tổng hợp và khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon từ nguồn phế thải hữu cơ

Vậy nên vật liệu nano carbon đang được thế giới quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong các lĩnh vực như thiết bị cảm biến, năng lượng mặt trời, quang điện tử, chiếu sáng, y

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON TỪ NGUỒN PHẾ THẢI HỮU CƠ

NGÔ HẢI ĐĂNG NGUYỄN KIM KHÁNH HUỲNH THI THANH THÚY

S K L 0 1 3 1 4 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2024

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON TỪ NGUỒN PHẾ THẢI HỮU CƠ

GVHD: NGÔ HẢI ĐĂNG SVTH: NGUYỄN KIM KHÁNH MSSV: 20130036

SVTH: HUỲNH THỊ THANH THUÝ MSSV: 20130067

KHOÁ: 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BM CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 02 năm 2024

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Ngô Hải Đăng

Cơ quan công tác của giảng viên hướng dẫn: Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kim Khánh MSSV: 20130036 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Thanh Thuý MSSV: 20130067

1 Tên đề tài:

Tổng hợp và khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon từ nguồn phế thải hữu cơ

2 Nội dung chính của khóa luận:

Tổng hợp chấm lượng tử carbon từ nguồn phế thải hữu cơ bằng phương pháp thuỷ nhiệt và khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon Tiếp cận thực nghiệm và nghiên cứu điều kiện tổng hợp chấm lượng tử carbon, đo tính chất quang và đưa ra mô hình lý thuyết giải thích tính chất quang của chấm lượng tử thu được

3 Các sản phẩm dự kiến

Dung dịch chấm lượng tử được tổng hợp từ các nguồn hữu cơ như bưởi, thơm,…

4 Ngày giao đồ án: 01/12/2023 5 Ngày nộp đồ án: 31/08/2024 6 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt ☒

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt ☒

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

ii

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Kim Khánh MSSV: 20130036 Huỳnh Thị Thanh Thuý MSSV: 20130067

Tên đề tài: “Tổng hợp và khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon từ nguồn phế thải hữu cơ”

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ngô Hải Đăng Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Địa chỉ: 1 Đ Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, Thành phố Thủ Đức, TPHCM

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: - Hoàn thành việc tổng hợp vật liệu nano carbon từ nguồn phế thải hữu cơ (vỏ bưởi, vỏ dứa, vỏ cà rốt, vỏ chanh dây, vỏ thanh long, vỏ dưa hấu, vỏ đậu xanh)

- Khảo sát cấu trúc của các mẫu bằng phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ Raman

- Khảo sát tính chất quang của các mẫu bằng phổ hấp thụ UV-Vis và phổ quang phát quang (Photoluminescence)

- Xác định được nguồn phế thải tạo ra chấm lượng tử carbon với tính chất quang tốt nhất trong điều kiện chế tạo

- Khối lượng công việc thực hiện đủ so với yêu cầu của một khoá luận tốt nghiệp bậc kỹ sư

2 Tinh thần học tập, nghiên cứu của sinh viên: - Sinh viên chịu khó tìm hiểu kiến thức liên quan đến vật liệu và thực nghiệm - Sinh viên có tinh thần làm việc khá nghiêm túc và tuân thủ các quy định an toàn trong phòng thí nghiệm

- Sinh viên tích cực trao đổi các vấn đề liên quan đến kiến thức và thực nghiệm

3 Ưu điểm (của khoá luận và sinh viên): - Sinh viên đã xác định được chấm lượng tử carbon với tính chất quang tốt nhất trong điều kiện chế tạo từ nguồn phế thải khác nhau

- Sinh viên có thái độ tích cực, chịu khó học hỏi, siêng năng 4 Khuyết điểm:

- Đề tài vẫn còn thiếu phần pha các tạp chất vào chấm lượng tử carbon - Sinh viên cần củng cố các kiến thức đã học trong chương trình, chủ động tìm tài liệu, tham gia trao đổi để hiểu sâu hơn về đề tài

5 Đề nghị cho bảo vệ hay không? Khoá luận đủ điều kiện để bảo vệ 6 Điểm: Nguyễn Kim Khánh 9,2 (Bằng chữ: chín hai) Huỳnh Thị Thanh Thuý 8,9 (Bằng chữ: tám chín)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 6 năm 2024

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

Ngô Hải Đăng

iv

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Kim Khánh MSSV: 20130036 Huỳnh Thị Thanh Thuý MSSV: 20130067

Tên đề tài: “Tổng hợp và khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon từ nguồn phế thải hữu cơ”

Họ và tên Giáo viên phản biện: Đỗ Huy Bình Cơ quan công tác của GV hướng dẫn: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Tp Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: Đề tài chế tạo chấm lượng tử từ vật liệu phế phẩm nông nghiệp mang tính thời sự và ứng dụng cao Nội dung thực hiện đáp ứng đủ yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp đại học Cấu trúc luận văn hợp lý Cụ thể:

- Phần tổng quan: giới thiệu tương đối đầy đủ cấu trúc và các tính chất của vật liệu QDs và CQDs

- Phần thực nghiệm và phương pháp phân tích: trình bày rõ ràng và logic - Phần kết quả và thảo luận: chứa đựng một số dữ liệu có giá trị cho thấy sự khác nhau của CQDs do tổng hợp từ nhiều nguồn vật liệu khác nhau, mặc dù các phép đo phân tích vẫn chưa đầy đủ

