Luận văn nghiên cứu chế tạo tổ hợp nano au io2 tạo hiệu ứng plasmon

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠ M THANH SƠN k l l l NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TỔ HỢP NANO Au:TiO2 TẠO HIỆU ỨNG PLAS MON l l h z l l k l LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LI NK KIỆN NANO l l l HÀ NỘI – 2013 l l l l PHẠ M THANH SƠN k l l l NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TỔ HỢP NANO Au:TiO2 TẠO HIỆU ỨNG PLAS MON l l l k l h z l Ch u yê n n gà nh: Vậ t l iệ u L i nh k iệ n h p p m p p c p v y z h i z p o z p n a no Mã số: Ch u yê n ngà nh đào tạo thí x p k l h m p p c p p v v điểm z l LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LI NK KIỆN NANO l l l l l l l NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạ m Vă n Hộ i l l l HÀ NỘI – 2013 l p z Lời cảm ơn L uậ n vă n tố t n gh iệp nà y kế t q uả n gh iê n u t ro n g thờ i g i a n hơ n mộ t năm nỗ lự c củ a bả n thâ n em dướ i hướ n g dẫ n, g iú p đỡ củ a rấ t nh iề u n gườ i h y 3 p x i @ p p v v v p p e c z l s p g z m y o l p v c h g p p c c z z p s p h v x e p e v c v p z z h c p z x p c p l v p l p z Q u a bả n khoá l uậ n nà y cho phé p em bà y tỏ lò n g b iế t n châ n nh, sâ u sắ c nhấ t đế n PGS.TS Phạm Vă n Hộ i tậ n tì nh hướ n g dẫ n, g iú p đỡ em hoà n nh khoá l uậ n tố t n gh iệp h p x @ v o y h p l v p c z p m p z s p v s p v e l @ m p v p y c p g c p @ c z z v s p p e p v p l p l v h p l p o v y h p s Em cũ n g rấ t b iế t n cá c cá n a nh chị h iệ n đ a n g cô n g tá c tạ i phò n g Vậ t l iệ u Ứ n g dụ n g Q u a n g sợ i, V iệ n Kho a họ c vậ t l iệ u q u a n tâm, g iú p đỡ tạo mọ i đ iề u k iệ n sở vậ t chấ t cũ n g th iế t bị cho v iệ c n gh iê n u hồ n nh khố l uậ n nà y l i p p p o z p p c g i p p c e v c h l @ x i z p v v c p l 3 z v z p p @ i p c x x p v z v p i @ v z y z h i p p p z x h p c p x c p z v p p c l v c h z v s z s p p i i p c v v v l p y z z p o h z y h h p m Em cũ n g x i n gử i lò n g b iế t n sâ u sắ c đế n cá c thầ y cô cù n g cá c cá n cô n g tá c tạ i kho a Vậ t lý kỹ th uậ t cô n g n ghệ n a no đào tạo cho em khô n g k iế n thứ c ch u yê n mô n mà kỹ nă n g số n g, họ c tậ p làm v iệ c l v z o h p x m c v p l p z y p p c o l z v y h p v i c i o @ z p v p p c p c l p l p h l c p x c p p p p v s p i v m v y 3 l i z e p c l 3 o p c p @ 3 i o p z c v p v 3 L uậ n vă n nà y cũ n g mộ t lờ i cảm n sâ u sắ c tớ i nhữ n g n gườ i thâ n củ a em, tậ p thể lớ p K18N nhữ n g n gườ i l uô n bê n cạ nh q u a n tâm em g iú p đỡ em hoà n nh khoá l uậ n nà y h v y y h p p s p i p l p p m p c p p c c y l z y v h p y z @ l p p p l h h l x p v v l z e p l p c c z p s c p z e v p l x p e v l v p s o m Hà Nộ i, n gà y 20 thá n g 12 năm 2013 l z p c m v p c p l Họ c v iê n i