Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Tổng hợp vật liệu carbon quantum dot từ vỏ bưởi tích hợp hạt nano bạc cho ứng dụng xúc tác: Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học

Về mặt nội dung: Các thông số thí nghiệm không được định lượng một cách rõ rằng nồng độ CDQ - Ag sử dụng cho lượng xúc tác đẻ so sảnh với nồng độ tác chất —>quyết định ứng dụng như xúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

TONG HOP VAT LIEU CARBON QUANTUM DOT

TU VO BUO! TICH HOP HAT NANO BAC

CHO UNG DUNG XUC TAC

GVHD: TS TRAN THI NHUNG SVTH: PHAM DUC TAI

SKLO1

TP Hồ Chí Minh, tháng 8/2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HÒ CHÍ MINH

HCMUTE

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TONG HOP VAT LIEU CARBON QUANTUM DOT

TU VO BUOI TICH HOP HAT NANO BAC CHO

UNG DUNG XUC TAC SVTH: Pham Duc Tai

MSSV: 20128148

GVHD: TS Trần Thị Nhung

Tp Hồ Chí Minh, tháng § năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HÒ CHÍ MINH

HCMUTE

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TONG HOP VAT LIEU CARBON QUANTUM DOT

TU VO BUOI TICH HOP HAT NANO BAC CHO

UNG DUNG XUC TAC SVTH: Pham Duc Tai

MSSV: 20128148

GVHD: TS Trần Thị Nhung

Tp Hồ Chí Minh, tháng § năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HỎ CHÍ MINH

KHOA CONG NGHE HOA HQC VA THUC PHAM

BO MON CONG NGHE HOA HQC

NHIEM VU KHOA LUAN TOT NGHIEP

Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Tài

MSSV: 20128148

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

1 Tên khóa luận: Tổng hợp vật liệu carbon quantum dot từ vỏ bưởi vả tích hợp hạt nano bạc cho

ứng dụng xúc tác

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Nghiên cứu tông hợp carbon quantum dot từ vỏ bưởi

- - Tiến hành kết hợp vật liệu nanocomposite từ carbon quantum dot và nano bạc

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 14/02/2024

4 Ngày hoàn thành khóa luận: 31/07/2023

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Trần Thị Nhung

6 Nội dung hướng dẫn: Toàn bộ luận văn

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 8 năm 2024 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

BAN CAM KET VA XAC NHAN KET QUA KIEM TRA DAO VAN

1 Tên sản phẩm học thuật: Tổng hợp vật liệu carbon quantum dot và tích hợp hạt nano bạc

cho ứng dụng xúc tác

2 Loại hình sản phẩm học thuật (Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên/khóa luận tốt

nghiệp/luận văn thạc sĩ/luận án tiến sĩ): Khóa luận tốt nghiệp

4 Thông tin giảng viên hướng dẫn

Họ và tên: TS Trần Thị Nhung MSCB: 5994

Khoa: Công nghệ Hóa học và Thực phẩm

IH Kết quả kiểm tra đạo văn

Ngày rớn sắn pbễ Ngày kiêm tra đạo % trùng lặp toàn % trùng lặp cao

pr ep eae van nội dung nhất từ 1 nguồn

Nhóm tác giả sản phẩm học thuật và giảng viên hướng dẫn cam kết rằng:

1 Nội dung trong sản phẩm học thuật nêu trên không vi phạm đạo đức và liêm chính khoa học

2 Kết quả % trùng lặp nêu tại mục II là hoàn toàn chính xác và trung thực

3 Bằng việc ký xác nhận vào mẫu này, nhóm tác giả và giảng viên hướng dẫn cam kết chịu hoàn

toàn trách nhiệm có liên quan đến sản phẩm học thuật nói trên

Xác nhận của đại diện nhóm tác giả Xác nhận của giảng viên hướng dẫn

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

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP, NGÀNH CNKT HÓA HỌC

HỌC KỲ: 2~ NĂM HỌC: 2023 - 2024, MÃ MÔN HOC: GRAT476803

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN)

I Thông tin chung

Họ và tên người hướng dẫn: TS Trần Thị Nhung Đơn vị công tác: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

Học hàm, học vị: Tiến Sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Tài MSSV: 20128148 Chuyên ngành: Hóa vô cơ, Tén dé tai: Téng hop vat ligu carbon quantum dot và tích hợp nano bạc cho ứng dụng

2.3 Kết quả đạt được: Tổng hợp thành công carbon quantum dot từ vỏ bưởi, vật liệu được

phân tích các đặc trưng về hình dạng, cấu trúc và tính chất bằng các phương pháp phân tích hiện đại Tổng hợp thành công vật liệu nanocomposite từ carbon quantum dot và nano bạc, vật liệu đã được phân tính hình dạng kích thước bằng TEM, và một số tính chất,

thành phần như FTIR, EDX, UV ~ Vis Khảo sát thành công khả năng xúc tác của vật

liệu nanocomposite, vật liệu cho khả năng xúc tác khử 4 — nitrophenol tuyệt vời trong thời gian chưa đầy 10 phút

: Scannedwith :

‘KJ CamScanner’:

2.4.Ưu điểm của khóa luận: Quy trình tổng hợp vật liệu đơn giản, chi phí nguyên liệu rẻ

tiền, phương pháp tổng hợp an toàn không độc hại Các phương pháp phân tích hiện đại

với độ tin cậy cao Trình Bay vấn đề có tính logic, nội dung giải thích, bàn luận được trích

dẫn tài liệu tham khảo đầy đủ chính xác Vật liệu có khả năng xúc tác mạnh mẽ có tiềm

năng ứng dụng cao

Ti Những thiếu sót của khóa luận: Do hạn chế về mặt thời gian thực hiện khóa luận nên

chưa thê đánh giá hết các tính chất và ứng dụng của vật liệu Những khảo sát này có thể

bố trí thực hiện ở các khóa sau

III Nhận xét tỉnh thần và thái độ làm việc của sinh viên

Cham chi, siéng năng, khả năng xoay xở tình huống tốt có trách nhiệm cao trong công việc, kỹ

năng viết, biện luận tốt, học hỏi nhanh, nhạy bén

IV Đề nghị và đánh giá của người hướng dẫn

+ Đề nghị của người hướng dẫn

Được bảo vệ we Bồ sung thêm để được bao vVé 2

Không được bảo vệ ` Bảo vệ vào đợt khác Lì

+ Đánh giá của pa hướng dẫn:

1 Hé thông được các kiến thức và đề ra nhiệm vụ KLTN 10 IC

2 Puan pháp thu thập dữ liệu phù hợp, dữ liệu đáng tin 20 pies

cay

Đánh giá được sự thay đôi của phương pháp thí nghiệm

đên kêt quả nghiên cứu

4 KLTN được thực hiện băng các kỹ năng và công cụ phù 10 lg

hợp

5 Ban thuyết minh được trình bày hoàn chỉnh, đây đủ và 20 mn

logic

7 ay iene thi nghiệm aig triên khai và thực hiện hoàn 20 iF Ad

chỉnh (kê hoạch, thái độ, kỹ năng)

PHIEU DANH GIA KHOA LUAN TOT NGHIEP, NGANH CNKT HOA HQC

HỌC KỲ: II - NĂM HỌC:2023-2024 MA MON HQC: GRAT476803

(NGƯỜI PHẢN BIỆN)

I Thông tin chung

Họ và tên người phản biện: LÊ THỊ DUY HẠNH

Đơn vị công tác: Khoa CN Hóa Học và Thực Phẩm- Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Học hàm, học vị: TS Chuyên ngành: Khoa học và Kỹ Thuật Vật Liệu

Họ và tên sinh viên: PHẠM ĐỨC TÀI

MST nggaadadtiseeai¿nseiaiieeSseuai Chuyên ngành: CNKT Hóa Vô cơ

Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu Carbon Quantum Dot từ vỏ bưởi tích hợp hạt nano Ag ứng dụng xác

tác f

Họ và tên người hướng dẫn: TS TRÀN THỊ NHUNG

II Nhận xét về khóa luận

Hành văn: Phù hợp với khóa luận ở trình độ đại học.)