2 Ưu điểm: - Trình bày rõ ràng mạch lạc các nội dung - Biết cách sắp xếp các quy trình thí nghiệm - Biết phân tích sơ bộ các phổ FTIR, Raman, UV-Vis, PL 3 Khuyết điểm:

- Phần tổng quan chưa tóm tắt tính chất quang đặc trưng của vật liệu QDs như tính chất plasmon bề mặt và giản đồ năng lượng hấp thụ và bức xạ của QDs Các kiến thức này rất quan trọng, giúp giải thích các kết quả phổ UV-Vis và PL

- Chưa phân tích được ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đầu vào đến tính chất của CQDs thu được

4 Kiến nghị và câu hỏi: 4.1 Kiến nghị:

- Không để tài liệu tham khảo trong danh sách các hình ảnh - Tính lại ID/IG trong bảng 3.1 hoặc biểu diễn lại hình 3.4 Dữ liệu bảng 3.1 không tương thích với hình 3.4

4.2 Câu hỏi Câu hỏi 1: Trong phổ UV-Vis, đỉnh hấp thụ của mẫu đậu xanh, thanh long và chanh dây rất thấp, hãy giải thích nguyên nhân? Hãy giải thích tại sao không có phổ Raman của ba mẫu này?

Câu hỏi 2: Hình 3.6 không thấy đỉnh phát xạ của đậu xanh, nhưng hình 3.1 lại thấy mẫu này có màu xanh lá khi chiếu bức xạ UV Hãy giải thích

Câu 3: Màu của các mẫu trong hình 3.1 có liên quan như thế nào đến các phép đo UV-Vis và PL

5 Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị cho bảo vệ

6 Điểm: 9,3 (Bằng chữ: chín phẩy ba)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 6 năm 2024

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

TS Đỗ Huy Bình

vi

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Ngô Hải Đăng, người thầy đã tận tâm hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cho chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này

Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô Nguyễn Thuỵ Ngọc Thuỷ và thầy Huỳnh Hoàng Trung, đã hỗ trợ cũng như tạo điều kiện để chúng tôi có thể hoàn thành khoá luận ở phòng thí nghiệm và cũng giúp chúng tôi rất nhiều trong quá trình học tập Nhờ sự chỉ dẫn tận tình của cô và thầy, chúng tôi đã học hỏi thêm được nhiều kiến thức và bài học quý giá

Chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giảng viên bộ môn Công nghệ Vật Liệu, khoa Khoa Học Ứng Dụng và các quý thầy cô giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền cho chúng tôi những kiến thức nền tảng cũng như là chuyên ngành Bên cạnh đấy, thầy cô đã dành nhiều thời gian giải đáp những thắc mắc và những khó khăn trong quá trình chúng tôi học tập tại trường

Chúng tôi xin cảm ơn anh Nguyễn Khắc Bình và chị Đặng Thị Kiều Anh đã giúp chúng tôi rất nhiều từ những buổi đầu tiên lên phòng thí nghiệm để học tập

Cuối cùng, chúng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn đồng hành bên cạnh động viên chúng tôi và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho chúng tôi trong suốt thời gian vừa qua

Một lần nữa xin cảm ơn tất cả quý thầy cô, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài Chúng tôi kính chúc tất cả quý thầy cô thật nhiều sức khoẻ, hạnh phúc, thành công và mến chúc gia đình, bạn bè chúng tôi thật nhiều niềm vui

Trong quá trình thực hiện đề tài, dù chúng tôi rất cố gắng nhưng không thể nào tránh được những thiếu sót Vì vậy, chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để nội dung khoá luận này được hoàn thiện hơn Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khoá luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của thầy Ngô Hải Đăng Các số liệu và kết quả trong khoá luận là trung thực và chưa được ai công bố Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo được trình bày chi tiết rõ ràng ở trong phần tài liệu tham khảo Chúng tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung khoá luận này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 05 năm 2024

viii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

1.2.1 Mô tả cấu trúc và tính chất 11

1.2.2 Ứng dụng tiềm năng của chấm lượng tử carbon 12

1.2.3 Phương pháp tổng hợp chấm lượng tử carbon 16

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Phương pháp nghiên cứu 17

2.2 Thực nghiệm 17

2.2.1 Nguyên vật liệu 17

2.2.2 Dụng cụ 20

2.2.3 Thiết bị 24

2.2.4 Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon 25

2.2.5 Phương pháp phân tích vật liệu 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Sự hình thành chấm lượng tử carbon 31

3.2 Cấu trúc của chấm lượng tử carbon 32

3.3 Tính chất quang của chấm lượng tử carbon 36

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

x

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

CQDs Carbon quantum dots Chấm lượng tử carbon

UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy Phổ hấp thụ

FTIR Fourier transform - infrared

spectroscopy

Phổ hồng ngoại

OLED Organic light-emitting diode Diode phát sáng hữu cơ

FRET Fluorescence Resonance Energy

Transfer

Truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang

FWHM Full width at half maximum Chiều rộng tối đa ở một nửa

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Danh mục các phế phẩm hữu cơ 17 Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ thí nghiệm 20 Bảng 2.3 Danh mục các thiết bị sử dụng 24 Bảng 3.1 Tỷ lệ ID/IG của ba mẫu CQDs được tổng hợp từ vỏ bưởi, vỏ thơm và vỏ

cà rốt 35

xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của chấm lượng tử 3

Hình 1.2 Chấm lượng tử khi bị kích thích bởi năng lượng ánh sáng 4

Hình 1.3 Cấu trúc vùng năng lượng của chấm lượng tử 4

Hình 1.4 Màu sắc khác nhau của chấm lượng tử CdSe 5

Hình 1.5 Màu sắc khác nhau của chấm lượng tử CdSe 6

Hình 1.6 Bản phác thảo cấu trúc LED dựa trên chấm lượng tử 7

Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc pin mặt trời chấm lượng tử 8