z p Phạ m Th a nh Sơ n l x p p Lời cam đoan Tô i x i n c am đo a n nộ i d u n g t ro n g bả n l uậ n vă n tố t n gh iệ p nà y kế t q uả t ro n g n g t rì nh n gh iê n u củ a r iê n g tô i dướ i hướ n g dẫ n củ a PGS.TS Phạ m Vă n Hộ i Tấ t cá c số l iệ u đượ c n g bố hồ n tồ n t r u n g thự c chư a từ n g đượ c cô n g bố tạ i cá c tà i l iệ u, ấ n phẩm c Cá c số l iệ u th am khảo c đề u có dẫ n rõ rà n g n g uồ n gố c x uấ t xứ đượ c nê u t ro n g phầ n phụ lụ c c uố i khoá l uậ n z p c v v i v z e c h z p p v y c x l c y z z h h p p h s v l p z p p p x p h p z l z p p 3 p p i g x e p h p z p c v c p z c @ z p p h p g y o e v @ p p c v e p p i p p p y s h l v l c y z v h p e v h c p x v v g c p y z 3 h p m y o i x z v h v l o s x o s c v l p v p p h o y c h p p p 3 e g p z p e c @ e p Hà Nộ i n gà y 20 thá n g 12 năm 2013 l z p c m v p c p l Họ c v iê n i z p Phạ m Th a nh Sơ n l x p p c p c MỤC LỤC k Lờ i cảm n z l p Lờ i c am z x l đo a n Mụ c p x p k lụ c y D a nh mụ c cá c ký h iệ u chữ v iế t x p l 3 o z h i i z v tắ t D a nh mụ c cá c bả n g v v x p l 3 @ p c D a nh mụ c cá c hì nh vẽ, đồ thị x p l 3 p i p v MỞ ĐẦU k é Chươ n g TỔNG QUAN VỀ TITA N OXIT VÀ QUA NG XÚC TÁC p c l l l l 1.1 Tí nh chấ t ch u n g củ a T iO2 p v h p c x z 1.2 Cá c n g thù hì nh củ a T iO2 .6 g p c v p x z 1.2.1 Tí nh chấ t đ iệ n củ a ph a a n a t as e r u t i l e p v p z p x s x x p x v x l e i e h v z y e 1.2.2 Tí nh chấ t q u a n g củ a a n a t as e r u t i l e p v h x p c x x p x v x l e i e h v z y e 1.3 Tí nh chấ t q u a n g xú c tá c T iO2 p v h x p c p v z 1.3.1 Khá i n iệm q u a n g xú c tá c z p z l h x p c p v 1.3.2 Q uá t rì nh q u a n g xú c tá c 11 h v e p h x p c p v 1.3.3 Cá c yế u tố ả nh hưở n g đế n q uá t rì nh q u a n g xú c tá c T iO2 .14 m h v p p c p p h v e p h x p c p v z 1.3.4 Ư u nhượ c đ iểm củ a vậ t l iệ u q u a n g xú c tá c T iO2 15 h p p z l x i v y z h h x p c p v z Chươ n g TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PLAS MON VÀ MƠ HÌNH TỔ HỢP NANO A u:T iO2 17 p h c l l l k l k l l l z 2.1 Tổ n g q u a n h iệ u ứ n g p l asmo n 17 p c h x p i z h p c s y x l l p 2.1.1 Sơ lượ c h iệ u ứ n g p l asmo n củ a cá c cấ u t rú c k im loạ i 17 y i z h p c s y x l l p x 3 h v e o z l y z 2.1.2 Mơ hì nh D r u d e hằ n g số đ iệ n mô i củ a khí đ iệ n tử tự 18 k p e h g e i p c l p z p l z x o p z p v v g 2.1.3 P l asmo n bề mặ t tạ i cá c g i ao d iệ n đ iệ n mô i – k im loạ i 18 y x l l p @ l v v z 3 c z x g z p p z p l z o z l y z 2.1.4 P l asmo n đị nh xứ t ro n g cá c hạ t n a no k im loạ i .21 y x l l p p p p v e p c 3 v p x p o z l y z 2.1.5 Sự phụ th uộ c củ a phổ hấ p thụ p l asmo n vào kí ch thướ c hạ t n a no k im loạ i 23 s v h 3 x s s v s y x l l p i o v v p x p o z l y z 2.2 H iệ u ứ n g q u a n g họ c p l asmo n củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 24 z h p c h x p c s y x l l p x v s p x p h z 2.3 Lớ p t iế p xú c k im loạ i - bá n dẫ n hì nh nh t ro n g tổ hợ p n a no A u:T iO2 26 s v z s p o z l y z @ p g p p v p v e p c v s p x p h z Q uá t rì nh q u a n g xú c tá c n a no A u/T iO2 27 h v e p h x p c p v p x p h z Chươ n g : CÁC PHƯƠ NG PHÁP CHẾ TẠO TỔ HỢP NANO A u:T iO2 VÀ CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH 30 3.1 Cá c phươ n g phá p chế tạo mà n g mỏ n g .30 p c l l l h z l s p c s s v l p c l p c 3.1.1 Phươ n g phá p bố c b a y nh iệ t 30 p c s s @ @ x m p z v 3.1.2 Phươ n g phá p phú n xạ .31 p c s s s p p Cá c tạ p chấ t nh iễm từ nh ch uô n g, t ro n g ch uô n g h a y từ a no d e lẫ n vào t ro n g g 36 v e v p s c v l p p z l v v p h p c v e p c h p c x m v x p g e v y p i c 3.1.3 Phươ n g phá p o x i hó a nh iệ t 36 p c s s p z x p z v 3.2 Cá c kỹ th uậ t phâ n tí ch 36 o v h v s p v 3.2.1 Phươ n g phá p chụ p ả nh h iể n v i đ iệ n tử q ué t (SE M) 36 p c s s s p z p i z p z p v h v k 3.2.2 Phươ n g phá p nh iễ u xạ t i a X 37 p c s s p z h p v z x 3.2.3 Đo phổ hấ p thụ .39 é s s v 3.3 Thự c n gh iệm chế tạo mẫ u 40 p c z l i v l h Chươ n g KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 p c l 4.1 Kế t q uả khảo sá t mà n g mỏ n g T iO2 43 v h o l v l p c l p c z 4.2 Khảo sá t đặ c t rư n g cấ u t rú c tí nh chấ t q u a n g củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 46 l v p v e p c h v e i v p v h x p c x v s p x p h z 4.3 Tí nh chấ t q u a n g xú c tá c củ a mà n g T iO2 53 p v h x p c p v 3 x l p c z KẾT LUẬ N 57 l Tà i l iệ u th am khảo 58 z y z h v x l o D a nh mụ c cá c từ v iế t tắ t: x p l A bs: @ 3 v i z v v v A bso r p t io n l @ l e s v z p FE-SE M: F i e l d Em iss io n S c a n i n g E l e c t ro n M i c ros co p e LSP Lo c a l S u rf a c e P l asmo n SC: S em i co n d u c to r SE M: S c a n i n g E l e c t ro n M i c ro s co p e SSP S u rf a c e P l asmo n Po l a r i to n UV: U l t r a V io l e t XRD: X-R a y D iff r a c t io n k k z e y g e l x y l z x h p y v h p z e x e p x x z l e y z e x x l e p l x z p c l y e v e p k p v z z y v e p e v l e y v x e y y p h c e z x g z m l p x e e l z v s p e p k z e l s e D a nh mụ c hì nh vẽ, đồ thị x p l p i p v Hì nh 1.1 T i t a n O x i t n g t p z v x p p z v g p c @ v Hì nh 1.2 Sơ đồ nă n g lượ n g củ a vù n g dẫ n vù n g hó a t rị củ a T iO2 (ph a a n a t as e) p p p p c y p c x i p c g p i i p c x v e x z s x x p x v x l e Hì nh 1.3 Ơ sở cá c thô n g số cấ u t rú c củ a ph a a n a t as e ph a r u t i l e p l i 3 v p c l h v e 3 x s x x p x v x l e i s x e h v z y e Hì nh 1.4 Mố i q u a n hệ g iữ a độ rộ n g vù n g cấm củ a mộ t số o x i t k im loạ i, o x i t bá