nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite zno graphene oxide và ứng dụng quang xúc tác phân hủy methylene blue

TÓM TẮT Luận văn “ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/Graphene oxide và ứng dụng quang xúc tác phân hủy methylene blue” đã thực hiện thành công trong việc tổng hợp vật liệu G

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

SVTH: PHẠM THÚY QUYÊN

SKL011878

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2023

GVHD: PGS.TS TRẦN VĂN KHẢINGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU

NANOCOMPOSITE ZnO/GRAPHENE OXIDE VÀ ỨNG DỤNG QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY

METHYLENE BLUE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SVTH: Phan Thúy Quyên MSSV: 19128008

TÓM TẮT

Luận văn “ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/Graphene oxide và ứng dụng quang xúc tác phân hủy methylene blue” đã thực hiện thành công trong việc tổng hợp vật liệu Graphene oxide theo phương pháp Hummers cải tiến và vật liệu nanocomposite ZnO/GO bằng phương pháp thủy nhiệt

Với các thí nghiệm đã thực hiện, việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái học của vật liệu nanocomposite ZnO/GO Đặc biệt, với việc phân tích bằng các phương pháp đáng tin cậy và hiện đại như phân tích bằng nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), phổ tán xạ Raman, phổ phân tích thành phần hoá (EDS), phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR), quang phổ UV-Vis càng làm cho kết quả thí nghiệm trở nên tin cậy hơn và mở ra những hướng nghiên cứu phát triển trong thời gian tiếp theo Đồng thời, khả năng quang xúc tác phân hủy chất màu methylene blue theo thời gian khi không và có chất xúc tác nanocomposite ZnO/GO được khảo sát dưới ảnh sáng khả kiến Kết quả cho thấy rằng, trong trường hợp phổ hấp thụ phân hủy MB khi không có chất xúc tác, MB hầu như không bị phân hủy Đối với vật liệu nanocomposite ZnO/GO, cường độ MB giảm khi thời gian chiếu xạ tăng lên, cho thấy tất cả các vật liệu này đều có hoạt tính quang xúc tác để phân hủy MB và hiệu suất của các chất xúc tác quang đã được đánh giá

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu luận văn tốt nghiệp, tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý tận tình của các thầy cô trong Khoa Công nghệ Kỹ thuật Hóa học và Thực phẩm, cùng với sự động viên tinh thần rất lớn từ gia đình và bạn bè Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Trần Văn Khải đã tận tình truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình thực hiện luận văn, cung cấp những tư liệu cần thiết và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể nhìn nhận vấn đề một cách sâu sắc, toàn diện và gần gũi với thực tế hơn Tôi cũng xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ, quản lý phòng thí nghiệm đã tạo môi trường làm việc, cung cấp các dụng cụ, thiết bị để việc tiến hành luận văn được thực hiện thuân lợi

Bên cạnh đó, tôi gửi lời biết ơn đến Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa Học đã tạo điều kiện cho chúng tôi được tiếp xúc với môn Chuyên đề tốt nghiệp Đây thật sự là một môn học hữu ích, các thầy cô đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn chúng tôi cách trình bày mục lục, một bài luận văn chính xác cũng như cách tìm kiếm tài liệu từ nguồn rõ ràng,

Do lý thuyết và thực tế có khoảng cách nhất định nên trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi những sai sót Kính mong có thể nhận được sự góp ý của thầy cô nhằm bổ sung và chỉnh sửa luận văn được hoàn thiện hơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

Phan Thúy Quyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/Graphene oxide và ứng dụng quang xúc tác phân hủy methylene blue” là một công trình nghiên cứu độc lập và không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Đây là sự nỗ lực nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và một phần được nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Kim loại và Hợp kim thuộc Khoa Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Tôi xin cam kết những thông tin trên là đúng sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

Phan Thúy Quyên

1.1 Vật liệu graphen, graphene oxide 3

1.1.1 Cấu trúc của vật liệu 3

1.1.2 Các tính chất của vật liệu 4

1.1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu GO 5

1.1.4 Các ứng dụng của vật liệu GO 6

1.2 Vật liệu nano ZnO 7

1.2.1 Cấu trúc của vật liệu 7

1.2.2 Các ứng dụng của vật liệu 8

1.3 Vật liệu nanocomposite ZnO/GO 10

1.3.1 Cấu trúc của nanocomposite ZnO/GO 10

1.3.2 Phương pháp tổng hợp ZnO/GO 10

1.3.3 Ứng dụng của nanocomposite ZnO/GO 11

1.4 Chất màu Methylene xanh (MB) 12

1.4.1 Tổng quan về chất màu 12

1.4.2 Cơ chế phân hủy chất màu Methylene xanh(MB) 13

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 17

2.2 Tổng hợp vật liệu 19

2.2.1 Tổng hợp vật liệu GO 19

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO 20

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 21

2.3.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) 21

2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM ) 21

2.3.3 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) 22

2.3.4 Phổ tán xạ Raman 22

2.3.5 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 23

2.3.6 Phương pháp quang phổ tử ngoại khả kiên (UV-Vis) 23

2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái học của vật liệu nanocomposite ZnO/GO 23

2.5 Khảo sát khả năng quang xúc tác của vật liệu nanocomposite ZnO/GO 24

2.5.1 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB khi không có chất xúc tác là vật liệu ZnO/GO 24

2.5.2 Khảo sát hoạt tính quang xúc tác phân hủy MB của vật liệu nanocomposite ZnO/GO 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 26

3.1 Tính chất đặc trưng của vật liệu 26

3.1.1 Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD) 26

3.1.2 Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường và phổ tán sắc năng

lượng (FE-SEM và EDS) 31

3.1.3 Kết quả phân tích phổ tán xạ raman 36

3.1.4 Kết quả phổ hồng ngoại (FTIR) 38

3.1.5 Kết quả năng lượng vùng cấm của vật liệu 40

3.2 Kết quả khảo sát khả năng quang xúc tác 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 58

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Hóa chất sử dụng 17

Bảng 2.2: Thiết bị sử dụng 18

Bảng 2.3: Nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt của vật liệu nanocomposite ZnO/GO 24

Bảng 3.1: Dữ liệu XRD và kích thước tinh thể trung bình của ZnO 30

Bảng 3.2: Bảng so sánh hiệu suất phân hủy quang xúc tác MB của vật liệu nanocomposite ZnO/GO với các nghiên cứu trước đây 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1: Cấu trúc của graphene 3

Hình 1 2: Các cấu trúc của vật liệu graphite, graphene oxide, graphene oxide khử 4

Hình 1 3: Ứng dụng của vật liệu Graphene oxide 6

Hình 1 4: Các dạng cấu trúc của tinh thể ZnO 8

Hình 1 5: Các ứng dụng nổi bật của vât liệu nanocomposite ZnO/GO 11

Hình 1 6: Công thức cấu tạo của methylene xanh (MB) 12

Hình 1 7: Cơ chế phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm bằng cách sử dụng chất xúc tác quang ZnO 13

Hình 1 8: Cơ chế phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm bằng cách sử dụng chất xúc tác quang ZnO/GO 15

Hình 3 1: Giản đồ XRD của graphite, GO và ZnO tinh khiết 26

Hình 3 2: Giản đồ XRD của vật liệu nanocomposite ZnO/GO được tổng hợp ở 160°C, 180° C, 200°C, 220°C trong thời gian gia nhiệt 12h 28

Hình 3 3: Kết quả SEM của vật liệu graphene oxide với các độ phân giải khác nhau: a)10.0k, b)20.0k 31

Hình 3 4: Kết quả SEM của vật liệu nanocomposite ZnO/GO theo thời gian 12h ở 160°C (T160) với các độ phân giải khác nhau: a)5.00k, b)10.0k, c)20.0k, d)30.0k 33

Hình 3 5: Kết quả SEM của vật liệu nanocomposite ZnO/GO theo thời gian 12h ở 180°C (T180) với các độ phân giải khác nhau: a)5.00k, b)10.0k, c)20.0k, d)40.0k 33

Hình 3 6: Kết quả SEM của vật liệu nanocomposite ZnO/GO theo thời gian 12h ở 200°C (T200) với các độ phân giải khác nhau: a)5.00k, b)10.0k, c)20.0k, d)30.0k 34

Hình 3 7: Kết quả SEM của vật liệu nanocomposite ZnO/GO theo thời gian 12h ở 220°C (T220) với các độ phân giải khác nhau: a)5.00k, b)10.0k, c)20.0k, d)30.0k 34

Hình 3 8: Phổ EDS của vật liệu: a) GO, b) ZnO, c) nanocomposite ZnO/GO theo thời gian 12h ở 200°C (T200) và các thành phần nguyên tố được tính toán được hiển thị trong bảng và được chèn vào hình 35

Hình 3 9: Phổ Raman của vật liệu GO và ZnO tinh khiết 36

Hình 3 10: Phổ Raman của vật liệu nanocomposite ZnO/GO được tổng hợp ở 160°C, 180° C, 200°C, 220°C trong thời gian gia nhiệt 12h 37

Hình 3 11: Phổ FIIR của vật liệu GO, ZnO và nanocomposite ZnO/GO được tổng hợp ở 160°C, 180° C, 200°C, 220°C trong thời gian gia nhiệt 12h 39 Hình 3 12: Biểu đồ Tauc của vật liệu nanocomposite ZnO/GO được tổng hợp ở 160°C, 180° C, 200°C, 220°C trong thời gian gia nhiệt 12h 41 Hình 3 13: Phổ hấp thụ UV-Vis của sự quang xúc tác phân hủy MB khi có chất xúc tác a) ZnO/GO (160°C); b) ZnO/GO (180°C); c) ZnO/GO (200°C); d) ZnO/GO (220°C) và e) khi không có chất xúc tác 42 Hình 3 14: Phần trăm phân hủy MB khi không và có chất xúc tác là vật liệu nanocomposite ZnO/GO 43

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh

XRD Nhiễu xạ tia X X-ray Diffraction

FE-SEM Kính hiển vi điện tử quét

UV-Vis Quang phổ tử ngoại khả

kiến UV-Visible Diffuse GO Graphene Oxit Graphene Oxide

ZnO Kẽm oxit Zinc oxide

ZnO/GO Kẽm oxit pha tạp graphene

oxit

Zinc oxide – doped graphene oxide rGO Graphene Oxit khử Reduced Graphene Oxide

MB Methylene xanh Methylene blue

MỞ ĐẦU

Thuốc nhuộm chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có màu sắc tươi sáng do sự hiện diện của nhóm mang màu và sắc tố [1] Chúng được sử dụng làm chất phụ gia quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như nhà máy bột giấy, tổng hợp thuốc nhuộm, thực phẩm, in ấn, da và nhựa [2] Việc thải nước thải nhiễm thuốc nhuộm từ các ngành công nghiệp này vào môi trường nước gây mất mỹ quan, độc hại đối với đời sống thủy sinh và gây ô nhiễm hệ sinh thái Việc loại bỏ các hóa chất hữu cơ không phân hủy sinh học này khỏi nước là một vấn đề sinh thái quan trọng Các nghiên cứu đã báo cáo các hạt nano dựa trên oxit kim loại như TiO2, SiO2, ZnO, SnO2 và Fe2O3 để phân hủy thuốc nhuộm bằng quang xúc tác thành các sản phẩm ít độc hại hơn và dẫn đến nguồn nước an toàn để xử lý phù hợp với sức khỏe cộng đồng rất được mong đợi [3]