Hình 1.8 Sơ đồ chức năng của một nanosensor chấm lượng tử phát xạ ở 560 nm nhằm phát hiện đường maltose 9

Hình 1.9 Cấu trúc cơ bản của chấm lượng tử carbon 11

Hình 1.10 Hình ảnh huỳnh quang in vivo của chuột được tiêm CQDs được chụp ở các bước sóng kích thích khác nhau Màu đỏ và màu xanh lá cây đại diện cho tín hiệu huỳnh quang của CQDs và tự phát huỳnh quang mô tương ứng 14

Hình 1.11 Sơ đồ biểu diễn cơ chế liên quan đến quá trình dập tắt huỳnh quang do sự có mặt của CH3Hg+ 15

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon 25

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý đo phổ hấp thụ UV-Vis 27

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý phổ FTIR 27

Hình 2.4 Hệ thống máy quang phổ Raman 28

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phổ phát xạ huỳnh quang (PL) 29

Hình 3.1 a) CQDs trước khi chiếu đèn UV b) CQDs khi chiếu đèn UV 31

Hình 3.2 Phổ XRD của chấm lượng carbon từ vỏ cam 32

Hình 3.3 Phổ FTIR của các mẫu chấm lượng tử carbon 33

Hình 3.4 Phổ Raman của chấm lượng tử carbon được tổng hợp từ vỏ bưởi, vỏ thơm và vỏ cà rốt 35

Hình 3.5 Phổ hấp thụ của dung dịch CQDs từ bảy loại phế phẩm tự nhiên 36

Hình 3.6 Phổ PL của các CQDs được tổng hợp từ bảy loại phế phẩm khác nhau 38

MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài

Ô nhiễm môi trường là một vấn đề cấp bách đòi hỏi sự quan tâm từ chúng ta Với dân số toàn cầu vượt quá 7,2 tỷ người, việc quản lý chất thải từ quá trình sản xuất và tiêu thụ thực phẩm đang trở thành một thách thức lớn Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã thúc đẩy sản lượng nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm tăng lên đáng kể Tuy nhiên, cùng với đó là sự tăng nhanh chóng của rác thải thực phẩm, trong đó có vỏ trái cây, đang gây ra những vẫn đề nghiêm trọng của môi trường

Thực trạng rác thải từ vỏ trái cây hiện nay đang là một vấn đề đáng lo ngại trên toàn cầu Mỗi ngày, hàng tấn vỏ trái cây bị vứt bỏ, chất đống tại các bãi rác và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên Hợp Quốc (FAO) thống kê được khoảng 14-17% thực phẩm sản xuất ra bị mất hoặc lãng phí mỗi năm, với rác thải từ trái cây và rau quả chiếm khoảng 46% tổng số này [1] Tại nhiều thành phố lớn, lượng rác hữu cơ từ vỏ trái cây chiếm một phần không nhỏ trong tổng lượng rác thải sinh hoạt, dẫn đến việc quá tải tại các bãi rác và phát sinh nhiều vấn đề như mùi hôi, ruồi nhặng và nước rỉ rác gây ô nhiễm nguồn nước

Bên cạnh đó, việc xử lý rác thải hữu cơ từ vỏ trái cây chưa được thực hiện một cách hiệu quả Phần lớn các phương pháp xử lý hiện nay vẫn dựa vào việc chôn lấp hoặc đốt cháy, gây lãng phí nguồn tài nguyên tiềm năng và tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính như metan và CO2 Thậm chí việc xử lý không hiệu quả còn dẫn đến tình trạng làm tăng mức độ dinh dưỡng trong nước và gây hại cho hệ sinh thái thuỷ sinh [2] Những điều này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn bỏ qua cơ hội tái chế và sử dụng các nguồn tài nguyên này vào những mục đích có lợi

Tuy nhiên, cũng có những tín hiệu tích cực từ nhiều sáng kiến và dự án tái chế vỏ trái cây đang được triển khai tại nhiều nơi Các nghiên cứu và ứng dụng trong việc biến vỏ trái cây thành phân bón hữu cơ, thức ăn gia súc, hoặc nguyên liệu cho các sản phẩm sinh học khác đang ngày càng được chú trọng và phát triển Một số doanh nghiệp và tổ chức cũng đã bắt đầu thu gom và tái chế vỏ trái cây, tạo ra các sản phẩm mới có giá trị, đồng thời giảm thiểu lượng rác thải hữu cơ đổ ra môi trường

Một trong số đó là việc tổng hợp chấm lượng tử carbon (CQDs) từ vỏ trái cây CQDs là vật liệu nano carbon có kích thước nhỏ hơn 10 nm, được coi là bao gồm các lõi tinh thể hoặc vô định hình với liên kết carbon chiếm ưu thế và các nhóm chức

