luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp một số dạng cu2o cu2o au nano và khả năng ứng dụng của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu2O, Cu2O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội–Năm 2014 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu2O, Cu2O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - HDC: PGS.TS TRIỆU THỊ NGUYỆT - HDP: TS NGẠC AN BANG Hà Nội–Năm 2014 z LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Triệu Thị Nguyệt giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới TS Ngạc An Bang giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Đặc biệt, Tơi xin chân thành cám ơn ThS Sái Công Doanh trực tiếp giúp đỡ, trao đổi kinh nghiệm để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, anh chị nghiên cứu sinh, bạn học viên cao hoc, em sinh viên Trung tâm khoa học vật liệu, trường Đại học Khoa hoc Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình làm thực nghiệm Tơi chân thành cảm ơn Đề tài QG – 13 - 03 hỗ trợ cho thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, cô kỹ thuật viên Bộ mơn Hóa vơ tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Cuối tơi xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè ln quan tâm, động viên, khích lệ, tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Hà Nội, Ngày 06 tháng 11 năm 2014 Học viên Vũ Thị Nhớ z MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đồng (I) oxit (Cu2O) 1.1.1 Các phương pháp tổng hợp Cu2O nano 1.1.1.1 Phương pháp khử dung dịch 1.1.1.2 Phương pháp đồng kết tủa 1.1.1.3 Phương pháp sử dụng xạ sóng siêu âm 1.1.2 1.2 Ứng dụng Cu2O nano 1.1.2.1 Xúc tác oxi hóa khử 1.1.2.2 Xúc tác quang hóa 1.1.2.3 Xúc tác cho q trình polime hóa 1.1.2.4 Chế tạo cảm biến 1.1.2.5 Cu2O với q trình chuyển hóa lượng Vàng (Au) 10 1.2.1 Các phương pháp tổng hợp Au nano 10 1.2.1.1 Phương pháp phát triển mầm 11 1.2.1.2 Phương pháp thủy nhiệt 11 1.2.1.3 Phương pháp khử nhiệt 11 1.2.2 1.3 Ứng dụng Au nano 12 1.2.2.1 Xúc tác quang hóa 12 1.2.2.2 Xúc tác oxi hóa khử 13 1.2.2.3 Chế tạo pin lượng mặt trời 14 1.2.2.4 Ứng dụng sinh, y học 14 Cấu trúc dị thể Au –Cu2O nhân – vỏ 15 1.3.1 Các phương pháp tổng hợp Au – Cu2O nhân – vỏ 16 1.3.1.1 Phương pháp khử hóa học 16 1.3.1.2 Phương pháp sử dụng xạ sóng siêu âm 16 1.3.1.3 Phương pháp ủ nhiệt 16 1.3.2 Ứng dụng Au – Cu2O nhân – vỏ 16 1.3.2.1 Xúc tác quang hóa 17 1.3.2.2 Chế tạo cảm biến khí 17 z 1.3.2.3 1.4 Chế tạo cảm biến glucozơ 18 Các phương pháp nghiên cứu 18 1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 18 1.4.2 Phương pháp quang phổ UV – VIS 19 1.4.3 Kính hiển vi điện tử quét SEM 20 1.4.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 21 1.4.5 Quang phổ tia X (PIXE) 22 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 24 2.1 Mục đích nội dung nghiên cứu 24 2.2 Hóa chất 24 2.2.1 Hóa chất 24 2.2.2 Pha hóa chất 24 2.3 Thực nghiệm 25 2.3.1 Điều chế Cu2O nano 25 2.3.2 Điều chế hạt nano vàng 26 2.3.3 Điều chế vàng: 27 2.3.4 Điều chế Au – Cu2O nhân – vỏ 28 2.3.5 Sử dụng Cu2O nano Au – Cu2O nano xúc tác cho trình khử màu xanh metylen 29 2.4 Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.4.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 31 2.4.3 Phương pháp quang phổ UV –Vis 31 2.4.4 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 31 2.4.5 Phương pháp quang phổ tia X (PIXE) 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Tổng hợp Cu2O 32 3.2 Tổng hợp nhân vàng kích cỡ nanomet 35 3.2.1 Hạt nano vàng 36 3.2.2 Thanh nano vàng 37 3.3 Điều chế cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu2O 39 3.3.1 Cấu trúc dị thể với nhân hạt nano vàng 39 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung 3.3.2 3.4 Cấu trúc dị thể với nhân vàng 47 Khảo sát ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt 52 3.4.1 Ảnh hưởng CTAB PVP sử dụng