ZnOđã được báo cáo là một trong những chất quang xúc tác xanh tuyệt vời, vì dễ tổng hợp và thân thiện với môi trường [4] Tính chất của ZnO được quan tâm nghiên cứu là sự phát xạ bức xạ ở vùng tử ngoại và khả kiến, có tiềm năng ứng dụng to lớn trong việc phát sáng ánh sáng Tuy nhiên ZnO tồn tại khuyết tật do nguyên tử oxi và nguyên tử kẽm bị khuyết hoặc xen kẽ dẫn đến ZnO phát quang một vùng bức xạ rộng trong miền ánh sáng khả kiến Điều này có ảnh hưởng đến cường độ phát xạ đỉnh ở bước sóng 380 nm và do đó hạn chế ứng dụng của ZnO Nhiều công trình nghiên cứu đưa ra các giải pháp như phủ hạt nano kim loại như Au, Ag… lên bề mặt ZnO, đặt trên bề mặt ZnO một cấu trúc tuần hoàn cũng đã thu đươc kết quả tăng cường đỉnh phát xạ ở bước sóng 380 nm Trong khi đó, graphene oxide là loại vật liệu có thể có thể cải thiện tính chất quang của ZnO, GO là một vật liệu cacbon có cấu trúc hai chiều, có thể cải thiện các tính chất quang của vật liệu nanocomposite Hoạt động phân hủy quang xúc tác tăng cường liên quan đến GO có thể là do các đặc tính độc đáo của nó, bao gồm các chức năng oxy ở mức độ cao, diện tích bề mặt lớn và các vị trí hấp phụ hiệu quả, sở hữu nhiều tính chất vật lý đặc biệt mà ít có vật liệu nào có được như độ truyền qua cao (97.4%), độ linh động hạt tải lớn, độ dẫn nhiệt cao (53 W cm-1 K-1 ) Do đó, sự kết hợp của GO và vật liệu nano ZnO được kỳ vọng có thể làm tăng khả năng hấp phụ của các phân tử thuốc nhuộm bằng cách tăng cường sự tiếp xúc giữa các phân tử thuốc nhuộm và chất xúc tác quang

Vật liệu nanocomposite ZnO/GO có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng phương pháp thủy nhiệt được sử dụng rất phổ biến Mặc dù vẫn còn tồn tại nhiều khuyết điểm như chi phí, không quan sát được các phản ứng xảy ra trong quá trình thủy nhiệt nhưng phương pháp này vẫn mang lại nhiều lợi ích đáng kể hơn so với những khuyết điểm của chúng như kiểm soát được kích thước hạt sản phẩm, sự phân bố hình dạng hạt bằng cách điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, thời gian phản ứng, loại dung môi, Do đó đề tài “ Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/Graphene oxide và ứng dụng quang xúc tác phân hủy methylene blue” đã được thực hiện Với các mục tiêu chính của luận văn này được đặt ra như sau:

- Tổng hợp vật liệu Graphene oxide theo phương pháp Hummers cải tiến - Tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO bằng phương pháp thủy nhiệt - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hình thái học của vật liệu nanocomposite

ZnO/GO - Khảo sát khả năng quang xúc tác phân hủy methylene xanh theo thời gian khi không

và có chất xúc tác nanocomposite ZnO/GO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu graphen, graphene oxide

1.1.1 Cấu trúc của vật liệu

Graphene là một cấu trúc đơn giản của Graphite được tạo thành từ các nguyên tử cacbon sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng, hay còn gọi là cấu trúc tổ ong [5].Trong đó mỗi nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử carbon gần nhất bằng liên kết π – π, hợp thành góc 120o, tương ứng với trạng thái lại hóa sp2 Khoảng cách giữa các nguyên tử carbon gần nhất là 0,142 nm [6] Khi các nguyên tử carbon lai hóa sp2 trong các lớp graphen bị oxi hóa chuyển lên carbon sp3, xuất hiện các nhóm chức bề mặt như –COOH, -OH, -C-O-C-, -C=O, đó là một dạng biến đổi của graphene, được gọi là graphene oxide (GO) [7].

Hình 1 1: Cấu trúc của graphene GO là một vật liệu nano dạng tấm đã được sử dụng rộng rãi để cải thiện các tính chất vật lý và cơ học nhờ cấu trúc 2D độc đáo của nó với nhiều nhóm chức oxy gắn trên bề mặt đơn lớp Các nguyên tử O liên kết với với các nguyên tử C thông qua liên kết cộng hóa trị, khiến C từ trạng thái lai hóa sp2 có trong vật liệu graphene ban đầu chuyển sang trạng thái lai hóa sp3 làm tăng số lượng khuyết tật trên graphene và ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của tấm nano GO GO có sự khác biệt lớn so với Graphene là trong vật liệu GO, số lượng các nguyên tử C liên kết với O chiếm nhiều hơn số lượng C mang trạng thái lai hóa sp2 Tuy

Nguyên tử carbon ~0.142nm Liên kết phân tử

nhiên, GO không bền nhiệt và rất dễ bị khử bằng cách loại bỏ đi các nhóm chức chứa O, khi đó, GO sẽ chuyển thành Graphene Oxide khử (rGO)

Hình 1 2: Các cấu trúc của vật liệu graphite, graphene oxide, graphene oxide khử

1.1.2 Các tính chất của vật liệu

Graphen được coi là một loại chất bán dẫn hoặc bán kim loại, bên cạnh đó graphene còn được biết đến là vật liệu dẫn điện với tốc độ chuyển động của các electron và độ dẫn điện cao Trong quá trình oxy hóa Graphene, các C lai hóa sp2 bị dịch chuyển liên tục và được thay thế bằng các C lai hóa sp3 chứa các nhóm chức của oxy, khi đó độ rộng vùng cấm được hình thành Khi quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn, độ rộng vùng cấm sẽ ngày càng tăng lên và khi đó GO trở thành chất cách điện [8] Graphen có độ linh động điện tử cao ~15000 cm2/V.s ở nhiệt độ phòng Điện trở suất của graphene ~10-6

Ωcm, thấp hơn điện trở suất của bạc (Ag)