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: Phù hợp Tuy nhiên, một vài câu và thuật ngữ ở trang 8 nên điều

chỉnh lại cho phù hợp với ngôn ngữ khoa học

2.2 Mục tiêu và nội dung: . -ve-eeeeeeeerrerrtrrrrrtrtrrrtrrtiiiiieiiiiiiiirirrerrerrrriiiiiirierri

=_ Hoàn thành nhiệm vụ của khóa luận

“_ Nội dung nghiên cứu đúng với hướng mục tiêu ban đầu đề ra

2.3 Kết quả đạt được:

* Tao duge CQD từ nguồn sinh khối quả bưởi kết hợp với Ure có kích thước khoảng l5 nm

2.4 Ưu điểm của khóa luận:

s_ Bản viết ngắn gọn với phần mở đầu và lý thuyết viết khá tốt

" Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như TEM, XRD, DLS để mình chứng cho sự

hình thành của CQD và nanocomposite CQD-Ag

=» Chứng minh được khả năng tăng tốc độ của phản ứng khử 4-NP khi dùng CQD - Ag

2.5 Những thiểu sót của khóa luận: .ceoeseseeneisiseiseseeee

Tồn tại một số trang bỏ trắng phần cuối trang, vài lỗi chỉnh tả nhỏ; một vài hình đơn giản

nên Việt hóa (vỉ dụ như hình ở trang 5)

Scanned with

Về mặt nội dung:

Các thông số thí nghiệm không được định lượng một cách rõ rằng (nồng độ CDQ - Ag

sử dụng cho lượng xúc tác đẻ so sảnh với nồng độ tác chất —>quyết định ứng dụng như xúc tác), lương CQD thu được sau quá trình tổng hợp ) nên tính logic của đề tài —kết quả và bàn luận tiếp theo

Tác giả chế tạo Vật liệu để ứng dụng làm xúc tác Tuy nhiên, bản viết lại không đề cập đến lý thuyết về xúc tác nên phần bàn luận giải thích kết quả gần như không nói gì đến

cơ chế xúc tác của vật liệu

— _ Chương 3 chỉ gần như trình bày kết quả nghiên cứu và thiểu hắn phần biện luận, giải

thích hay so sánh kết quả, đặc biệt là ở phân thử tính xúc tác của vật liệu

- chương 2, trong phần thực nghiệm, tác giả nên hoàn chỉnh lại câu theo đúng ngữ

pháp Ở phần phương pháp phân tích, tác giả nên trình bày phần kỹ cách chuẩn bị mẫu

và tên, model và điều kiện sử dụng thiết bị vì phần này ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phân tích

— Ban viết thiếu phần các đề tài liên quan gần trong mảng CQD-Ag và ứng dụng nên

khó xác định tính mới của đề tài 2.6.Câu hỏi phản biện (ít nhất 02 câu hỏi)

Vật liệu CQD-Ag được xếp và xúc tác loại gì? Cơ chế xúc tác của CQD-Ag?

1

2

3

Trình bay cách xác định nồng độ của CQD-Ag sau khi tổng hợp? Làm cách nào để có thé lấy

chính xác khối lượng 0.25; 0.5 2.0 hg xúc tác như ở trang 19?

Mục tiêu của đề tài là dùng làm xúc tác để khử các chất hữu cơ như 4-NP hay MO Tại sao tác giả lại chọn thay đổi hàm lượng NaBH4 dé nghiên cứu mà không thay đổi tỷ lệ 4-NP?

III Dé nghị và Đánh giá của phản biện 1

+ Đề nghị của người phan biện aos °K styntcnegneer* nề

oi Sais Duge bao ve E]' BS sung XI2Y để Pie baove LJ

+ Danh giả của người phản biện:

STT Nội dung đánh giá Điểm tối đa | Điểm đánh giá

¡ | He thông được các kiến thức và đề ra nhiệm vụ I0 ồ

n ; Y

ee ĐH SỰ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA oy NA

—— — _——

PHIÊU TONG HOP DIEM CHAM KHOA LUAN TOT NGHIEP

-00 -

1 THÔNG TIN CHUNG

~ Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Tài

- Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu carbon quantum dot từ vỏ bưởi tích hợp h

2 KET QUA DANH GIA

Điểm kết luận: Bẳngsó: _ 3 Bằngchữ: _ Tam đun — — _

Diém két kết ludn = [(a) x 0.4] + [(b) x 0.3] + [(c) x 0.3]

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

PHIEU TRA LOI GOP Ý NỘI DUNG KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

I Thông tin chung

- Họ và tên sinh viên: Phạm Đức Tài Lớp: 20128V

- Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu carbon quantum dot từ vỏ bưởi tích hợp hạt nano bạc cho ứng

dụng xúc tác

- Mã số khóa luận:

- Họ và tên người hướng dẫn chính: TS Trần Thị Nhung

Il Nội dung trả lời

STT Nội dung góp ý Nội dung trả lời

1 | trang, vài lỗi chính tả nhỏ; một vài hình trăng, lỗi chính tả và đã Việt hóa

đơn giản nên Việt hóa (trang 5) hình

Các thông số thí nghiệm không được

định lượng một cách rõ ràng (nồng độ

: ` củ ¬ : Tác giả đã bô sung thêm các thông

đề so sánh với nông độ tác chât —quyêt ow ‹

định ứng dụng như xúc tác, lượng CQD oe

" : tac chất, lượng CQD thu được

thu được sau quá trình tông hợp ) nên

tính logic của để tài —kết quả và bản

luận

Tác giả chế tạo vật liệu đề ứng dụng làm

xúc tác Tuy nhiên, bản viết lại không đề

cập đến lý thuyết về xúc tác nên phần Tác giả đã bô sung phần lý thuyết

3 bàn luận giải thích kết quả gần như về xúc tắc, động học phản ứng

không nói gì đến cơ chế xúc tắc của vật

Chương 3 chỉ gần như trình bày kết quả

nghiên cứu và thiểu hắn phần biện luận,

giải thích hay so sánh kết quả, đặc biệt

Ở chương 2, trong phan thực nghiệm,

tac giả nên hoàn chỉnh lại câu theo đúng

ngữ pháp Ở phần phương pháp phân

tích, tác giả nên trình bày kỹ cách chuẩn

bị mẫu và tên, model và điều kiện sử

dụng thiết bị vì phần này ảnh hưởng lớn

đến kết quả phân tích

Tác giả đã chỉnh sửa câu văn trong chương 2 theo đúng ngữ pháp, đã

bổ sung thêm cách chuẩn bị mẫu,

tên và model cũng như điều kiện

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong đề tài “Tổng hợp vật liệu carbon quanfum dot từ vỏ bưởi tích hợp hat nano bac cho ứng dụng xúc tác” chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu và tông hợp vật liệu carbon quantum

đot (CQD) từ vỏ bưởi tích hợp với nitơ và hạt nano bạc tạo ra vật liệu nanocomposite CQD

— Ag cho tng dung xtc tac

Carbon quantum dot (CQD) được tổng hợp từ vỏ bưởi bằng phương pháp thủy nhiệt Đây

là một bước mới khi giải quyết được vấn đề tận dụng nguồn phế thải nông nghiệp Ngoài

ra, phương pháp thủy nhiệt an toan, rẻ và ít độc hại được sử dụng trong quá trình tong hop Hạt nano bạc sẽ được tông hợp trực tiếp trong dung dịch CQD bằng phương pháp khử hóa

học với NaBH¿, tạo ra vat ligu nanocomposite CQD — Ag Vật liệu CQD và vật liệu CQD

