏi liên hợp Hình Phổ phát xạ chấm nano carbon Cơ chế huỳnh quang loại Cdots vấn đề tranh cãi Trong số chế phát xạ Cdots mà nhà khoa học thường quan tâm đến hiệu ứng giam giữ lượng tử trạng thái bề mặt 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 Từ kết phân tích đặc điểm tính chất huỳnh quang Cdots nhận thấy chế huỳnh quang chủ yếu liên quan đến trạng thái bề mặt Thứ Cdots có độ kết tinh Thứ hai chấm Cdots có kích thước đồng phổ huỳnh quang chúng tương đối rộng Ngồi phổ phát xạ khơng đối xứng với phần đuôi nhỏ kéo dài sang vùng bước sóng dài Nghiên cứu nhóm Wang nhóm chức chứa liên kết đơi O COOH, C = O tạo vài trạng thái phân tử bề mặt Cdots Các trạng thái phân tử chứa nhóm COOH C = O gọi trạng thái cạnh Sự hình thành trạng thái cạnh phát xạ nguyên nhân gây huỳnh quang xanh Cdots [3] KẾT LUẬN Chấm nano carbon có kích thước đồng chế tạo từ nước chanh leo phương pháp thủy nhiệt Dung dịch màu nâu đậm Cdots dễ dàng phân tán dung môi phân cực phát xạ ánh sáng màu xanh Cdots hấp thụ mạnh vùng tử ngoại khơng phát xạ bị kích thích bước sóng hấp thụ cực đại Ngược lại Cdots hấp thụ yếu vùng từ 420 đến 500 nm phát xạ mạnh bới bước sóng nằm vùng Cơ chế phát xạ vật liệu liên quan chủ yếu đến trạng thái bề mặt Nguồn gốc phát xạ xanh vật liệu liên quan đến liên kết đối O COOH; C = O [1] Sahu S, Behera B, Maiti T K, Mohapatra S (2012)," Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice: application as excellent bioimaging agents.", Chem Commun Vol 48, pp 8835–8837 [2] Demchenko A P, and Dekaliuk M O,(2013)," Novel fluorescent carbonic nanomaterials for sensing and imaging", Methods Appl Fluoresc., Vol 1, pp 042001 [3] Wang L, Zhu S J, Wang H Y, Qu S N, Zhang Y L, Zhang J H, Chen Q D, Xu H L, Han W and Yang B, et al ,(2014)," Common origin of green luminescence in carbon nanodots and graphene quantum dots", ACS Nano, Vol 8, pp 2541–2547 223 ... hình thành trạng thái cạnh phát xạ nguyên nhân gây huỳnh quang xanh Cdots [3] KẾT LUẬN Chấm nano carbon có kích thước đồng chế tạo từ nước chanh leo phương pháp thủy nhiệt Dung dịch màu nâu đậm... xuống kích thước nano Từ kết phân tích đặc điểm tính chất huỳnh quang Cdots nhận thấy chế huỳnh quang chủ yếu liên quan đến trạng thái bề mặt Thứ Cdots có độ kết tinh Thứ hai chấm Cdots có kích... sp2 tinh thể hầu hết Cdots chiết xuất từ sản phẩm tự nhiên có độ kết tinh [1] Hình Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier chấm nano carbon Tính chất quang đặc tính thú vị loại Cdots (Hình 4) phổ hấp