Graphene có các đặc tính quang học và quang điện tử độc đáo, đơn lớp graphene trong vùng nhìn thấy có hệ số phản xạ ánh sáng tới không đáng kể (<0,1%) và nó chỉ hấp thụ 2,3% cường độ ánh sáng, không phụ thuộc vào bước sóng [9] Graphene đơn lớp gần như trong suốt (97,7%) và độ truyền qua giảm dần theo số lớp Graphene cũng có thể tạo ra phát quang bằng cách cắt nó thành các dải nano và các chấm lượng tử (QĐ) hoặc bằng cách pha tạp nó để giảm khả năng kết nối của mạng p-electron [9]

Graphene cũng mang lại các tính chất cơ học và nhiệt, graphene cho thấy độ bền kéo 125 Gpa là vật liệu rất cứng, độ dẫn nhiệt cực cao ở mức 5×103 W/mK, tương đương với độ dẫn nhiệt của CNTs nhưng cao hơn nhiều so với của kim cương và than chì [9] Tính năng

Graphite

Graphene oxide Graphene oxide

khử

này của graphene là do liên kết cộng hóa trị sp2 mạnh của nó Liên kết 𝜎 mạnh trong mặt phẳng đơn lớp dẫn đến tính chất cơ học tuyệt vời của nó

Tương tự như graphite, graphene có thể hấp thụ và giải hấp thụ các nguyên tử và phân tử khác ( NO2, NH3, K và OH) nên graphene có thể được sử dụng để cảm biến hóa chất, bên cạnh đó, graphene cũng cho thấy tính linh hoạt cao, ổn định nhiệt và khả năng chống thẩm thấu khí vượt trội [9]

1.1.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu GO

Graphene oxide được tổng hợp chủ yếu thông qua quá trình oxy hóa hóa học của than chì tự nhiên mặc dù có một vài báo cáo về quá trình oxy hóa điện hóa thay thế [10][11] Năm 1859 [12], lần đầu tiên Graphene oxide được tổng hợp bởi Brodie và sau khoảng 40 năm, một phương pháp cải tiến từ Staudermaier Dựa vào công trình nghiên cứu này, Hummers và Offeman đã phát triển một phương pháp oxy hóa thay thế, được gọi là phương pháp Hummers [13] Những cải tiến của phương pháp Hummers so với các phương pháp trước đó nhằm tổng hợp GO hiệu quả cao hơn Đầu tiên, phản ứng có thể được hoàn thành trong vòng một vài giờ Thứ hai, KClO3 được thay thế bằng KMnO4 để cải thiện an toàn phản ứng, tránh sự phát triển của ClO2 gây nổ Thứ ba, việc sử dụng NaNO3 thay vì HNO3 bốc khói sẽ loại bỏ sự hình thành sương mù axit Nhờ sự dễ dàng và thời gian thực hiện ngắn, phương pháp của Hummers đã được áp dụng rộng rãi để tổng hợp GO [14] [15], nhưng nó vẫn mắc phải một số lỗi, bao gồm cả độc hại sinh khí (NO2, N2O4), nitrat dư và năng suất thấp,v.v…

Để giải quyết những vấn đề này, nhiều sửa đổi khác nhau về phương pháp của Hummers đã được thực hiện trong nhiều năm qua và điểm khác biệt nổi bật của phương pháp [16] [17] là loại bỏ NaNO3 trực tiếp khỏi phương pháp Hummers với một công việc cải tiến Để thực hiện việc loại bỏ NaNO3, Tour và các cộng sự đã tăng lượng KMnO4 và sử dụng hỗn hợp hai acid H2SO4 và H3PO4 với tỉ lệ 9:1 thay cho việc sử dụng NaNO3 [18] Marcano phát hiện ra rằng phương pháp Hummers cải tiến dẫn đến năng suất cao hơn và nhiệt độ có thể được kiểm soát dễ dàng và cho thấy sự giảm hoạt động của các chức amin và các nhóm thơm, tăng sự tạo tinh thể, đồng thời sử dụng lượng KMnO4 gấp đôi và gấp 5,2 lần

lượng H2SO4 so với yêu cầu của phương pháp Hummers và cũng đưa một thành phần mới là H3PO4 vào hệ thống phản ứng

1.1.4 Các ứng dụng của vật liệu GO

Hình 1 3: Ứng dụng của vật liệu Graphene oxide Với tầm quan trọng về thời gian, các siêu tụ điện đã thu hút được nhiều sự chú ý và mang nhiều hứa hẹn Yadav KK và cộng sự đã tổng hợp graphene xanh bằng cách sử dụng than sinh học thu được sau khi đun nóng gạo Graphene oxide được tổng hợp có kích thước từ 3 nm đến 10 nm với kích thước tấm khoảng 4 μm Trong đó, điện cực carbon thủy tinh được pha tạp graphene oxide cho thấy điện dung riêng là 158 Fg−1 với khả năng duy trì 93% sau 2000 lần chạy thử nghiệm phóng điện tĩnh điện ở dòng điện phóng điện 3Ag−1 [19]

Các chất gây ô nhiễm khó kiểm soát trong môi trường công nghiệp về việc xử lý nước thải là vấn đề cấp bách hiện nay Dựa trên yêu cầu này, Chandu B et al đã đề xuất tổng hợp vật liệu nanocomposite Ag/graphene oxide sử dụng dịch chiết lá Annona reticulata Sự phân hủy quang được chế tạo cho thấy sự phân hủy 96% của thuốc nhuộm methylene xanh trong mẫu trong vòng 2 giờ [20] Dưới tác động của ánh sáng, các nanocomposite này kích thích điện tử và bắt đầu một số phản ứng oxi hóa khử, cuối cùng dẫn đến chuyển đổi phân tử thuốc nhuộm thành phân tử nước và carbon dioxide [21]