— Ag nanocomposite được phân tích hình dạng, cấu trúc bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp quang phô hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV — Vis),

sẽ được phân tích thành phần nguyên tố băng EDX, dao động phân tử bằng FTIR Thêm nữa nanocomposite CQD — Ag còn được tiến hành phân tích thành phần tinh thé bang XRD

Trong khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu tạo thành, 4 — nitrophenol va metyl orange là những chất hữu cơ độc hại được sử dụng với NaBHa, đóng vai trò chất khử Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác, hàm lượng ure tích hợp lên CQD, tỉ lệ của NaBH4/4 — NP, hấp phụ

và độ bền của xúc tác cũng được nghiên cứu làm rõ Sau khi tiến hành đo hoạt tính xúc tác,

chúng tôi nhận thấy vật liệu nanocomposite CQD — Ag tich hợp thêm ure cho hiệu quả xúc tác rất tốt, 4 — nitrophenol và methyl orange gần như bị phân hủy hoản toàn 100% trong thời gian chưa tới I0 phút

Tóm lại, kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu nanocomposite CQD — Ag tông hợp từ nguồn

vỏ bưởi cho khả năng xúc tác cao, có tiềm năng giải quyết các vẫn đề gây ra bởi các nguồn hóa chất thải từ các nhà máy, góp phần giảm ô nhiễm môi trường

Tôi xin chân thành cảm ơn cô TS Trần Thị Nhung, giảng viên khoa Công nghệ Hóa học và

Thực phẩm, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, là người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong

kỳ khóa luận tốt nghiệp này, cảm ơn cô vì sự hỗ trợ tận tình trong thời gian qua, những lời chia sẻ và động viên của cô đã thúc đây tôi vượt qua những khó khăn trong suốt thời gian

thực hiện luận văn

Tiếp đến là một lời cảm ơn sâu sắc đến quản lí phòng thí nghiệm, cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ,

cảm ơn cô đã tạo điều kiện thuận lời, cung cấp các thiết bị và dụng cụ thực hiện trong quá trình hoàn thành luận văn

Cuối cùng là lòng biết ơn đến sự hỗ trợ và động viên của gia đình, người thân và bạn bè

trong suốt quá trình thực hiện luận văn

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả của quá trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn cô TS Trần Thị Nhung Các số liệu và kết quả nghiên cứu là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa được công bố dưới hình thức nào Ngoài ra, các thông tin trích dẫn và chú thích đều được ghi rõ nguồn gôc tải liệu

Sinh viên thực hiện Phạm Đức Tài

il

CHUGNG 1: TONG QUAN oiveecsecssssscsssssessesssessssesssueassssssussscsucsscssesesssessausaessssueaesseeseess 2 1.1 Tổng quan về vật liệu quanfum đo( . - - 5 2 ++5£S£+E£E+E+£E£EE£E+EEzEezxerxrrsred 2 1.1.1 Khái Niệm - -.- Sàn TH TH TH ng 2

IV

L221 GiOt thiQue nh - 8

1.2.2 Đặc điểm tinh hat 2 .eseesseecsseecssseesssseesseeesnneesseessneeessneessneeessneesseeesneeesseeeen 9

1.2.3 Các Phương Pháp Tong Hop c.cccccscssccssscssessssessesscsecsesssscsssessessssscseescsncseeecaes 9

1.2.4 Ung dunng.c.cccccccccccccccssssssessessesessesscsessssucsessssessessssessesussussssessussssessesseeassesecsncees 10

1.2.5.1 TOmg quan Vé nano bac ecccccscescessssessessssessssessessssecsessssecsesssscscsessessesesseess 10 1.2.5.2 Cac phurong phap tong hop csccccsccccssessessssessessssessessesecsesecsnsseseeseessesceeees 10

2.2.4 Khảo sát hoạt tính XÚC ác - - 2 2 + 2 1 1 1 110101 0v 1 xe 18

2.2.4.1 Phản ứng khử 4— NNP ch HH TT TH HH hệt 18 DiC Pheer ire KH [6l] CÍỀNHWE seaseasasrsnamatintihotagnrorrotrnttiuttit ofinrgiRgisn0fSn00a006 20

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH : 55s 20

2.3.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), 2-2 2 2 ++c+zz+zxexezrersrsee 20

2.3.2 Nhiễu xạ tia X (XRD) SG 2S ThS E221 11221211111212121 111 crre 21

2.3.3 Quang phố hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR 5- 2 2+5++sz+s+sszs+2 22 2.3.4 Phổ phân tích thành phần nguyên tố EDX 2-2-2 2 ++c++£+>sszzc+2 23

2.3.5 Phổ tử ngoại khả kiến (UV — ViS) -¿- ¿5c E222 3E 1212121212121 1 cxe 23 2.3.6 Phổ phân tích DLS Và Z€fa 2-52 SE+S22EEESEE2EE2EE3E 21121212 212212221 1 xe 25

2.3.7 Phổ phát quang PL (Photo luminescence) 2 + 5 s2 2z++z++s£+zz+zs+z 25

CHUONG 3: KET QUÁ VÀ BẢN LUẬN St SE SE ExkErkrkekrrệc 27 3.1 Tống hợp vật liệu -:2++S£ SE E+E92E9EEEE9212112111511211111210711E 11111 1xerre 27

3.1.1 _ Tổng hợp carbon quantum dot từ vỏ bưởi . - ¿5 2©2s+2ss2£++czsecsa 27 3.1.2 Tổng hợp nano bạc đồng thời kết hợp tạo ra vật liéu nanocomposite 29 3.1.3 Thành phần hóa học — kết quả phổ dao động phân tử FTIR - 32 3.1.4 _ Thành phần nguyên tố và hàm lượng — kết quả EDX - 5: 33 3.1.5 _ Khả năng phát quang của vật liệu — Kết quả PL - - 5-52 5s+5s+sz+s2 34

3.1.6 Kết quả đo thế Zefa 5c ©c2< 31 121211 21521212111112111 1171111 rre 35

3.2 Kết quả khảo sát khả năng xúc tác của vật liệu CQD — Ag -5-5+¿ 36 3.2.1 Khả năng xúc tác của vật liệu trong phản ứng khả 4 — nitrophenol 38 3.2.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tắc . 5-2 ©s+s+s++sez++zvzxereces 38 3.2.1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ NaBH4/4 — NP -¿-+©-++s++x+zxezxvrxerxerxee 39

3.2.1.3 Anh hưởng của hấp phụ . - ¿2-2-2 5E+2£+E£EE+E2EEEESEEEEeEErkerkrrsrkeree 40

Vi

3.2.1.4 Độ lặp lại xúc tác

3.2.2 Khả năng xúc tác của vật liệu trong phản ứng khả Metyl Orange

CHƯƠNG4: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Vil

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sự thay đổi màu khi thay đổi kích thước quantum dot 2255552 4 Hình 1.2: Các ứng dụng của quantum dot trong đa dạng lĩnh vực [37] - 6 Hình 1.3: Công thức cấu tạo của 4 — nitrophenol - 2 2 2s z+++z£+s+x+£z£+zxzzszxee 12 Hình 1.4: Công thức cấu tạo của Metyl Oranige ¿+ s+sz+E+E2EEESE2EExeExrrersrree 13

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp CQD từ bột bưởi - ¿5 22+ £E+£E+EzEezzrrrxrrecree 17

Hình 2.2: Quy trình tổng hợp nanocomposite CQD — Ag 2-52 225222 ++£+zs+zscse¿ 18 Hình 2.3: Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 5- 2 5< 2+E+£2+E+xe£zEezxerscree 21

0000100121207 23

Hình 2.6: Máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV — Vis 2: 225£+c++Ec++£czxcrxzrscree 24 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quang phổ tử ngoại khả kiến - 24 Hình 2.8: Câu tạo của thiết bị quang phổ phát quang PL 2-2-2 2 52 s+£>s+zs+5+2 26