n dẫ n vớ i o x i hó a- khử 11 p i z k v z p h z x x p c z x p e p c i p c l x l v l p z v o z l y z p z v @ p g p o Hì nh 1.5 Cấ u t rú c vù n g nă n g lượ n g củ a chấ t bá n dẫ n hoạ t độ n g củ a chấ t bá n dẫ n kh i đượ c kí ch thí ch q u a n g hó a 12 p g h p o z p v e o i p v c p p h c x y p p c c x v @ p g p i l v p p c x v @ p x Hì nh 1.6 G iả n đồ nă n g lượ n g củ a a n a t as e r u t i l e 13 p z p p p p c y p c x x p x v x l e i e h v z y e Hì nh 1.7 Sơ đồ b iể u d iễ n cá c q uá t rì nh xả y r a kh i T iO2 hấ p thụ t i a UV: 14 p p @ z h g z p 3 h v e p p m e x o z z s v v z x (A) tá i hợ p bề mặ t,(B) tá i hợ p t ro n g khố i,(C) khử, (D) o x i hó a 14 v z s @ l v v z s v e p c o z l o l p z x Hì nh 2.1 a P l asmo n khố i; b P l asmo n bề mặ t; c p l asmo n bề mặ t đị nh xứ 17 p x y x l l p o z @ y x l l p @ l v s y x l l p @ l v p p p Hì nh 2.2 P l asmo n t rê n g i ao d iệ n bạ c – khơ n g khí .20 p y x l l p v e p c z x g z p @ o p c o Đườ n g đứ t né t thể h iệ n g iớ i hạ n só n g dừ n g 20 é p c p v p v v z p c z z p l p c g p c Hì nh 2.3 ( a) Cấ u hì nh O t to ( b) cấ u hì nh K r e ts chm a n n 20 p x h p v v i @ h p e e v l l x p p Hì nh 2.4 G iả n đồ d ao độ n g p l asmo n cho mộ t hạ t n a no hì nh cầ u 21 p z p p i g x p p c s y x l l p l v v p x p p h Hì nh 2.5 phở hấ p thụ củ a n g cá c t rạ n g thá i c nh a u 24 p s s v x i p c 3 v e p c v z o p x h Hì nh 2.6 Sơ đồ nă n g lượ n g củ a t iế p xú c k im loạ i bá n dẫ n loạ i n .26 p p p p c y p c x v z s p o z l y z @ p g p y z p ( a)- t rướ c kh i t iế p xú c 26 x v e o z v z s p ( b)- s a u kh i t iếp xú c .26 @ l x h o z v z s p Hì nh 2.7 Tở hợ p n a no A u/T iO2/ITO .28 p s p x p h z Hì nh 2.8 ( a) Q uá t rì nh t iêm đ iệ n tử từ n g s a n g T iO2 28 p x h v e p v z l p z p v v i p c l x p c z ( b) Q uá t rì nh n g o x i hó a 2- p ro p a no l nh a c e to n 28 @ h v e p i p c p z x s e s x p y v p x e v p Hì nh 3.1 Mơ hì nh bố c b a y nh iệ t 31 p k p @ @ x m p z v Hì nh 3.2 Hệ phú n xạ c ao tầ n m i n i – sp u t t e r củ a ULVAC 32 p s p p x v p l z p z l s h v v e e x Hì nh 3.3 Q uá t rì nh bắ n phá b i a lắ n g đọ n g vậ t l iệ u t rê n đế 34 p h v e p @ p s @ z x i y p c p p c i v y z h v e p p Hì nh 3.4 Q uá t rì nh phú n xạ 35 p h v e p s p p Hì nh 3.5 Lò ủ L i n d b e r g B l u e M STF55666C .36 p z p g @ e e c y h e k Hì nh 3.6 Kí nh h iể n v i đ iệ n tử q ué t H i t a ch i FE-SE M S-4800 .37 p p z p i z p z p v h v z v x z k Hì nh 3.7 Sự phả n xạ củ a t i a X t rê n mặ t phẳ n g cá c mặ t phẳ n g B r a g g 37 p s p p x v z x v e p l v s p c 3 l v s p c e x c c Hì nh 3.8 Hệ má y SIE MENS D-5005 .38 p l m k l Hì nh 3.9 Hệ đo UV-VIS- NIR (CARY 5000) 39 p p l Hì nh 4.1 Mà n g mỏ n g T i T iO2 43 p k p c l p c z i z Hì nh 4.2 G