2

phong phú Với các đặc tính nổi trội của nó như: cường độ phát quang ổn định, quang phổ kích thích rộng, huỳnh quang nhiều màu, tan trong nước tốt, Vậy nên vật liệu nano carbon đang được thế giới quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong các lĩnh vực như thiết bị cảm biến, năng lượng mặt trời, quang điện tử, chiếu sáng, y học, Để tổng hợp CQDs, đã đạt được nhiều tiến bộ trong vài năm qua Do đó, các nguồn carbon bền vững và chi phí thấp hiện đang được khám phá để tổng hợp CQDs Theo quan điểm này, việc tổng hợp CQDs từ nguyên liệu xanh, thân thiện với môi trường là rất quan trọng Trong số các phương pháp, phương pháp thủy nhiệt được ưu tiên lựa chọn do thiết bị đơn giản, quy trình dễ thực hiện và ít tốn kém Đặc biệt, việc sử dụng phế phẩm hữu cơ là một chiến lược hiệu quả mang lại lợi ích kép về tổng hợp vật liệu tiên tiến và quản lý chất thải Do đó, chúng tôi đã sử dụng nhiều loại phế phẩm tự nhiên như vỏ các loại trái cây bao gồm bưởi, thơm, cà rốt, chanh dây, thanh long, dưa hấu và đậu xanh để tổng hợp cũng như là khảo sát tính chất quang của chấm lượng tử carbon

Nhìn chung vẫn còn nhiều thách thức nhưng với sự nhận thức ngày càng cao về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, việc quản lý và tái sử dụng rác thải từ vỏ trái cây đang dần trở thành một xu hướng tích cực và cần thiết trong xã hội hiện đại

2 Mục đích của đề tài

Khảo sát và tổng hợp chấm lượng tử carbon từ nguồn phế phẩm hữu cơ như vỏ bưởi, vỏ dứa, vỏ cà rốt, vỏ chanh dây, vỏ thanh long, vỏ dưa hấu và vỏ đậu xanh

3 Nội dung đề tài

Khảo sát các phế phẩm hữu cơ từ vỏ trái cây để nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử carbon Đánh giá tính chất quang của chấm lượng tử carbon bằng một số phương pháp như quang phổ hấp thụ UV-Vis, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ phát xạ huỳnh quang (PL),

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Công nghệ Vật Liệu – Khoa Khoa Học Ứng Dụng Sử dụng các phương pháp phân tích để đánh giá tính chất vật liệu bao gồm: quang phổ hấp thụ UV-Vis, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ phát xạ huỳnh quang (PL),…

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤM LƯỢNG TỬ 1.1 Chấm lượng tử (QDs)

1.1.1 Khái niệm, cấu trúc và tính chất cơ bản của chấm lượng tử

Chấm lượng tử là các tinh thể nano bán dẫn có kích thước siêu nhỏ chỉ từ vài đến vài chục nanomet đủ để làm xuất hiện các đặc tính quang học độc đáo và chấm lượng tử còn được gọi là hạt nhân tạo Kích thước của chấm lượng tử được xác định bởi số lượng nguyên tử bên trong tinh thể Các hạt tải trong chấm lượng tử bị giới hạn theo cả ba chiều trong không gian, hoàn toàn không thể chuyển động tự do và chỉ tồn tại các trạng thái gián đoạn trong không gian Phổ năng lượng liên tục chuyển thành mức năng lượng gián đoạn theo cả ba chiều [3]

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của chấm lượng tử [4]

Cấu trúc của chấm lượng tử có dạng hạt keo gồm hai thành phần chính: Lõi và các phối tử đính trên bề mặt Lõi của chấm lượng tử là phần tinh thể bán dẫn, quyết định chủ yếu cấu trúc điện tử của chúng Các phối tử trên bề mặt của chấm lượng tử đóng vai trò quan trọng, có hai tác dụng chính Thứ nhất, chúng liên kết phối trí với các nguyên tử nằm ở bề mặt ngoài cùng của lõi và tạo ra một lớp bảo vệ ổn định cho lõi Thứ hai, chúng ảnh hưởng đến độ tan của chấm lượng tử trong các dung môi khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tính chất vật lý cũng như là tính chất hoá học của chúng

4

Hình 1.2 Chấm lượng tử khi bị kích thích bởi năng lượng ánh sáng

Khi hấp thụ, electron bị kích thích lên vùng dẫn và đồng thời để lại một lỗ trống mang điện tích trái dấu trong vùng hoá trị, khi đó cặp electron - lỗ trống chịu tác động của lực Coulomb chúng bị hút về phía nhau và cùng nhau tạo thành một exciton, có năng lượng thấp hơn vùng cấm vài meV [5][6] Trong quá trình tái hợp của cặp electron – lỗ trống sẽ phát xạ ra photon, màu sắc của ánh sáng phát xạ thuộc vào độ rộng vùng cấm Eg Chấm lượng tử hấp thụ các photon có năng lượng lớn hơn hoặc bằng Eg, tạo ra sự phát quang và sự tăng năng lượng chuyển tiếp exciton

Hình 1.3 Cấu trúc vùng năng lượng của chấm lượng tử [5]

Khoảng cách trung bình giữa electron trong vùng dẫn và lỗ trống trong vùng hoá trị được gọi là bán kính Bohr Khi kích thước của hạt nano nhỏ hơn bán kính exciton Bohr thì các trạng thái của hạt bán dẫn sẽ bị lượng tử hoá do hiệu ứng giam giữ lượng tử Các electron trong vùng dẫn và các lỗ trống trong vùng hoá trị có thể di chuyển tự do trong toàn bộ tinh thể Do tính chất sóng – hạt của các electron, chuyển động của các hạt tải điện được mô tả bằng tổ hợp tuyến tính các sóng phẳng với bước sóng cỡ nanomet Khi kích thước của khối bán dẫn giảm xuống gần với giá trị của các bước sóng này thì các hạt tải điện bị giam trong khối sẽ có tính chất gần giống như một hạt chuyển động trong một hộp thế Hiệu ứng giam giữ lượng tử này liên quan trực tiếp đến kích thước của chấm lượng tử, khi kích thước hạt QDs giảm thì năng lượng giữa trạng thái năng lượng thấp nhất trên vùng dẫn và trạng thái năng lượng cao nhất ở vùng hoá trị tăng và ngược lại [5]