Graphene oxide

Bên cạnh đó, để kiểm soát các chất gây ô nhiễm không khí, việc sử dụng than chì tinh khiết có những hạn chế về độ nhạy và khả năng đảo ngược [22], vì lý do đó, graphene cần phải sửa đổi để cải thiện các đặc tính cảm nhận khí của nó Để hỗ trợ điều này, Hashtroudi và các cộng sự đã cố gắng tổng hợp các hạt nano graphene oxide khử dựa trên pallidi bằng cách sử dụng phương pháp vi sóng để phát hiện khí hydro trong các điều kiện hoạt động khác nhau, việc tiếp xúc với bức xạ UV và tăng độ ẩm cũng tăng cường độ nhạy của các tấm nano tổng hợp [23]

Ngày nay, việc sử dụng công nghệ nano để khám phá các loại bệnh trong lĩnh vực y sinh đang phát triển rộng rãi Đặc biệt, đặc tính phát quang của các hạt nano graphene làm cho chúng trở thành một vật liệu đầy hứa hẹn thích hợp cho việc thiết kế đầu dò hình ảnh sinh học [24] [25] Fan Z et al đã tổng hợp các chấm lượng tử graphene chứa polyetylenimin hoặc (3-cacboxyl) phenyl bromua phosphine Các vật liệu này cho thấy tính chất quang học cao và tính chọn lọc đối với ty thể và được đề xuất giải pháp thay thế cho thuốc nhuộm huỳnh quang truyền thống [26]

1.2 Vật liệu nano ZnO

1.2.1 Cấu trúc của vật liệu

Kẽm oxit (ZnO) là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O) Zn liên kết với O theo liên kết cộng hóa trị, trong điều kiện nhiệt độ phòng, ZnO có độ rộng vùng cấm rộng với giá trị E = 3.4eV, năng lượng liên kết exciton lớn ở khoảng 60meV, điều này cho thấy ZnO là một loại vật liệu bán dẫn [27]

Cấu trúc tinh thể của ZnO tồn tại ở ba dạng bao gồm cấu trúc Hexagonal Wurtzite, lập phương đơn giản (Rocksalt) và lập phương giả kẽm (Zincblende) [27]

(a) Lục giác Wurtzite (b) Lập phương Rocksalt (c) Lập phương Zincblende

Hình 1 4: Các dạng cấu trúc của tinh thể ZnO Hexagonal wurtzite là tinh thể hệ lục phương có cấu trúc bền, ổn định nhiệt, tính chất nhiệt động lực ổn định trong điều kiện nhiệt độ và áp suất ở môi trường xung quanh nên nó là cấu trúc ổn định nhất ở tự nhiên Mỗi ion âm oxy bị bao quanh bởi bốn ion dương Zn ở bốn góc của tứ diện, và ngược lại mỗi ion dương Zn bị bao quanh bởi bốn ion âm Oxy, liên kết trong cấu trúc này chủ yếu là liên kết ion

Rocksalt là cấu trúc dạng lập phương dạng giả bền của ZnO, chỉ tồn tại dưới điều kiện áp suất cao Trong cấu trúc này, mỗi ô cơ sở có 4 phân tử ZnO, mỗi nguyên tử bất kì được bao bọc bởi 4 nguyên tử khác loại: mỗi nguyên tử Zn được bao bọc bởi 4 nguyên tử O nằm ở 4 đỉnh của một tứ diện

Zincblende là cấu trúc không bền của ZnO và được kết tinh ở nhiệt độ cao nếu ô cơ sở có thuộc tính hệ lập phương Trong cấu trúc này mỗi ô cơ sở có 4 phân tử ZnO mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử Oxy lân cận gần nhất nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện đều

1.2.2 Các ứng dụng của vật liệu

Vật liệu ZnO là một chất bán dẫn loại n và có độ rộng vùng cấm rộng (3,4 eV) ZnO và vật liệu tổng hợp của nó đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong các lĩnh vực đời sống như lĩnh vực môi trường, y sinh, cảm biến quang học, xúc tác quang, siêu tụ điện, Nhờ vào các tính chất điện, hóa lý, quang điện tuyệt vời của nó như hằng số điện môi thấp, liên kết Zn-O dồi dào, độ truyền sáng cao, ổn định hóa lý tốt, năng lượng liên kết

kích thích lớn, không độc hại, tương thích sinh học, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, v.v [28] [29] [30] [31]

Trong lĩnh vực môi trường, phenol và các dẫn xuất của nó là một trong những chất gây ô nhiễm có trong chất thải công nghiệp, nhựa, dược phẩm, thực phẩm, gây ra các bệnh chết người khác nhau như chậm phát triển cơ bắp, ảnh hưởng đến hô hấp, ung thư, Cảm biến dựa trên ZnO được chứng minh rộng rãi về khả năng phát hiện phenol, mang lại độ nhạy tuyệt vời và giới hạn phát hiện thấp hơn Ngoài ra, nhờ vào đặc tính quang xúc tác [32] ZnO được sử dụng làm vật liệu phân hủy các chất ô nhiễm trong môi trường Dưới tác động của ánh sáng tự nhiên, ZnO giúp các chất ô nhiễm như dầu, vi khuẩn, khí độc, nấm, mùi khó chịu phân hủy thành nước và CO2

Trong lĩnh vực y sinh, Các ZnO NFs được tổng hợp ở nhiệt độ thấp và khả năng tiêu diệt tế bào của nó được theo dõi đối với các tế bào ung thư và khả năng tiêu diệt tế bào ung thư của nó cao hơn so với các tế bào bình thường [33] Bên cạnh đó, ZnO NFs không những thể hiện các đặc tính bảo vệ thần kinh và tạo thần kinh [34] mà còn được sử dụng đối với sự phát triển và tích hợp xương của nguyên bào xương

Trong lĩnh vực cảm biến, các điện cực cấu trúc nano ZnO thường được sử dụng trong các cảm biến điện hóa vì chúng rẻ tiền, tương thích sinh học, phân hủy sinh học và không độc hại [35] Người ta đã nhận thấy rằng việc bổ sung vật liệu nano carbon vào cấu trúc nano ZnO giúp cải thiện tính ổn định hóa học và độ dẫn điện của chúng [36] [37]