Hình 3.1: Kết quả UV — Vis 2-5: 5c s22 2E921933215 1521211151121111121171211111112111 1.11 tre 28

Hình 3.2: Kết quả phân tích DLS của 2 mẫu vật liệu CQDO và CQD2 -. 28 Hình 3.3: Kết quả đo TEM của 2 mẫu vật liệu ai) CQD0 — Ag tại độ phân giải 40K az)

CQD0 — Ag độ phân giải 80K, bị) CQD2 — Ag ở độ phân giải 40K, ba) CQD2 — Ag ở độ

Phan gidi LOOK 3 30

Hình 3.4: Biêu đồ phân bố kích thước hạt của a) CQD0 — Ag và b) CQD2 — Ag 30

Hình 3.5: Kết quả XRD của 2 mẫu CQD0 — Ag và CQD2 — Ag -2-5:555sc552 3l

Hình 3.6: Kết quả phố FTIR của vỏ bưởi, CQD0, CQD2, CQD0 — Ag và CQD2 — Ag 32

Hình 3.7: Kết quả phổ EIDXX 2: 2-52 2S 2E 9EEEEEEEE12EE2111211711121E 112121112121 cre6 33 Hình 3.8: Kết quả PL của vật liệu - 2252 2 SE+E2E£EE£EE£E£EEEEEEEEEEEEEEEEESErrkrrerree 34

Hình 3.10: Kết quả UV — Vis của phản ứng phân huỷ 4 — NP theo thời gian của các vật liệu CQD va nanocomposite CQD — Ag voi ham lượng ưre tích hợp khác nhau: a) CQD0, b) CQD2, c) CQDO — Ag, d) CQD2 — Ag, e) ti 1é C/Co theo thời gian, f) Giản đồ In(Co/C) theo THOT QIAN 36

vill

Hình 3.11: Phố UV — Vis của phản ứng phân huỷ 4 — NP theo thời gian của vật liệu nanocomposite CQD2 — Ag voi cac ham luong khac nhau: a) 0.25 ug, b) 0.5 ug, c) 1 pg, d) 1.5 Hg, e) 2 ng, ƒ) tỉ lệ C/Co theo thời ð1a1 - 5 <5 <1 951 951 1 1 1 nh ngưng 38 Hình 3.12: Phố UV — Vis của phản ứng phân huỷ 4 — NP theo thời gian với tỉ lệ NaBH4⁄4

— NP khác nhau: a) TL 100:1, b) TL 400:1, c) TL 700:1, d) TU 1000:1, e) tỉ lệ C/Co theo THO1 QIAN 39 Hình 3.13: Phố UV — Vis ảnh hưởng quá trình hấp phụ 4— NP của vật liệu a) CQD0 — Ag

và b) CQD2 — Ag; tốc độ phân hủy 4 — NP theo thời gian của c) CQD0 — Ag và d) CQD2 —

Hình 3.14: Độ bền xúc tác của CQD2 — Ag tại hàm lượng 40 uL sau khi lặp lại 1Š lần 41

Hình 3.15: Phôổ UV — Vis của phản ứng phân huỷ MO theo thời gian của xúc tác vật liệu a) CQD0 - Ag và b) CQD2 — Ag c) ti 1é C/Co theo thời gian đ) giản đồ tốc độ phản ứng 42 Hình 3.16: Phố UV — Vis ảnh hưởng quá trình hấp phụ MO của vật liệu a) CQD0 — Ag va b) CQD2 — Ag; tốc độ phân hủy MO theo thời gian của c) CQD0 — Ag và d) CQD2 — Ag

1X

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Thanh phần và hàm lượng (%) các nguyên tố trong 4 mẫu vật liệu CQD0, CQD2, CQD0 — Ag và CQD2 — Àø HT TH TH HH 33 Hằng 2: BirÖ6 sÓïip' gủa, 66 THIẦU, sẽ se ence an nen sue cne.ctine ons Si ng H6 gã in se i5 355206 H5.G08013H8 06-155 2HL-TSSSEB4SEE 35 Bảng 3: So sánh hiệu quả xúc tác của các loại vật liệu khác nhau trong cùng | phan tng khử 4— NP của NaBHa

DANH MUC VIET TAT

Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

CQD Carbon quantum dot Cham long tir carbon

QD Quantum dot Cham lượng tử 4—NP 4 — Nitrophenol

MO Metyl orange

nanomaterials AgNP Silver nanoparticles Hat nano bac

Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền TEM

Microscope qua XRD X —ray Diffraction Nhiễu xạ tia X FTIR Fourier Transform Infrared |_ Quang phô biến đôi hồng

Spectroscopy ngoại

UV - Vis Ultra Violet — visible Phé tir ngoai kha kién

PL Photo luminescence Phổ phát quang

EDX >M Pp g g

ray Spectroscopy X DLS Dynamic light scattering Tan xa anh sang dong

XI

LOI MO DAU

Trong bối cảnh khoa học vật liệu ngày càng phát triển, carbon quantum dot (CQD) được xem như một trong những vật liệu tiềm năng với nhiều ứng dụng trong đa lĩnh vực như cảm biến, quang học và xúc tác [1, 2].Thêm nữa trong hoàn cảnh hiện nay việc sử dụng công nghệ xanh đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu vật liệu [3, 4],

vì thế tổng hợp CQD từ các nguồn tự nhiên, như vỏ bưởi, không những giúp giảm chi phí sản xuât mà còn góp phân bảo vệ môi trường

Vỏ bưởi, một loại phế phẩm nông nghiệp thường bị lãng quên, đã được chứng minh là nguồn nguyên liệu phong phú cho việc tổng hợp CQD với chi phí thấp và hiệu quả cao [5] Nghiên cứu cho thấy rằng vỏ bưởi chứa nhiều hợp chất hữu co va carbon [6], có thê chuyên hóa thành CQD thông qua các phương pháp tổng hợp đơn giản như nhiệt phân hoặc thủy nhiệt [7] Việc tái chế nguyên liệu như vỏ bưởi không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn góp

phần vào việc phát triỀn các vật liệu thân thiện với môi trường

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ nano đã mở ra những hướng đi mới trong khoa

học vật liệu Hạt nano bạc, với đặc tính kháng khuẩn và khả năng xúc tac cao, đã được sử

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, môi trường và công nghiệp [8] Khi kết hợp

hat nano bạc với carbon quantum dot, chúng ta không chỉ tạo ra một vật liệu mới với tính

năng vượt trội mả còn khai thác được những ưu điểm của cả hai thành phần Vỏ bưởi, giàu polyphenol và các hợp chất hữu cơ khác [6], không chỉ là nguồn nguyên liệu phong phú mà còn giúp cải thiện tính chất quang học của CQD Quá trình tổng hợp từ vỏ bưởi tạo ra những hạt CQD khả năng phát quang mạnh mẽ và tính ôn định cao [9] Ngoài ra, việc tích hợp hạt nano bạc vào CQD không chỉ làm tăng hiệu suất xúc tác mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong các phản ứng hóa học phức tạp Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng

sự hiện diện của bạc có thê thúc đây quá trình oxy hóa — khử, làm tăng tốc độ phản ứng và hiệu suất sản phẩm [10] Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như xử lý nước

thải, nơi mà việc loại bỏ các chất ô nhiễm cần diễn ra nhanh chóng và hiệu quả Từ đó, việc

nghiên cứu và phát triển vật liệu carbon quantum dot từ vỏ bưởi tích hợp hạt nano bạc không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao, hướng tới một tương lai bền vững hơn

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 Tong quan vé vat ligu quantum dot