Bán kính exciton Bohr của chấm lượng tử phụ thuộc vào khối lượng hiệu dụng electron và khối lượng hiệu dụng lỗ trống theo phương trình sau:

Hình 1.4 Màu sắc khác nhau của chấm lượng tử CdSe [6]

6

Bên cạnh đấy, tính chất của chấm lượng tử phụ thuộc chặt chẽ vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước, hình dáng, độ tinh khiết và vật liệu chế tạo nên chúng Ngay cả khi chúng có cùng chung một thành phần hoá học nhưng kích thước khác nhau thì chúng sẽ phát ra các bước sóng có màu sắc khác nhau dưới ánh sáng hồng ngoại hay tử ngoại [6] Điều này là do tính chất lượng tử của các electron và lỗ trống bên trong chấm lượng tử mà có thể được điều chỉnh thông qua việc điều điều chỉnh kích thước và cấu trúc của chúng Do đó, việc điều chỉnh các yếu tố này là cực kỳ quan trọng trong việc tạo ra các chấm lượng tử với các tính chất và ứng dụng khác nhau

Kích thước hạt ảnh hưởng lên các tính chất cấu trúc và tính chất điện tử, cụ thể là thế ion hóa, năng lượng liên kết, phản ứng hóa học, cấu trúc tinh thể, nhiệt độ nóng chảy; và các tính chất quang của các cấu trúc nano kim loại phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của chúng [7] Đối với các hạt kích thước nhỏ, các hàm quang học trở nên phụ thuộc vào kích thước, trong khi đối với các hạt lớn hơn, lý thuyết điện động lực học có thể được áp dụng bằng cách sử dụng các hằng số quang học của khối, liên quan đến hiệu ứng kích thước bên ngoài

Điện trường của sóng ánh sáng tới tạo nên sự phân cực của các điện tử tự do đối với lõi ion của một hạt nano Sự chênh lệch điện tích thực tế ở các biên của hạt nano do đó sẽ hoạt động như lực hồi phục tạo ra một dao động lưỡng cực của các điện tử với một chu kỳ xác định [8], do đó cộng hưởng plasmon bề mặt được tạo nên Như vậy, nếu xét tại một mặt phân cách bất kỳ giữa hai vật liệu có hàm điện môi trái dấu, khi có sự kích thích của ánh sáng tới, các dao động của phân bố điện tích được tạo ra, tạo thành sóng plasmon bề mặt

Hình 1.5 Sự tạo thành plasmon bề mặt trên hạt nano [7].

Bản chất của phổ hấp thụ không phải do sự dịch chuyển giữa các mức năng lượng mà là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Khi tần số của sóng ánh sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt nano sẽ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Ánh sáng được chiếu tới hạt nano dưới tác dụng của điện trường ánh sáng tới, các điện tử trên bề mặt hạt nano được kích thích đồng thời dẫn tới một dao động đồng pha

1.1.2 Ứng dụng của chấm lượng tử

Thiết bị LED

Chấm lượng tử rất có triển vọng để sử dụng trong các lớp phát sáng trong thiết bị LED Độ rộng phát xạ hẹp (được xác định bằng độ rộng tối đa hẹp ở mức tối đa một nửa (FWHM)) và khả năng điều chỉnh bước sóng phát xạ với các biến thể đơn giản về kích thước và thành phần làm cho QDs trở nên hấp dẫn đối với đèn LED Tuy nhiên, khả năng chế tạo các thiết bị quang điện tử có đèn LED dựa trên QDs bằng cách in cuộn và khả năng tương thích của hầu hết các QDs với chất nền nhựa nhẹ, linh hoạt mở ra triển vọng chế tạo các thiết bị linh hoạt diện tích lớn, chi phí thấp Đèn LED dựa trên chấm lượng tử nhìn thấy được được coi là công nghệ hiển thị thế hệ tiếp theo sau màn hình OLED vì nó thể hiện độ tinh khiết màu cao, độ chói cao và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn [9]

Hình 1.6 Bản phác thảo cấu trúc LED dựa trên chấm lượng tử [9]

Hình 1.6 thể hiện sơ đồ của thiết bị LED dựa trên QDs Đầu tiên, lớp vận chuyển lỗ trống (HTL) được phủ spin trên oxit thiếc indi (ITO) gắn vào chất nền làm bằng vật liệu thủy tinh hoặc polyme Sau đó các QDs được lắng đọng bằng cách phủ quay Đối với đèn LED nhìn thấy được, các QDs dựa trên Perovskite, CdSe hoặc InP

8

được sử dụng Chấm lượng tử PbS được sử dụng cho đèn LED hồng ngoại Tiếp theo sự lắng đọng chấm lượng tử là sự lắng đọng của lớp vận chuyển điện tử (ETL) và các điện cực Các điện cực thường được chuẩn bị bằng các kim loại như Ag, Au và Al và được lắng đọng bằng hệ thống bay hơi nhiệt [9]

Pin mặt trời

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong bối cảnh nguồn tài nguyên đang cạn kiệt, việc tận dụng năng lượng tự nhiên như ánh sáng mặt trời trở nên cực kỳ cần thiết Công nghệ chấm lượng tử đã đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất hấp thụ và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, điều này không chỉ giúp tăng cường nguồn cung điện sạch mà còn giảm chi phí sản xuất so với việc sử dụng các tinh thể bán dẫn thông thường [9]