Bên cạnh đó, các hạt nano ZnO còn được sử dụng làm chất tạo màu và chất độn Chức năng của các hạt nano ZnO trong kem chống nắng là hấp thụ bức xạ tia cực tím để giảm, loại bỏ hoặc ngăn ngừa cháy nắng và lão hóa da sớm [38] nhờ vào ZnO có thể hấp thu quang học cao đối với bức xạ UVA (320–400 nm) và UVB (290–320 nm) Ngoài ra, các hạt nano này còn được sử dụng rộng rãi trong sơn, bột màu, các sản phẩm chăm sóc cá nhân như kem dưỡng da trẻ em, đồ trang điểm, xà phòng tắm, sản phẩm làm móng, phấn bôi chân và các loại mỹ phẩm khác bao gồm cả kem chống nắng [39]

1.3 Vật liệu nanocomposite ZnO/GO

1.3.1 Cấu trúc của nanocomposite ZnO/GO

Cấu trúc của nanocomposite ZnO/GO được hình thành từ liên kết giữa các hạt ZnO với tấm GO, liên kết này được hình thành nhờ vào các nếp gấp trên bề mặt của GO Bề mặt GO thường được bao phủ bởi các nhóm chức epoxy, hydroxyl và các nhóm chức khác như carbonyl và carboxyl thường nằm ở các cạnh của tấm GO Các nhóm chức này đóng vai trò là vị trí để các hạt neo lên và hình thành các cấu trúc nano trên bề mặt và ở các cạnh của GO Các ion Zn2+ từ phân tử tiền chất liên kết với các nguyên tử O có trong các nhóm chức trên bề mặt GO bằng lực tĩnh điện và phát triển thành các tinh thể nano trên bề mặt GO

1.3.2 Phương pháp tổng hợp ZnO/GO

Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO khác nhau đã được phát triển, bao gồm phương pháp thủy nhiệt [40], sol-gel [41] Một số phương pháp mới và tiện lợi hơn như siêu âm, đốt có sự hỗ trợ của vi sóng [42] gần đây đã được công bố Tổng hợp các vật liệu nanocomposite với phương pháp kết tủa [43] trong dung dịch cồn là con đường chi phí thấp được sử dụng phổ biến nhất và hứa hẹn

Tuy nhiên, dựa trên ưu và nhược điểm của từng phương pháp cũng như những điều kiện nghiên cứu của phòng thí nghiệm hiện có thì phương pháp thủy nhiệt là phương pháp phù hợp nhất để được chọn trong bài luận văn Mặc dù phương pháp thủy nhiệt được sử dụng rất phổ biến nhưng vẫn còn tồn tại nhiều khuyết điểm như chi phí, không quan sát được các phản ứng xảy ra trong quá trình thủy nhiệt, tuy nhiên, phương pháp này vẫn mang lại nhiều lợi ích đáng kể hơn so với những bất cập của chúng như kiểm soát được kích thước hạt sản phẩm, sự phân bố hình dạng hạt bằng cách điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, thời gian phản ứng,

Trong quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO bằng phương pháp thủy nhiệt, dung dịch tiền chất chứa Zn ban đầu được phân tán vào dung dịch GO tạo thành một hệ đồng nhất Sau đó, hỗn hợp này mang đi thủy nhiệt và được làm nóng trong bình thủy nhiệt (autoclave) làm từ thép không gỉ, kín tại điều kiện nhiệt độ và thời gian nhất định tùy thuộc

vào mục đích nghiên cứu Áp suất trong autoclave tăng lên đáng kể so với áp suất khí quyển Bằng sự kết hợp đồng thời của hai điều kiện nhiệt độ và áp suất mà độ kết tinh và tinh khiết của sản phẩm cao [44] Sau quá trình thủy nhiệt, ZnO/GO thường có màu đen, điều này chứng tỏ GO đã được khử thành rGO thông qua phản ứng khử oxy và khử nước [45].Quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO dựa trên cơ chế:

Đầu tiên, muối kẽm acetate thủy phân trong dung dịch NaOH (1) tạo thành Zn(OH)2 Các Zn(OH)2 này tiếp xúc với dung dịch GO (2) mang tính acid nên bị oxy hóa tạo thành ion Zn2+ và giải phóng các electron Sau đó, Zn2+ tương tác tĩnh điện với các nhóm chức chứa oxy tích điện âm của GO, đồng thời, các nhóm chức chứa oxy bị khử bởi các electron và khôi phục lại các C lai hóa sp2 và hình thành Zn(OH)2 (3) Các tinh thể Zn(OH)2 tăng trưởng thông qua quá trình phản ứng, các hạt này được giữ ổn định trên bề mặt GO và dần chuyển thành các hạt nano ZnO thông qua phản ứng khử nước (4) từ quá trình thủy nhiệt [46] Các phương trình phản ứng xảy ra như sau:

Zn(CH3COO)2.2H2O + 2OH- → Zn(OH)2 + 2CH3COO- + 2H2O (1) Zn(OH)2 + 2H+ → Zn2+ + 2H2O (2)

GO + nZn2+ + 2ne- + nH2O → rGO + nZn(OH)2 (3) Zn(OH)2 → ZnO + H2O (4)

1.3.3 Ứng dụng của nanocomposite ZnO/GO

Hình 1 5: Các ứng dụng nổi bật của vât liệu nanocomposite ZnO/GO

Nhờ vào đặc tính quang xúc tác, vật liệu ZnO/GO được nghiên cứu để đồng tổng hợp Ag và GO mới [47] và hiệu quả cao để phân hủy thuốc nhuộm methylene xanh dưới bức xạ, dưới tác dụng của tia UV hay ánh sáng tự nhiên ZnO/GO còn được sử dụng trong phản ứng tạo ra hydro xúc tác quang do dễ dàng thu được ánh sáng khả kiến và tạo điều kiện chuyển điện tử [48]