iả n đồ nh iễ u xạ t i a X củ a mà n g mỏ n g T iO2 ( a n a t as e) .43 p z p p p z h p v z x x l p c l p c z x p x v x l e Hì nh 4.3 Ả nh FE-SE M bề mặ t củ a mà n g T iO2 ( a n a t as e) .44 p p k @ l v x l p c z x p x v x l e Hì nh 4.4 Ả nh FE-SE M mặ t cắ t củ a mà n g T iO2 .45 p p k l v v x l p c z Hì nh 4.5 Phở hấ p thụ củ a mà n g mỏ n g T iO2 ( a n a t as e) 45 p s v x l p c l p c z x p x v x l e Hì nh 4.6 G iả n đồ nh iễ u xạ t i a X củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 46 p z p p p z h p v z x x v s p x p h z Hì nh 4.7 Ả nh FE-SE M bề mặ t củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 .47 p p k @ l v x v s p x p h z Hì nh 4.8 Phở hấ p thụ củ a mà n g n g s a u kh i đượ c tạo nh t rê n nề n T iO2 .47 p s v x l p c i p c l x h o z p v v p v e p p p z Hì nh 4.9 Phở hấ p thụ củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 chế tạo đượ c .48 p s v x v s p x p h z v p Hì nh 4.10 Kế t q uả tí nh tố n hệ số tă n g cườ n g hấ p thụ th eo bá n kí nh hạ t n a no n g bước só n g 550 nm 50 p @ v l p h c p v p v p l v p c p c s v v e @ p o p v p x p i p c l Hì nh 4.11 Phở hấ p thụ củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 xử lý cá c nh iệ t độ c nh a u 51 p s v x v s p x p h z p y 3 p z v p o p x h Hì nh 4.12 Phổ hấ p thụ củ a tổ hợ p n a no A u:T iO2 th eo ch iề u dà y mà n g A u chế tạo 51 p s v x v s p x p h z v e z h g m l p c h v Hì nh 4.13 Kế t q uả tí nh tố n hệ số tă n g cườ n g hấ p thụ th eo bá n kí nh hạ t n a no n g cá c bước só n g 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm 52 p 3 v @ l p h v c p p v p l l p v l p p c p l p c s v l p v e @ p o p v p x p i p c l Hì nh 4.14 Khả nă n g phâ n hủ y d u n g dị ch M e th y l e n e B l u e củ a mà n g T iO2 53 p p p c s p m g h p c g k e v m y e p e y h e x l p c z Hì nh 4.15 Sự phụ th uộ c củ a độ hấ p thụ vào nồ n g độ d u n g dị ch củ a M e th y l e n e B l u e.54 p s v h 3 x p s v i p p c p g h p c g 3 x k e v m y e p e y h e Hì nh 4.16 Sự s u y g iảm hấ p thụ củ a d u n g dị ch M e th y l e n e B l u e 55 p l h m c z l s v x g h p c g k e v m y e p e y h e Hì nh 4.17 Sự s u y g iảm hấ p thụ củ a d u n g dị ch M e th y l e n e B l u e kh i sử dụ n g tổ hợ p n a no A u :T iO2 với nh sá n g nhìn thấ y 56 p p x p l h z h m i c z z l p s l p v c p p x v g m h p c g k e v m y e p e y h e o z l g p c v s D a nh mụ c cá c bả n g x p l 3 @ p c Bả n g 1.1 Mộ t i tí nh chấ t q u a n t rọ n g củ a T iO2 ph a a n a t as e r u t i l e .4 Bả n g 4.1 Cườ n g độ đỉ nh phở hấ p thụ bướ c só n g 664 nm củ a d u n g dị ch M e th y l e n B l u e tạ i mộ t số nồ n g độ 53 y h p c p c e k v i p v z l v l z c v p p p p p c p p v s h x p v s e v p c x @ z s l p c x x p p l x v x l x e i g e h p c h v g z y e k e v m y e p