Hình 1.7 Sơ đồ cấu trúc pin mặt trời chấm lượng tử [9]

Hình ảnh sinh học

Trong nhiều thập kỷ, các loại thuốc nhuộm hữu cơ đã được sử dụng trong hình ảnh sinh học Tuy nhiên, hầu hết các loại thuốc nhuộm này thường có năng suất lượng tử và độ bền quang thấp Điều này đã thúc đẩy sự quan tâm và nghiên cứu QD, đặc biệt là với sự tiến bộ của công nghệ nano QD được xem là vượt trội hơn so với thuốc nhuộm hữu cơ truyền thống ở nhiều khía cạnh Ví dụ, nghiên cứu [10] đã chỉ ra rằng QD có thể sáng hơn gấp 20 lần và ổn định hơn gấp 100 lần so với đèn huỳnh quang truyền thống Với các kỹ thuật tổng hợp vô cơ hiện đại đã có sẵn cách để tạo ra các QD có độ sáng cao

Cảm biến sinh học (Biosenser)

Cảm biến sinh học sử dụng các chấm lượng tử mang lại nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các chất đánh dấu truyền thống Bề mặt của chấm lượng tử có thể dễ dàng được thay đổi, tạo ra một lộ trình đơn giản cho việc nhận biết các phân tử cần phân tích Điều này mang lại khả năng tùy chỉnh và linh hoạt hơn trong việc thiết kế và sử dụng các cảm biến sinh học Do kích thước nhỏ của chấm lượng tử, chúng có thể dễ dàng tích hợp vào các thiết bị điện tử hiện đại Điều này mở ra cơ hội sử dụng chấm lượng tử trong các ứng dụng di động và thiết bị cầm tay Có nhiều loại biosensors đã được nghiên cứu, nhưng có hai loại thông dụng nhất: loại 1 là sự truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (Fluorescence Resonance Energy Transfer - FRET), loại biosensor này dựa trên sự truyền năng lượng từ một chấm lượng tử đến một chấm lượng tử khác Khi chấm lượng tử nhận năng lượng từ chấm lượng tử khác, sự phát huỳnh quang sẽ thay đổi, cho phép phát hiện và phân tích các chất phân tích Loại 2 là kết hợp nhiều đầu dò huỳnh quang: Một cách khác để sử dụng chấm lượng tử trong biosensors là kết hợp nhiều đầu dò huỳnh quang Qua sự kết hợp này, chấm lượng tử có thể phát hiện một loạt các chất phân tích khác nhau, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong lĩnh vực đa dạng Sử dụng chấm lượng tử trong biosensors đã mang lại những tiềm năng và lợi ích đáng chú ý, việc nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này vẫn tiếp tục để tận dụng các ưu điểm của chúng [11]

Hình 1.8 Sơ đồ chức năng của một nanosensor chấm lượng tử phát xạ ở 560 nm

nhằm phát hiện đường maltose [11].

Sử dụng chấm lượng tử làm cảm biến sinh học như hình 1.8, đây là một nanosensor chấm lượng tử được dùng để phát hiện đường maltose Chấm lượng tử

10

được chức năng hóa bề mặt với protein liên kết với đường maltose (MBP) có chứa thành phần β-cyclodextrin- QSY-9 Để dập tắt sự phát xạ của chấm lượng tử, thành phần β-cyclodextrin-QSY-9 được gắn chặt vào vị trí liên kết của chấm lượng tử, từ đó truyền năng lượng từ chấm lượng tử sang β-cyclodextrin-QSY-9 được gắn chặt vào vị trí liên kết để dập tắt sự phát xạ của chấm lượng tử (do sự truyền năng lượng từ chấm lượng tử sang β- cyclodextrin-QSY-9) Khi maltose có trong mẫu thì maltose sẽ thay thế cho thành phần β- cyclodextrin-QSY-9 ngăn cản sự truyền năng lượng làm chấm lượng tử phát xạ [11]

1.1.3 Xu hướng nghiên cứu chấm lượng tử

Mỗi chấm lượng tử đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng tuỳ thuộc vào các ứng dụng cụ thể Ví dụ, CdX và PbX (X có thể là Te, Se, S) có độc tính cao do chứa các nguyên tố Cd và Pb Trái lại, các chấm lượng tử không độc hại như Si, Ge, C luôn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh học Tuy nhiên, việc tổng hợp chấm lượng tử Ge đòi hỏi nhiệt cao hoặc sử dụng nhiều hoá chất Chấm lượng tử Si thường không bền do dễ bị oxi hoá Chấm lượng tử ít độc hại như InP cũng được nghiên cứu và sử dụng Tuy nhiên, nguyên tố In lại có giá thành cao cũng như việc tổng hợp nên chúng rất khó cho nên làm giảm tiềm năng ứng dụng của chúng [12] Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm của các loại chấm lượng tử ở trên thì chúng tôi hướng đến việc nghiên cứu chấm lượng tử carbon