1.1.1 Khái Niệm

Chấm lượng tử (quantum dot - QD) là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực công nghệ

nano, chấm lượng tử ám chỉ đến những tỉnh thể nano bán dẫn [11], cham luong tu da duoc

nhà vat li nguoi Nga Alexei Ekimov tim ra vao nam 1980 khi đang làm việc tại viện Quang hoc bang Vavilov [12], những hạt này có kích thước 2 — I0 nm va được tập hợp từ 10 — 50 nguyên tử [II] Theo như sự phân loại của các vật liệu nano trong công nghệ nano, do các electron của chấm lượng tử bị giới hạn không gian, cả 3 chiều không có chiều tự do nào

cho điện tử nên chấm lượng tử được xếp vào loại vật liệu 0D (Zero — dimenslonal nanomaterials) [13], ngoai cham lượng tử thì còn một số loại vật liệu khác cũng thuộc loại vật liệu không chiều (0D) như cluster, nanoparticle, fullerene, nano kim loại

Vào năm 1985 chấm lượng tử được nhà khoa học người Mỹ Louis E Burs phát hiện ở dạng hỗn hợp keo sau quá trình nghiên cứu ông đưa ra kết luận rằng sự giam cầm của các electron

đã tạo ra các đặc tính lượng tử của các hạt này [14] Mặc dù QD đã sớm được phát hiện tuy nhiên mãi đến năm 1988, thuật ngữ “chấm lượng tử” mới được ra đời trong một bài báo

của Mark Reed [15], ông được ghi nhận là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ này Nhờ những

đặc điểm về hiệu ứng lượng tử, khả năng quang học, mà chấm lượng tử có được nhiều thành công cho đến hiện tại, năm 2013 sản phẩm sử dụng chấm lượng tử đầu tiên được tung

ra thị trường là dòng TV màn hình phăng Sony XBR X900A [16], năm 2015 chấm lượng

tử có bước đột phá nỗi bật tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng CES, khi Panasomic cho công

bố dòng sản phẩm TV CX8§50U 4K [17]

1.1.2 Đặc điểm tính chất

Li2d Hiéu ung luong tw trong vat liéu quantum dot

Hiệu ứng lượng tử là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của chấm lượng tử Khi

kích thước của vật liệu bán dẫn giảm xuống cấp độ nano, các hiệu ứng lượng tử dần xuất

hiện và ảnh hưởng đáng kế đến tính chất của chúng

Ở chấm lượng tử bán dẫn, sự hạn chế không gian của electron và lễ rỗng (kích thước Bohr) ảnh hưởng đến các mức năng lượng điện tử [18] Tại kích thước nano, các mức năng lượng

không liên tục như trong vật liệu khối mà trở nên rời rạc, do hàm sóng điện tử bị giới hạn trong kích thước vật lý của các hạt [19] Hiện tượng này được xem là sự giam cầm lượng

tử, và do đó các tinh thể nano còn được gọi là chấm lượng tử (QD) [20]

Các tính chất như năng lượng vùng cắm và đặc tính phát xạ của các tinh thể nano bán dẫn

bị ảnh hưởng nhiều bởi kích thước từ 2 đến 10 nm do hiệu ứng giam cầm lượng tử của

chúng, các tính chất của vật liệu sẽ thay đôi khi kích thước đạt tới giới hạn [21]

Hơn nữa, các tỉnh thể nano có tỷ số diện tích bề mặt/thể tích lớn, với phần lớn các nguyên

tử nằm trên bề mặt Vì phần này phụ thuộc nhiều vào kích thước của hạt (30% đối với hạt

1 nm, 15% đối với hạt 10 nm), nên nó sẽ được phản ánh dưới dạng hiệu ứng kích thước

trong các tính chất hóa học và vật lý của tinh thể nano

Tedd Đặc tính quang học của chấm lượng tử

Chấm lượng tử có các đặc tính quang học độc đáo, nhờ vào điểm này mà QD trở thành vật

liệu được chú ý bởi những ứng dụng mà nó mang lại, đặc tính quang của chấm lượng tử có được chủ yếu nhờ hiệu ứng lượng tử [22] Khi kích thước của chấm lượng tử giảm xuống cấp độ nano, các mức năng lượng điện tử bị rời rạc và khoảng cách giữa các mức năng lượng tăng lên Điều này dẫn đến sự thay đổi đáng kế trong vùng cắm năng lượng và đặc tính phát xạ của chấm lượng tử Cụ thể, màu sắc của ánh sáng phát ra từ chấm lượng tử có thê được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước của chúng Chấm lượng tử có khả năng phát quang mạnh khi được kích thích bằng ánh sáng [23] Các chấm nhỏ hơn phát ra ánh sáng có năng lượng cao hơn, có màu xanh hơn trong khi các chấm lớn hơn phát ra ánh sáng

đỏ có năng lượng thấp hơn Các đặc tính quang học độc đáo này mở ra nhiều ứng dụng tiềm

năng của chấm lượng tử trong các thiết bị quang điện tử, như màn hình, đèn LED, cảm biến

quang, và các ứng dụng sinh học [24]

Hướng tăng kích thước

113.1 Top — down

Phương pháp top — down (từ trên xuống) là một cách tiếp cận trong việc tạo ra các cấu trúc nano, bao gồm quantum dot, từ các vật liệu lớn hơn Định nghĩa cụ thể của phương pháp top — down như sau: Phương pháp top — down là quá trình tạo ra các cấu trúc nano bằng

cách tinh chỉnh, phân tách hoặc gọt bỏ từ các vật liệu lớn hơn

Một số kỹ thuật thuộc phương pháp top — down là electron beam lithography [25], reactive

—1on etching [26] hoặc wet chemical etching [27] thường được sử dụng dé dat duoc QD co

đường kính khoảng 30 nm, ngoài ra còn các kỹ thuật như sử dụng bức xạ 1on hoặc tia laser

để tạo ra các QD không chiều (0D) Hạn chế của các phương pháp top — down là khó khăn

trong việc kết hợp các tạp chất khác với QD đề tạo nên vật liệu tiên tiễn hơn

1.1.5.2, Bottom — up

Bottom - up là một trong những hướng đi phổ biến được sử dụng trong việc tổng hợp quantum dot Ở đây các tiền chất ở cấp độ nguyên tử hoặc phân tử được tổ hợp lại dé tạo thành các hạt quantum dot Một số phương pháp thuộc cách tiếp cận Bottom — up:

Phương pháp sol — gel: Kỹ thuật Sol — gel đã được sử dụng trong nhiều năm để tổng hợp các hạt nano bao gồm QD [28].Đây là một kỹ thuật điển hình, sol (các hạt nano phân tán

4

trong dung môi theo chuyên động Brown) được điều chế bằng cách sử dụng tiền chất kim loại (thường là alkoxit, axetat hoặc mtrat) trong môi trường axit hoặc bazơ Ba bước chính trong quá trình này là thủy phân, ngưng tụ (hình thành sol) và tăng trưởng (hình thành gel) [29] Những nhược điểm của quá trình sol — gel nằm ở sự phân bố kích thước và khuyết tật cao [30] Vì vậy, kỹ thuật tổng hợp này được xem như là một phương pháp tiết kiệm [29] Phương pháp vi nhũ tương: Sử dụng các hệ thống micro — emulsion để tạo ra các "giọt nhỏ”

chứa quantum dot, các “giọt nhỏ” được làm ôn định bởi các chất hoạt động bề mặt và tạo

ra QD bằng cách gia nhiệt [29]