Ở một khía cạnh khác, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy sự kết hợp của ZnO với GO có thể tạo ra hiệu ứng tổng hợp, dẫn đến hiệu quả kháng khuẩn tuyệt vời của vật liệu Các chất xúc tác dựa trên GO có thể là một tác nhân hiệu quả kháng khuẩn [49], ZnO cũng thể hiện tính năng kháng khuẩn tuyệt vời như giải phóng các ion Zn2+ và gây tổn thương cho thành tế bào của vi khuẩn Nhiều chứng minh đã thể hiện rõ thanh nano ZnO/rGO tổng hợp sinh học có hoạt tính kháng khuẩn chống lại Escherichia coli (E coli) vi khuẩn Gram âm, Staphylococcus aureus (S aureus) vi khuẩn Gram dương và sự phân hủy quang xúc tác của methylene xanh (MB)

Bên cạnh đó, vật liệu ZnO/GO còn được ứng dụng làm chất mang thuốc điều trị bệnh ung thư [50] nhờ vào tương tác tĩnh điện giữa các hạt ZnO/GO với các anion phospholipid trên màng tế bào ung thư và phá hủy chúng Hay nhờ sự kết hợp của ZnO hoặc GO hoặc cả hai với cellulose axetat (CA) giúp tăng cường chức năng mới của sợi nano nhằm cải thiện vật liệu composite sinh học cho ứng dụng chữa lành vết thương

1.4 Chất màu Methylene xanh (MB)

1.4.1 Tổng quan về chất màu

Công thức phân tử: C16H18N3SCl.3H2O Có công thức cấu tạo:

Hình 1 6: Công thức cấu tạo của methylene xanh (MB)

Methylene xanh có phân tử gam là 319,85 g/mol và có điểm nóng chảy Tm = 105°C Methylene xanh (MB) là một thuốc nhuộm cation, một chất tạo màu phenothiazine, và là một phenothiazine ba vòng, hòa tan trong nước cũng như một số dung môi hữu cơ khác Đây là hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng

MB là một chất cảm quang hiệu quả, MB nổi bật như một chất cảm quang hòa tan trong nước, có thể nâng cao hiệu quả và giảm sự tự tổng hợp bằng cách bao bọc nó trong các hạt nano Methylen xanh còn có đặc tính xúc tác quang, có tác dụng vô hiệu hóa virus, tiêu diệt vi khuẩn và ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [51]

Hơn nữa, nhờ vào khả năng hấp thụ mol lớn của nó, nằm trong khoảng từ (4,0 đến 9,5) × 104 M−1 cm−1 tại λmax = 665 nm giúp cho MB nổi bật các tính năng hấp dẫn như một chất gây ô nhiễm thuốc nhuộm Tính năng này cho phép tạo ra sự thay đổi màu sắc, từ xanh dương sang không màu, khi sự liên hợp của thuốc nhuộm bị phá vỡ bởi quá trình oxy hóa quang và do đó cung cấp hiệu quả của hệ thống xúc tác quang [52]

1.4.2 Cơ chế phân hủy chất màu Methylene xanh(MB)

1.4.2.1 Xúc tác quang hóa của ZnO

Hình 1 7: Cơ chế phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm bằng cách sử dụng chất xúc

tác quang ZnO [53] [54] Khi ZnO được kích thích bởi ánh sáng với năng lượng photon (hv) bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm (hv ≥ Eg), e− từ vùng hóa trị đầy (VB) được đẩy lên vùng dẫn trống (CB)

Quá trình này tạo ra cặp electron - lỗ trống (e−/h+) (1) và các cặp này có thể di chuyển đến bề mặt ZnO và tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử ((2)–(4))

ZnO + hv → ZnO (e(CB)− + h(vB)+ (1) ZnO(h(vB)+ ) + H2O → ZnO + H+ + •OH (2)

ZnO(h(vB)+ ) + 𝑂𝐻− → ZnO + •OH (3) ZnO(e(CB)− ) + O2 → ZnO + •𝑂2− (4) Trong đó h+ phản ứng với nước và các ion hydroxide (OH- ) để tạo ra các gốc hydroxyl (•OH ), trong khi e− phản ứng với oxy để tạo ra các anion gốc superoxide ( •𝑂2−) và sau đó là hydro peroxide (5) Hydro peroxide này sẽ phản ứng với các gốc superoxide để tạo thành các gốc hydroxyl (•OH ) ((7)–(9))

•𝑂2− + H+ → •HO2 (5) •HO2 + •HO2 → H2O2 + O2 (6) ZnO(e(CB)− ) + H2O2 → •OH + 𝑂𝐻− (7)

H2O2 + •𝑂2− → •OH + 𝑂𝐻− + O2 (8) H2O2 + hv → 2(•OH) (9) Các gốc hydroxyl (•OH) là những chất oxi hóa rất mạnh, có tác dụng là tác nhân oxi hóa sẽ tấn công các chất ô nhiễm được hấp phụ trên bề mặt của ZnO để tạo thành các hợp chất trung gian Các chất trung gian cuối cùng sẽ được chuyển thành các hợp chất xanh như CO2 và H2O:

•OH + Thuốc nhuộm MB → Sản phẩm trung gian (10)

Sản phẩm trung gian → CO2 + H2O (11) Hoạt tính quang của chất xúc tác bị chi phối bởi khả năng tạo ra các cặp electron-lỗ trống của nó Cho ví dụ, ZnO là một chất quang xúc tác, tốc độ kết hợp của các cặp electron-lỗ

trống nhanh, gây nhiễu phản ứng phân hủy quang Ngoài ra, người ta cũng lưu ý, hiệu suất chuyển đổi của ZnO bị ảnh hưởng bởi sự hấp thụ quang học, có liên quan đến năng lượng vùng cấm lớn của nó Do đó, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện tính chất quang học của ZnO bằng cách giảm thiểu năng lượng vùng cấm và ức chế sự kết hợp của các cặp electron-lỗ trống Các phương pháp tổng hợp ZnO và ảnh hưởng của các phương pháp khác nhau được thực hiện để cải thiện hiệu suất quang xúc tác của ZnO