nhân hạt nano vàng 52 3.4.1.1 Chất hoạt động bề mặt CTAB 52 3.4.1.2 Chất hoạt động bề mặt PVP 55 3.4.2 Ảnh hưởng CTAB PVP sử dụng nhân nano vàng 57 3.4.2.1 Chất hoạt động bề mặt CTAB 57 3.4.2.2 Chất hoạt động bề mặt PVP 61 3.5 Sử dụng Cu2O, Au - Cu2O nano xúc tác cho trình khử màu dung dịch metylen xanh 64 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung z luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Điều kiện tổng hợp Cu2O nano……………………………………… 26 Bảng 2: Điều kiện tổng hợp cấu trúc nhân – vỏ Au – Cu2O………………… 28 Bảng 3: Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ metylen xanh………… 30 Bảng 4: Kết điều chế Cu2O với lượng chất khử khác nhau……………… 32 Bảng 5: Kết tổng hợp cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu2O với nhân hạt nano vàng……………………………………………………………………… 40 Bảng 6: Kết qủa phân tích đế silic mẫu phân tán đế silic……………… 44 Bảng 7: Kết tổng hợp nhân – vỏ Au – Cu2O với nhân nano vàng… 48 Bảng 8: Kết khảo sát ảnh hưởng CTAB với việc tạo cấu trúc dị thể Au - Cu2O với nhân hạt nano vàng……………………………………………… 52 Bảng 9: Kết khảo sát ảnh hưởng PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân hạt nano vàng……………………………………………… 55 Bảng 10: Kết khảo sát ảnh hưởng CTA tới việc tạo cấu trúc dị thể Au –Cu2O với nhân nano vàng…………………………………………… 57 Bảng 11: Kết khảo sát ảnh hưởng PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân vàng………………………………………………… 61 Bảng 12: Ảnh hưởng xúc tác thời gian đến độ chuyển hóa xanh metylen luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung z 64 luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ơ sở mạng tinh thể Cu2O Hình 2: Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét 20 Hình 3: Sơ đồ ngun lí (1) súng phóng điện tử (2) kính hiển vi điện tử truyền qua 22 Hình 4: Sơ đồ nguyên lí phổ PIXE 23 Hình 5: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ xanh metylen 30 Hình 6: Giản đồ XRD mẫu N1 32 Hình 7: Giản đồ XRD mẫu N2 33 Hình 8: Giản đồ XRD mẫu N3 33 Hình 9: Giản đồ XRD mẫu N4 34 Hình 10: Ảnh SEM mẫu N1, N2, N3, N4 35 Hình 11: Giản đồ XRD hạt nano Au 36 Hình 12: Ảnh TEM phổ UV - Vis hạt nano Au 37 Hình 13: Giản đồ XRD nano Au 38 Hình 14: Ảnh TEM phổ UV – Vis nano vàng 38 Hình 15: Giản đồ XRD mẫu D1 40 Hình 16: Giản đồ XRD mẫu D2 41 Hình 17: Giản đồ XRD mẫu D3 41 Hình 18: Giản đồ XRD mẫu D4 42 Hình 19: Phổ PIXE phân tích đế silic tinh khiết 43 Hình 20: Phổ PIXE phân tích mẫu D7e 43 Hình 21: Ảnh SEM mẫu D1, D2, D3, D4 45 Hình 22: Ảnh TEM mẫu D1 46 Hình 23: Phổ UV –Vis mẫu D1, D2, D3, D4 47 Hình 24: Giản đồ XRD mẫu D6 48 Hình 25: Giản đồ XRD mẫu D8 49 Hình 26: Ảnh SEM mẫu D5, D6, D7, D8 50 luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung z luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung Hình 27: Ảnh TEM mẫu D5, D6 51 Hình 28: Phổ UV –Vis mẫu D5, D6, D7, D8 52 Hình 29: Giản đồ XRD mẫu D4b 53 Hình 30: Giản đồ XRD mẫu D4c 54 Hình 31: Ảnh SEM mẫu D4d, D4c 54 Hình 32: Giản đồ XRD mẫu D5a 56 Hình 33: Giản đồ XRD mẫu D5b 56 Hình 34: Ảnh SEM mẫu D5a, D5b 57 Hình 35 : Giản đồ XRD mẫu D6c 58 Hình 36: Giản đồ XRD mẫu D6d 59 Hình 37: Ảnh SEM mẫu D6c, D6d 59 Hình 38: Ảnh TEM mẫu D6c 60 Hình 39: Phổ UV –Vis mẫu D6c 60 Hình 40: Giản đồ XRD mẫu D7c 62 Hình 41: Giản đồ XRD mẫu D7d 62 Hình 42: Ảnh SEM mẫu 7c, D7d 63 Hình 43: Độ chuyển hóa phản ứng màu MB theo thời gian 65 luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung z luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CTAB Cetyl trimetyl ammoni bromide MB Xanh metylen PVP Polyvinylpyrrolidone PIXE Quang phổ tia X SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TSC Natri xitrat SDS Natri dodecyl sunfat XRD Phổ nhiễu xạ tia X viii luan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chungluan.van.thac.si.nghien.cuu.tong.hop.mot.so.dang.cu2o.cu2o.au.nano.va.kha.nang.ung.dung.cua.chung z