Một số phương pháp khác: Sóng âm hoặc vi sóng (sonic wave hoặc microwave) [31, 32]: Người ta đưa sóng truyền qua dung dịch hỗn hợp tiền chất dé phát triển QD Những sóng này cung cấp năng lượng để phân tách tiền chất và các phân tử nước, dẫn đến sự phát triển của QD Sóng siêu âm được cho là đã được sử dụng để tổng hợp QD, có kích thước 1—5

nm bằng cách hình thành, phát triển và “nỗ tung” “bong bóng” trong chất lỏng [31] Sự

xâm nhiễm âm thanh như vậy tạo ra một điểm “nóng cục bộ” thông qua quá trình nén đoạn

nhiệt bên trong khí nằm trong “bong bóng” đang sụp đồ, tạo điều kiện cho các phản ứng hình thành nên QD Các phương pháp tổng hợp thủy nhiệt [33] hoặc quy trình tổng hợp

tương tự [34] đã được sử dụng dé tao ra QD, day 1a su kết tỉnh của muối vô cơ từ dung dịch nước, được kiểm soát bởi áp suất và nhiệt độ, độ hòa tan của các hợp chất vô cơ thường

giảm khi nhiệt độ hoặc áp suất giảm, dẫn đến kết tủa tinh thể Bằng cách thay đổi áp suất,

nhiệt độ, phản ứng, thời gian giả hóa và chất phản ứng, có thê đạt được các hình dạng vả

kích thước khác nhau của QD [29]

1.1.4 Ung dung

Dựa vào các đặc điểm tính chất của minh ma QD có nhiều ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực

công nghệ, khoa học Nhờ khả năng phát quang và điều chỉnh màu sắc khi thay đổi kích thước thì QD được dùng trong các công nghệ tạo ra các đèn LED, QD có thê phát ra các màu sáng rực rỡ và độ bão hòa cao, so với các đèn LED truyền thống thì LED QD có tuổi thọ cao hơn và đạt hiệu suất tốt hơn [24] QD cũng có thể dùng làm pin năng lượng mặt trời

khi tích vào vật liệu quang - điện, QD có thể điều chỉnh khe năng lượng đề tối ưu hóa hiệu

suất chuyên đổi quang năng [35] Bằng khả năng cải thiện hiệu suất của các thiết bị phát

5

hiện photon trong may anh, kha năng nâng cao độ sáng, độ tương phản và độ bão hòa màu sắc của hình ảnh mà QD còn được tích hợp vào máy ảnh để giúp nâng cao hiệu suất [36]

Hơn nữa, dựa vào độc tính thấp và khả năng tương thích sinh học cao QD còn được dùng

trong các ứng dụng hình ảnh sinh học, chân đoán và cảm biến sinh học QD góp mặt trong vẫn đề môi trường khi QD có thê đóng vai trò cảm biến để dò tìm kim loại nặng, chất gây

Hinh 1.2: Cac tng dung cua quantum dot trong da dang linh vwe [37]

ô nhiễm, xử lí nước thải [37]

1.1.5 Vật liệu carbon quantum dot (CQD)

115.1 Tổng quan về carbon quantum dot

Cham luong tir carbon (CQD), con gọi là chấm carbon (CD), là những chấm lượng tử không

chiều mới, là vật liệu nano dựa trên carbon có kích thước nhỏ hơn 10 nm, được cấu tạo chủ

yếu từ carbon vô định hình cùng với các vùng tinh thể nano lai hóa sp? carbon grafite [7] CQD đã thu hút sự chú ý lớn trên toàn thế giới vì tính chất quang học tuyệt vời cũng như

khả năng hòa tan trong nước, độ tương thích sinh học, độc tính thấp, thân thiện với môi

trường và các lộ trình tổng hợp đơn giản CQD có nhiều ứng dụng trong hình ảnh sinh học,

cảm biến sinh học, cảm biến hóa học, y hoc nano, pin mặt trời, phân phối thuốc và đi — ốt

phát sáng [2]

Năm 2004 Xu và cộng sự của mình vô tình phát hiện ra CQD khi sử dụng gel điện di trong quá trình tinh chế ống nano carbon đơn vách [38] Tuy nhiên mãi đến năm 2006 cái tên

6

carbon quantum dot mới được đưa ra bởi Sun và cộng sự trong quá trình tổng hợp vật liệu nano carbon kích thước khác nhau [39] Sau đó, CQD đã trở thành ngôi sao sáng trong số các loại vật liệu nano dựa trên carbon và được coi là tài sản vô cùng quý giá của công nghệ

nano

Qua nhiều nghiên cứu đưa ra được trong CQD bao gồm các thành phần đã được xác định

C 53.93%, H 2.56%, 0 40.33% va N 1.2 % [38] CQD được nghiên cứu như một loại vật

liệu có rât nhiêu ứng dụng

Hiện nay, các loại vật liệu trên thế giới đang ngày càng hướng đến sự thân thiện với môi trường và chính vì vậy việc sử dụng công nghệ xanh, nguyên liệu xanh hay phế thải nông nghiệp đang là xu hướng phát triên hiện tại

Bottom — up: Con đường tông hợp CQD "từ dưới lên" sẽ bắt đầu từ bằng việc “xây dựng” các tién chat nhé nhu carbohydrate , citrate va nanocomposite polyme — silica thông qua xử

ly thủy nhiệt/dung môi hay sử dụng vi sóng [40] Vi dụ, Zhu và cộng sự đã sử dụng một phương pháp đơn giản để điều chế CQD bằng cách đun nóng dung dịch poly (ethylene glycol) (PEG) va saccharide trong 16 vi song 500 W trong 2 đến 10 phút [41] Ngoài ra, phương pháp sốc nhiệt do laser gây ra cũng được ứng dụng đề tổng hợp CQD [42]

Lid, Ung dung

Nhờ khả năng phát quang và tương thích sinh học mà CQD có thể được dùng trong ứng

dụng vận chuyên thuốc, hình ảnh sinh học và cảm biến sinh học [43 44] trong ứng dụng cảm biến sinh học CQD dung lam chat mang cam biến sinh học vì tính linh hoạt nhờ việc

có thê thay đổi kích thước, độ hòa tan cao trong nước, không độc hại, khả năng quang hóa

7

tốt, các cảm biến sinh học dựa trên vật liệu dựa trên CQD co thê được sử dụng đề theo dõi

trong tế bảo [45], glueose [46], pH [47] Hơn nữa nhờ tính linh hoạt của chức năng hóa giúp chúng có thê hấp thụ ánh sáng với nhiều bước sóng khác nhau, mang lại cơ hội tốt trong ứng dụng quang xúc tác [2] CQD có tiềm năng đóng vai trò là vật liệu cho pin mặt

trời nhạy cảm với thuốc nhuộm [48] pin mặt trời hữu cơ [44], siêu tụ điện [49], và các thiết

bị phát sang [50]

1.2 Tổng quan về kim loại nano

1.2.1 Giới thiệu

Nano kim loại là vật liệu nano được tạo thành chỉ từ I nguyên tố, có thê là các nguyên tử

riêng lẻ hay 1 nhóm nhiều nguyên tử, các kim loại thường được sử dụng đề tổng hợp ra hạt

nano la Au, Ag, Pt, Cu, Pd, Re, Zn, Ru, Co, Cd, Al, Ni va Fe [51] “Nano” bat nguồn từ

ngôn ngữ Hy Lạp, có nghĩa là rất nhỏ Hạt nano kim loại có kích thước 10 — 100 nm [52] Những khái niệm đầu tiên về nano được giáo sư Richad Feynman đưa ra vào năm 1959

“There’s plenty of rooms at the bottom” [53] Và sau đó là sự xuất hiện của thuật ngữ “công nghệ nano” được ông Taniguchi phát biểu lần đầu tiên vào năm 1974 [54], sau đó liên tiếp

là các thành tựu về công nghệ nano và đến bây giờ những vấn đề về nano vẫn còn rất được quan tâm bởi sự mới mẻ và đột phá của nó Mặc dù những khái niệm về công nghệ nano chỉ mới xuất hiện trong vòng gần 100 năm trở lại đây nhưng các ứng dụng của vật liệu nano hay cụ thể là nano kim loại đã được loài người vận dụng từ trước công nguyên Hơn 2000 năm trước các tinh thể nano sunfua được người Hy Lạp và người La Mã dùng để nhuộm

tóc 1000 năm trước vào thời trung cô, các hạt nano kim loại được sử dụng dé trang tri cac

cửa số trong nhà thờ [55], trong các loại trang sức [56], cốc (cốc Lycurgus) [57]