1.4.2.2 Xúc tác quang hóa của ZnO/GO

Hình 1 8: Cơ chế phân hủy quang xúc tác của thuốc nhuộm bằng cách sử dụng chất xúc

tác quang ZnO/GO [55] Sự phân hủy quang hiệu quả của chất xúc tác phụ thuộc vào tốc độ hình thành cặp electron - lỗ trống (e- và h+) và sự tiếp xúc rộng rãi giữa thuốc nhuộm và chất xúc tác

Ban đầu, thuốc nhuộm được hấp phụ trên bề mặt của chất xúc tác quang ZnO/GO, vật liệu nano ZnO/GO bị kích thích bởi sự chiếu sáng của ánh sáng khả kiến Các lỗ trống trong vùng hóa trị (VB) và các electron trong vùng dẫn (CB) được tạo ra trong GO chứa ZnO khi chiếu sáng khi năng lượng photon lớn hơn năng lượng vùng cấm (hν > Eg) (1) [56] [57] Trong cấu trúc chất xúc tác, các electron được thu thập bởi các tấm nano GO (2 ) từ CB của ZnO và quá trình này làm tăng hiệu quả hiệu suất phân tách điện tích [58]

CO2 + H2O Sản phẩm trung

gian

ZnO - GO + hv → ZnO (e(CB)− ) + ZnO(h(vB)+ ) (1) ZnO (e(CB)− ) + GO → ZnOCB + GO(e-) (2) Sau đó, các electron-lỗ trống phản ứng với O2 và H2O/OH− trong dung dịch dẫn đến tạo ra các loại oxy hóa hoạt động mạnh ( •𝑂2− , •OH) (3)(4)

GO(e-) + O2 → GO + •O2− ( 3) ZnO(h(vB)+ ) + H2O → ZnOVB + •OH (4) Các gốc oxy hóa (•𝑂2− / OH) có thể phân hủy các phân tử MB được hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác và tạo ra carbon dioxide (CO2), nước (H2O) và các chất trung gian (5) [59]

MB + •𝑂2− + •OH → CO2 + H2O + sản phẩm trung gian (5)

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị

Bảng 2.1: Hóa chất sử dụng

STT Tên hóa chất Độ tinh khiết Xuất sứ

1 Bột Graphite 99.9%, cỡ hạt <

10𝜇m Merck 2 Zn(CH3COO2).H2O ≥ 99.5% Merck

3 Hydrochloric acid HCl 36 ÷ 38% Xilong Scientific Co Ltd,

Trung Quốc

4 Hydrogen peroxide

(H2O2) ≥ 30% Xilong Scientific Co Ltd,

Trung Quốc 5 Natri Hydroxide (NaOH) 99% Merck 6 Nước cất - Trường Đại học SPKT

7 Phosphoric acid (H3PO4) ≥ 85% Xilong Scientific Co Ltd,

Bảng 2.2: Thiết bị sử dụng

STT Tên thiết bị Hãng sản xuất Xuất sứ

1 Cân kỹ thuật Precisa Thụy Sĩ 2 Máy khuấy từ Phoenix Malaysia 3 Máy ly tâm Hermle Đức 4 Máy siêu âm Elma Đức 5 Tủ sấy Memmert Đức 6 Đèn LED 30W Philips Việt Nam 7 Máy UV-VIS UH5300 Hitachi Nhật Bản Ngoài ra còn các dụng cụ như: Beacher 250mL, cá từ, micro pipet, erlen 250mL, ống đong 100 ml, đũa thủy tinh, đĩa petri, bình thủy nhiệt ( autoclave), ống ly tâm và một số dụng cụ khác

Dung dịch khuấy ở 35 °C, thời gian 4h

Dung dịch được gia nhiệt ở 90 °C

trong 4h

Rửa với axit HCl (5%), ly tâm đến khi pH = 7, siêu âm trong 3h

Đơn/ đa lớp GO Bột graphite (1.0 g)

Nhiệt độ 0 ÷ 5 °C

60 mL H

2SO

4 (97%) 20 mL H

3PO

4 (85%) 12 g KMnO

rồi tiến hành gia nhiệt sao cho nhiệt độ trong hệ đạt 35℃ Huyền phù tiếp tục được khuấy đều cho đến khi hệ đặc sệt lại có màu đen như bùn (trong khoảng 4 giờ), lúc này cho vào erlen thêm 90ml nước cất và gia nhiệt sao cho nhiệt độ trong hệ đạt 90℃ và tiếp tục khuấy trong vòng 4 giờ Tiếp theo, hệ tiến hành ngừng gia nhiệt và thêm vào từ từ 8ml H2O2, đồng thời khuấy đều trong khoảng 10 phút Huyền phù sau quá trình tổng hợp được mang đi rửa với axit HCl (5%) rồi mang đi ly tâm rửa cùng nước cất cho đến khi pH đạt 7

Dung dịch sau đó được mang đi siêu âm để tách các tấm GO ra khỏi nhau trong vòng 3 giờ Cuối cùng, rút một thể tích nhất định dung dịch GO cho vào chén nhôm đã được sấy đến khối lượng không đổi, sấy dung dịch GO trong 12 giờ ở 50℃ để xác định được nồng độ của dung dịch GO

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nanocomposite ZnO/GO

Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp nanocomposite ZnO/GO theo phương pháp thủy nhiệt

25 (mg) Zn(CH3COO)2.2H2O

25 (ml) dung dịch GO ( 1mg/ml)

30 ml dung dịch NaOH Dung dich chứa

vào 30ml H2O

t < 20o

C

Siêu âm 15 phút