Trong những năm gần đây, chấm lượng tử carbon đã thu hút sự quan tâm lớn vì chúng có nhiều đặc tính thuận lợi như là dễ tổng hợp, hiệu suất lượng tử cao, không độc hại và đặc biệt là tan trong nước Đặc điểm này giúp chúng có thể được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực như đánh dấu sinh học, cảm biến quang học hay là pin mặt trời Tổng hợp chấm lượng tử carbon từ các nguồn như đồ uống, thực phẩm hoặc hoá chất có thể đơn giản nhưng việc sử dụng hoá chất có thể mang lại những ưu điểm về độ lặp lại, độ đồng đều của kích thước và tính chất hoá học bề mặt Tuy nhiên, sử dụng các hoá chất hay dung môi hữu cơ trong quá trình tổng hợp có thể gặp phải các hạn chế về mặt môi trường và an toàn sinh học Do đó, tổng hợp các vật liệu nano từ các nguồn sinh học có khả năng tái tạo và tự phân huỷ sinh học sau khi sử dụng đang trở thành một xu hướng quan trọng trong nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp hoá học

Trong khoá luận này, chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu cũng như khảo sát về chấm lượng tử carbon bao gồm cấu trúc, tính chất, ứng dụng, tổng hợp và đánh giá sự phát quang của chúng từ một số loại phế phẩm tự nhiên Cụ thể là chúng tôi tiến hành khảo sát chấm lượng tử carbon từ bảy loại phế phẩm dễ thấy và cũng như

quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày, bao gồm là vỏ trái bưởi, vỏ củ cà rốt, vỏ trái chanh dây, vỏ trái thanh long, vỏ trái dưa hấu, vỏ đậu xanh và vỏ thơm

1.2 Chấm lượng tử carbon

Chấm lượng tử carbon là vật liệu nano carbon đang thu hút sự chú ý như một ứng cử viên triển vọng cho nhiều ứng dụng Chúng được tạo thành từ các hạt nano hình cầu rời rạc và có kích thước khoảng tầm chục nanomet, làm cho chúng trở thành một trong những vật liệu nano không chiều quan trọng [13] Carbon là vật liệu có màu đen và có độ hoà tan thấp trong nước cũng như là phát quang kém [14] Tuy nhiên, chấm lượng tử carbon đã gây nên sự chú ý lớn tập trung trên toàn thế giới vì đặc tính quang học tuyệt vời cũng như khả năng hoà tan trong nước, khả năng tương thích sinh học, độc tính thấp, thân thiện với môi trường và các phương pháp tổng hợp đơn giản [15]

1.2.1 Mô tả cấu trúc và tính chất

Cấu trúc của chấm lượng tử carbon gồm hai phần chính: phần lõi và phần các nhóm chức bề mặt [13] Phần lõi của chấm lượng tử carbon có cấu trúc bao gồm các hệ đa vòng thơm liên hợp π − π, được liên kết với nhau bởi các mạch hydrocarbon no Trong khi đó, các nhóm chức bề mặt bao gồm các nhóm hữu cơ đơn giản như -COOH, -NH2 hoặc -OH, quyết định khả năng hoà tan trong nước và các đặc tính quang học của chúng chẳng hạn như tính chất quang fluorophore (F)

Hình 1.9 Cấu trúc cơ bản của chấm lượng tử carbon [4]

12

Tính chất quang học của chấm lượng tử carbon còn phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản như kích thước và các thành phần của các hệ liên hợp, khả năng tương tác giữa các hệ liên hợp và trạng thái hoá học của các dị tố như là N hay là S Các yếu tố này cùng nhau xác định đặc tính phát xạ và cũng như hiệu suất huỳnh quang của chúng [16]

Độ hấp thụ

Chấm lượng tử carbon thường có đỉnh hấp thụ quang trong vùng UV với đuôi kéo dài đến phạm vi ở vùng khả kiến, được ước tính là sự chuyển tiếp π − π∗ của carbon liên hợp sp2 và sự chuyển tiếp n − π∗ của quá trình lai với các dị tố N, S, P,…[17] Sự thụ động bề mặt của chấm lượng tử carbon với các phân tử khác nhau đã được chứng minh là ảnh hưởng đến sự hấp thụ của chúng và dẫn đến sự dịch chuyển độ hấp thụ sang bước sóng dài hơn [18]

Quang phát quang

Quang phát quang là một trong những đặc tính thú vị của chấm lượng tử carbon có giá trị cả trong nghiên cứu cơ bản lẫn ứng dụng thực tế Khả năng phát xạ huỳnh quang của chấm lượng tử carbon phụ thuộc rõ rệt vào bước sóng và cường độ phát xạ Hiện tượng độc đáo này có thể xuất phát từ sự lựa chọn quang học của các hạt nano có kích thước khác nhau hoặc từ các phối tử khác nhau trên bề mặt của CQDs [16][17]

Điện phát quang

Các tinh thể nano bán dẫn được biết đến là có khả năng hiển thị điện phát quang nên không có gì ngạc nhiên khi CQDs đã truyền cảm hứng cho nhiều mối quan tâm khác nhau đối với nghiên cứu điện phát quang để ứng dụng trong lĩnh vực điện hoá [17]

1.2.2 Ứng dụng tiềm năng của chấm lượng tử carbon

Chấm lượng tử carbon nổi lên như là những lựa chọn thay thế cho các chấm lượng tử truyền thống nhờ vào quy trình đơn giản và chi phí phí thấp, độ ổn định và cả tính an toàn đối với môi trường cũng như sinh học CQDs có khả năng tan tốt trong nước, ít độc hại và có độ huỳnh quang cao làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng quan trọng như cảm biến sinh học, quang xúc tác, quang điện tử, …