Năm 1857, Faraday lần đầu tiên nghiên cứu sự ton tại của các hạt nano kim loại trong dung

dich [58] Nam 1908, Mie đưa ra lời giải thích định lượng về màu sắc của chúng [59] Ngày nay, những vật liệu nano này có thê được điều chế và biến đổi bằng nhiều nhóm chức năng hóa học khác nhau cho phép chúng liên kết với các kháng thể, phối tử và thuốc Các hạt

nano kim loại có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực trị liệu, công nghệ sinh học, phương tiện

vận chuyên gen và thuôc

sẽ mạnh hơn so với vàng khối [52] đây cũng là một ví dụ điển hình cho hiệu ứng lượng tử

ở vật liệu nano Thêm nữa khi vật liệu đạt kích thước nano, tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích của các hạt nano kim loại tăng lên đáng kê, điều này làm cho các hạt nano kim loại có tính hoạt động hóa học và xúc tác cao hơn so với vật liệu cùng thành phần ở kích thước khối [60] Các hạt nano kim loại như vàng, bạc có thê hấp thụ và phản xạ ánh sáng theo

cách khác với kim loại ở dạng khối Điều này dẫn đến các ứng dụng quang học như màu sac, tan sac anh sáng và tăng cường trường điện từ cục bộ

1.2.3 Các Phương Pháp Tổng Hợp

Phương pháp khử hóa học: Sử dụng các chất khử như natri borohidrid (NaBH4), hydrazin (N:H¿), hoặc hydrogen (H›) để khử các ion kim loại từ các dung dịch muối kim loại Nano

hạt kim loại hình thành và được làm ổn định bằng các chất bảo vệ như các polyme,

surfactant hoặc các phân tử hữu cơ khac [61]

Phương pháp thủy nhiệt: Dựa trên việc gia nhiệt các dung dịch muối kim loại ở nhiệt độ và

áp suất cao Quá trình này kích thích sự hình thành và tăng trưởng của các tinh thê nano

kim loại Các tính chất của nano hạt như kích thước, hình dạng và cầu trúc được kiểm soát

thông qua điều chỉnh các điều kiện phản ứng [62]

Phương pháp vi nhũ tương: Sử dụng các hệ thống vi nhũ tương như nhũ tương dầu trong nước để tạo ra các giọt nhũ tương nano kích thước Các ion kim loại được khử trong pha

dầu hoặc pha nước dé tạo ra các nano hạt kim loại Kích thước và hình dạng của nano hạt được kiểm soát bởi các yếu tố như loại đầu, chất nhũ hóa, tỷ lệ pha [63]

Các phương pháp trên chỉ là một số ví dụ, trong thực tế còn có nhiều phương pháp khác như phương pháp điện hóa [64], phương pháp sol — gel [6Š], Lựa chọn phương pháp phụ

thuộc vảo yêu câu va tinh chat cụ thê của nano hạt kim loại cân tông hợp

9

1.2.4 Ung dung

Bằng vào các tính chất quang linh hoạt của nano kim loại mà nó được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến hình ảnh [66], màn hình [67], pin mặt trời [68], xúc tác quang [69] Khi các hạt này đạt kích thước nano thì điểm nóng chảy thấp hơn khối kim loại từ

điều này dây điện tử có thé duoc chế tạo từ các hạt nano, có thể làm vật liệu siêu dan ở nhiệt độ cao [70] Thêm vào đó nano kim loại còn được sử dụng trong vai trò xúc tác, các chất xúc tác dựa trên các hạt nano kim loại có tính chọn lọc, hoạt tính cao, có thời gian tồn tại lâu dài cho một số loại phản ứng [71] Vì các hat nano kim loại có hoạt tính cao về các tính chất vật lý, hóa học và cơ học, chúng có thé duoc sử dung lam chất xúc tác để ngăn

ngừa ô nhiễm môi trường do đốt than và xăng

10

Phương pháp hóa học sử dụng nước hoặc dung môi hữu cơ để điều chế hạt nano bạc [77] Quá trình này thường sử dụng ba thành phần chính, chẳng hạn như tiền chất kim loại, chat

khử và chất ôn định Về cơ bản, quá trình khử muối bạc bao gồm hai giai đoạn (1) tạo mầm;

và (2) sự tăng trưởng [78] Nhìn chung, vật liệu nano bạc có thê thu được bằng hai phương pháp, được phân loại là “từ trên xuống” và “từ dưới lên” [79] Phương pháp “từ trên xuống”

là quá trình mài cơ học các kim loại rời Với sự ôn định tiếp theo bằng cách sử dụng các chất

bảo vệ keo [80] Các phương pháp “từ dưới lên” bao gồm khử hóa học, phương pháp điện hóa và phân hủy siêu âm Ưu điểm chính của phương pháp hóa học là hiệu suất cao, trái ngược với phương pháp vật lý, hiệu suất thấp Các phương pháp nêu trên cực kỳ tốn kém

Ngoài ra, các vật liệu được sử dụng dé tong hop AgNP, chang han nhu citrate, borohydride,

thio — glycerol va 2 — mercaptoetanol déu déc hai va nguy hiém [80] Ngoai nhitng nhuge

diém nay, cac hat duoc san xuat không có độ tinh khiết như mong đợi vì bề mặt của chúng được phát hiện có chứa hóa chất Cũng rất khó để chuẩn bị AgNP với kích thước được xác định rõ ràng, đòi hỏi một bước tiếp theo dé ngan chan su két tu hat [81]

Ngoài ra, trong quá trình tổng hợp có quá nhiều sản phẩm phụ độc hại, nguy hiểm bị loại

bỏ Phương pháp hóa học sử dụng các kỹ thuật như tổng hợp đông lạnh [82], cắt đốt bằng laser [83], khử điện hóa [84], chiếu xạ laser [85] Ưu điểm của quá trình tổng hợp hóa học

các hạt nano là dễ sản xuất, chi phí thấp và năng suất cao; tuy nhiên, việc sử dụng các chất khử hóa học có hại cho sinh vật sống [86]

1.2.5.3 Ứng dụng

Các hạt nano bạc (AgNP) ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm y tế, thực phẩm, chăm sóc sức khỏe, tiêu dùng và mục đích công nghiệp do các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo của chúng [76] Chúng bao gồm các đặc tính quang, điện và

nhiệt, độ dẫn điện cao và sinh học Do đặc tính đặc biệt của chúng, chúng đã được sử dụng

cho một số ứng dụng, bao gồm làm chất kháng khuẩn [87], trong các sản phẩm công nghiệp, gia dụng và liên quan đến chăm sóc sức khỏe, trong các sản phẩm tiêu dùng, lớp phủ thiết

bị y tế, cảm biến quang học và mỹ phẩm, trong ngành dược phẩm, công nghiệp thực phẩm, trong chân đoán, chỉnh hình, phân phối thuốc, làm tác nhân chống ung thư và cuối cùng đã nâng cao tác dụng tiêu diệt khối u của thuốc chống ung thư [8S]

11

1.3 Tổng quan về các hợp chất chứa vòng thơm

1.3.1 4— Nirophenol

4 — nitrophenol là một hợp chất thơm, là một dẫn xuất của phenol với công thức hóa học là

C¿HzNO; có một nhóm -NOa nằm đối diện với nhóm -OH Đây là một chất rắn màu vàng đến nâu, có nhiệt độ nóng chảy khoang 114 °C, hoa tan tot trong nước, cồn, ete và dung

môi hữu cơ Nhờ sự có mặt của nhóm hydroxyl -OH và nhóm nitro -NO2 mà hợp chất này

có tính axit, xảy ra phản ứng điện với cac hop chat khac nhu amin, alcol,

Van đề về môi trường và sức khỏe: 4 — nitrophenol là chất độc, ảnh hưởng đến con người

và động vật, có thê gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, gan, thận và hệ tuần hoàn, gây ô nhiễm

môi trường nếu thải ra nước thải hoặc khí thải

Nhìn chung, 4 — nitrophenol là một hợp chất quan trọng trong công nghiệp, nhưng do tính

độc và ô nhiễm môi trường, nên việc sử dụng và xử lý cân được thực hiện cân trọng

1.3.2 Metyl Qrange

Metyl Orange với công thức hóa học 1a C14Hi4N3NaOs8 , là một chất thơm được sử dụng rộng rãi như một chất chỉ thị pH có cầu trúc gồm một vòng benzene, một nhóm azo -N=N-

và một nhóm sulfonat -SOsNa Ở dang tinh thé, metyl orange là một chất rắn màu cam, có

nhiệt độ nóng chảy khoảng 292 — 294 °C, tan tốt trong nước và dung môi hữu cơ như cồn,

12

ete Là một chất chỉ thị pH, metyl orange thay đổi màu sắc từ cam trong môi trường axit sang vàng trong môi trường kiêm, có tính axit do sự hiện diện của nhóm sulfonat

Van đề về môi trường và sức khỏe: Metyl orange là một chất độc, có thể gây kích ứng da

và đường hô hấp Có khả năng gây ảnh hưởng đến môi trường nếu thải ra nước thải hoặc không được xử lý đúng cách Cần tuân thủ các quy định về an toàn và xử lý chất thải chứa metyl orange

Tóm lại, metyl orange là một hợp chất quan trọng với nhiều ứng dụng, tuy nhiên cần phải

sử dụng và xử lý an toản do tính độc và khả năng ô nhiêm môi trường

1.4 Động học hóa học

Động học hóa học, còn được gọi là động học phản ứng, là một nhánh của hóa học vật lý liên

quan đến việc tìm hiểu tỉ lệ của các phản ứng hóa học Nó tương phản với nhiệt động lực học, liên quan đến hướng xảy ra quá trình nhưng bản thân nó không quan tâm về tốc độ Động học hóa học bao gồm các nghiên cứu về các điều kiện thí nghiệm ảnh hưởng đến tốc

độ của phản ứng hóa học và cung cấp thông tin về cơ chế và trạng thái chuyền tiếp của phản ứng, cũng như việc xây dựng các mô hình toán học cũng có thể mô tả các đặc điểm của phản ứng hóa học Người ta nghiên cứu về yếu tố ảnh hưởng này để theo dõi các biến đổi trong phản ứng, hiểu rõ thêm bản chất phản ứng, để từ đó xác định được cơ chế phản ứng, hiểu rõ về điều này ta có thể ứng dụng nó trong việc thiết kế lò phản ứng, tối ưu hóa chi phi, thoi gian,

13

1.4.1 Ảnh hướng của nông độ đến tốc độ phản ứng

Khi nồng độ của các chất phản ứng tăng, số lượng phân tử hoặc ion trong một đơn vị thể tích cũng tăng, dẫn đến khả năng va chạm giữa chúng tăng lên Điều này thường làm tăng tốc độ phản ứng Trong các phản ứng đồng thể (các chất phản ứng ở cùng một pha), nồng

độ có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ Ngược lại, trong các phản ứng dị thể (các chất phản ứng ở các pha khác nhau), ảnh hưởng của nồng độ có thê phức tạp hơn

1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Khi nhiệt độ thay đổi, năng lượng trung bình của các phân tử cũng thay đổi, dẫn đến tăng hoặc giảm tần suất và năng lượng của các va chạm giữa chúng Điều này thường làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Theo thuyết va chạm, phản ứng xảy ra khi các phân tử va chạm với nhau với năng lượng đủ lớn để vượt qua rào cản năng lượng (năng lượng hoạt hóa) Nhiệt độ cao giúp tăng số lượng va chạm có năng lượng đủ lớn, từ đó làm tăng tốc độ phản ứng Đối với các phản ứng tỏa nhiệt (exothermie), tăng nhiệt độ có thể làm giảm tốc độ phản ứng, trong khi đối với các phản ứng thu nhiệt (endothermic), tăng nhiệt độ có thể làm

tăng tốc độ phản ứng Theo định luật Arrhenius, định luật này mô tả mối quan hệ giữa tốc

độ phản ứng và nhiệt độ, cho thấy răng tốc độ phản ứng tăng theo hàm số mũ của nhiệt độ

cân bằng Một số chất xúc tác còn mang tính chọn lọc khi có thé tao ra san pham cu thé

hơn, giúp tăng tính chọn lọc trong phản ứng, điều này là một sự cần thiết trong ngảnh công

nghiệp hóa học Hiệu suất hoạt động của chất xúc tác còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp

suất, vì chất xúc tác có thê biến đổi làm thay đổi phản ứng khi nhiệt độ hay áp suất thay doi

14

Chất xúc tác cũng được chia thành 2 loại là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể, xúc tác đồng

thể là chất xúc tác ở cùng pha với các chất phản ứng (ví dụ, tất cả đều là khí hoặc dung dịch) Xúc tác di thé là chất xúc tác ở pha khác với các chất phản ứng (ví dụ, chất rắn xúc tác trong dung dịch)

1.5 Liên hệ đề tài

Ngày nay, các tác động từ việc xử lí hóa chất thải của các nhà máy gây ảnh hưởng nặng đến trạng thái của môi trường, việc kéo dải sẽ ngày càng tạo ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến

đời sống an sinh của xã hội, nên vì vậy việc xử lí các hóa chất có hại này là một điều cần

thiết để giúp cho môi trường thêm sức sống Nhận thấy vấn đề nghiêm trọng như vậy nên

tôi đã thực hiện nghiên cứu tổng hợp một loại CQD xanh, nhờ tận dụng một loại rác thải

nông nghiệp là vỏ bưởi, để tiến hành xử lí các loại hóa chất thải hữu cơ bằng cách xúc tác

phản ứng oxy hóa — khử Bên cạnh các loại vật liệu xúc tác khác như Pd/FGO [89],

Pd/Anogeissus latifolia [90], Pd/thiacalix (4) arene [91], Pd-GA/RGO [92] thi CQD mang lại tính ổn định cao vì chúng thường có độ bền cao trong các điều kiện khác nhau, giúp duy trì hiệu suất xúc tác trong thời gian dài, nhờ khả năng tương thích sinh học của mình mà CQD đem lại sự an toàn cho môi trường và cơ thê sống khiến cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng trong y học vả môi trường hơn, chính vì vậy CQD xứng đáng được sự chú ý và quan tâm của các nhà khoa học Ngoài vỏ bưởi thì CQD còn có thể tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu xanh khác như vỏ chuối [93], vỏ trâu [94], vỏ chanh [95] hay các loại lá cây

[96, 97], tuy nhiên, so với các loại nguyên liệu trên thì vỏ bưởi mang lại nguồn carbon

dồi dao hon vi thé trong dé tài này tôi đã sử dụng vỏ bưởi làm nguồn nguyên liệu chính để tong hop nén carbon quantum dot

Nhờ việc tận dụng khả năng xúc tác mạnh mẽ của nano bạc vả sự hỗ trợ xúc tác tuyệt với của chấm lượng tử carbon nên chúng tôi đã kết hợp 2 loại vật liệu đề có thể tạo ra 1 loại vật

liệu nanocomposite mới, hơn nữa dé thử nghiệm gia tăng hiệu quả xúc tác đây nhanh tốc

độ loại bỏ hóa chất thải chúng tôi đã kết hợp thêm nitơ vào vật liệu Đây là một đề tài đầy

hứa hẹn không chỉ giúp giải quyết các vẫn đề về môi trường mả còn có thể tận dụng lại các nguôn rác thải nông nghiệp

15