Siêu tụ điện

Xuất phát từ những nỗ lực hiện tại, cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các vật liệu carbon dựa trên diện tích bề mặt rộng, xốp, dẫn điện mới với điện dung riêng

cao hơn và độ ổn định chu kỳ dài hơn CQDs đã được áp dụng trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng nhờ vào khả năng điều chỉnh hình dạng và kích thước cũng như tính dẫn điện cao Sử dụng oxit/sulfua kim loại và CQDs để tổng hợp các cấu trúc nano lai đã được chứng minh là một phương pháp hứa hẹn để tạo ra các siêu tụ điện hiệu quả và ổn định Arul và đồng nghiệp [19] đã tổng hợp cấu trúc nano CQD-MnO2 từ nguồn chất thải bền vững bằng phương pháp thân thiện với môi trường Nghiên cứu cấu trúc đã chỉ ra rằng CQD-MnO2 thể hiện diện tích bề mặt cao hơn và độ dẫn điện được cải thiện so với MnO2 nguyên sơ, phản ánh từ CQDs có tính dẫn điện cao

Diode phát sáng dựa trên chấm lượng tử carbon (CLEDs)

Đèn LED là thiết bị chiếu sáng trạng thái rắn, chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng Nó đã trở thành một điểm nóng trong nghiên cứu học thuật, với mục đích ứng dụng chúng trong màn hình tinh thể lỏng, màn hình đủ màu và thiết bị chiếu sáng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta Với tính phong phú, màu sắc có thể điều chỉnh, chi phí thấp và thân thiện với môi trường, CQDs được kỳ vọng sẽ thay thế các chất lân quang đắt tiền và chất bán dẫn gốc kim loại độc hại trong đèn LED [20]

Đối với CLEDs điện phát quang, CQDs thường đóng vai trò là lớp phát xạ tích cực được kẹp trong cấu trúc thiết bị nhiều lớp Ma và các đồng nghiệp [21] lần đầu tiên trình diễn một thiết bị CLEDs màu trắng Độ chói tối đa (Lmax) và hiệu suất lượng tử bên ngoài (EQE) lần lượt là 35 cd m–2 và 0,083% Lấy cảm hứng từ công trình này, một số tiến bộ lớn đã được thực hiện gần đây cho các ứng dụng CLEDs điện phát quang Ví dụ, Yuan và cộng sự [22] đã sử dụng CQDs hình tam giác nhiều màu hiệu suất cao làm lớp phát xạ để chế tạo CLEDs nhiều màu, có độ tinh khiết màu cao (FWHM là 30–39 nm), Lmax là 1882–4762 cd m–2 và hiệu suất hiện tại là 1,22–5,11 cd A–1 Tuy nhiên, nghiên cứu về CLEDs vẫn còn ở giai đoạn đầu, so với các đèn LEDs dựa trên Cd2+-QD (QLEDs) được phát triển tốt hoặc các QLEDs perovskite xuất sắc; CLEDs cho thấy khả năng cải thiện rõ ràng về độ chói, hiệu suất lượng tử bên ngoài và chỉ số tạo màu

Hình ảnh sinh học

Chấm lượng tử carbon là vật liệu nano huỳnh quang có khả năng tương thích sinh học và độc tính sinh học thấp CQDs đã được phát hiện có tiềm năng lớn trong việc tạo hình ảnh quang học đa phương thức của các tế bào và mô Một nghiên cứu của Yang và đồng nghiệp đã khám phá tiềm năng của CQDs như một chất tương phản phát quang trong chuột Trong thí nghiệm, CQDs được phủ PEG trong dung dịch nước và tiêm dưới da vào chuột, tạo ra hình ảnh phát quang ở các bước sóng kích

14

thích khác nhau Kết quả cho thấy hình ảnh có cả phát xạ xanh và đỏ Một giao thức tương tự đã được áp dụng cho nhiều chuột khác và thu được kết quả tương tự Đặc biệt, một dung dịch CQDs dạng nước được tiêm dưới da vào chuột, sau đó tạo ra hình ảnh phát quang với sự kích thích ở bảy bước sóng khác nhau từ 455 nm đến 704 nm Độ tương phản huỳnh quang tốt nhất thu được ở mức kích thích 595 nm (Hình 1.9) [23]

Hình 1.10 Hình ảnh huỳnh quang in vivo của chuột được tiêm CQDs được chụp ở

các bước sóng kích thích khác nhau Màu đỏ và màu xanh lá cây đại diện cho tín

hiệu huỳnh quang của CQDs và tự phát huỳnh quang mô tương ứng [24]

Kích thước nhỏ hơn mang lại lợi thế cho CQDs được sử dụng làm đầu dò trong các cấu trúc sinh học nhỏ và thể tích tối thiểu có thể được sử dụng trong tiêm in vivo Cao và các đồng nghiệp [24] đã chuẩn bị CQDs sử dụng poly (propionyl ethylenimine-co-ethylenimine) để thụ động bề mặt tạo ra cường độ phát quang cao với cơ chế kích thích hai photon trong vùng cận hồng ngoại Độ sáng phụ thuộc vào sức mạnh của tia laser hồng ngoại dạng xung CQDs hòa tan trong nước có kích thước nhỏ hơn 5 nm Các CQDs này được ủ với tế bào ung thư vú ở người và hình ảnh được chụp khi được kích thích bằng xung laser 800 nm CQDs dán nhãn màng tế bào và tế bào chất nhưng không đến được nhân Để có thể dán nhãn nhân, CQDs kết hợp với TAT (một loại protein có nguồn gốc từ virus gây suy giảm miễn dịch ở người) cho phép CQDs tích lũy trong tế bào và đến được nhân

Ứng dụng trong cảm biến

Chấm lượng tử carbon trở nên nổi bật như các đầu dò huỳnh quang để phát hiện các chất phân tích trong các hệ thống môi trường hoặc sinh học nhờ vào khả