Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu carbon dots đồng pha tạp N bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn sử dụng tủ sấy đối lưu: Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học

Khảo sát các tính chất của vật liệu CDs tổng hợp được, bao gồm: kích thước, cấu trúc, hình thái, thanh phan, nhom «hi: »` tf*l: chất quang học bằng các phương pháp phân tích hiện đại..

BO GIAO DUC VA DAO TAO 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 VA KHAO SAT TINH CHAT CUA VAT LIEU

CARBON DOTS PHA TAP NITROGEN BANG

PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHẦN PHA RAN SU’ DUNG

HEATING MANTLE

GVHD: TS VO THI THU NHU’

TS DANG DINH KHOI SVTH: NGUYEN LE MINH HIEN

SKLO1

TP Hồ Chí Minh, tháng 8/2024

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU PHAM KY THUAT TP HO CHI MINH

KHOA CONG NGHE HOA HOC VA THUC PHAM

BO MON CONG NGHE HOA HOC

HCMUTE

KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC

TONG HOP VA KHAO SAT TINH CHAT CUA VAT

LIEU CARBON DOTS PHA TAP NITROGEN BANG

PHUONG PHAP NHIET PHAN PHA RAN SỬ

DUNG HEATING MANTLE

Nguyễn Lê Minh Hiền

20128111

TS Võ Thị Thu Như

TS Đặng Đình Khôi

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 nam 2024

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU PHAM KY THUAT TP HO CHI MINH

KHOA CONG NGHE HOA HOC VA THUC PHAM

BO MON CONG NGHE HOA HOC

HCMUTE

KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC

TONG HOP VA KHAO SAT TINH CHAT CUA VAT LIEU CARBON DOTS PHA TAP NITROGEN BANG PHUONG PHAP NHIET PHAN PHA RAN SU

DUNG HEATING MANTLE

Nguyén Lé Minh Hién

20128111

TS Võ Thị Thu Như

TS Đặng Đình Khôi

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THANH PHO HO CHi MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHAM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYÊN LÊ MINH HIỀN

MSSV: 20128111

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa hoc

Chuyên ngành: CNKT Hóa Vô Cơ

1 Tên khóa luận: TÔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHÁT CỦA VẬT LIỆU

CARBON DOTS PHA TAP NITROGEN BANG PHUONG PHAP NHIET PHAN PHA

RAN SU DUNG HEATING MANTLE

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

Tổng quan vẻ vật liệu Carbon Dots (CDs)

Xây dựng quy trình tông hợp vật liệu CDs bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn

Khảo sát các điều kiện phản ứng (tỷ lệ tác chất phản ứng, nhiệt độ phản ứng và thời gian

phản ứng) phù hợp nhất dé tổng hợp sản phẩm CDs

Khảo sát các tính chất của vật liệu CDs tổng hợp được, bao gồm: kích thước, cấu trúc,

hình thái, thanh phan, nhom «hi: »` tf*l: chất quang học bằng các phương pháp phân tích

hiện đại

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa ï::;:.` 2/01/2024

4 Ngày hoàn thành khóa luận: : 05/08/2024

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Đình Khôi

6 Nội dung hướng dẫn: Toản phan

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Hóa học

Tp Hỗ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2024

TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

RƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

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

LUẬN, LUẬN VĂN, LUẬN ÁN)

I Thong tin chung

RAN SU DUNG HEATING MANTLE

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 si): Khóa luận tốt nghiệp

2 Mã số sản phẩm học thuật (nếu có): -++++22222222ttttntntrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrri

3 Thông tin tác giả (ghi tất cả tác giả của sản phẩm)

‹ S giả chính/đông tác giả )

4 Thông tin giảng viên hướng dẫn

Họ và tên: TS ĐẶNG ĐÌNH KHÔI MSCB: 9848

Khoa: Céng nghé Héa hoc va Thuc pham

Il Két qua kiem tra dao van

ne man ef z Ngày kiểm tra đạo | % trùng lặp toàn | % tring lap cao Ngày nộp sản phẩm văn nội dung nhất từ 1 nguồn 05/08/2024 04/08/2024 16% 4%

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

à tên) (ký ghi rõ họ và tên) (ký ghi rõ họ

Nguyễn Lê Minh Hiền TS Đặng Đình Khôi

lil

‘ys

BỘ MÔN CN HÓA HỌC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIEU ĐANH GIÁ KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP, NGÀNH CNKT HÓA HỌC

HỌC KỸ: II ~ NĂM HỌC: 2023-2024, MÃ MÔN HỌC: GRAT476803

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN)

I Thông tin chung

Họ và tên người hướng dẫn: ĐẶNG ĐÌNH KHÔI

Đơn vị công tác: Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa CNHH&TP

Học hàm, học vị: TS Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học

Họ và tên sinh viên: NGUYÊN LÊ MINH HIỀN

MSSV: 20128111 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hoá vô cơ

Tén dé tai: TONG HOP VA KHAO SAT CAC TINH CHAT CUA VAT LIEU CARBON DOTS PHA TAP N BANG PHUONG PHAP NHIET PHAN PHA RAN SU DUNG HEATING MANTLE

Số tài liệu tham khảo: 30 : Phần mềm tính toán: 02 (Origin va ImageJ)

Bồ cục: Hợp lý, cấu trúc phân bố khóa luận khoa học

Hành văn: Trôi chảy, lưu loát

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: phù hợp và dễ hiểu

2.2 Mục tiêu và nội dung:

Tổng quan về vật ligu Carbon Dots (CDs)

Xây dựng quy trình tong hợp vật liệu CDs bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn sử dụng heating mantle

Khảo sát các diều kiện phản ứng (tỷ lệ tác chất phản ứng, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng)

phù hợp nhất để tông hợp sản phẩm CDs

Khảo sát các tính chất của vật liệu CDs tổng hợp được, bao gồm: kích thước, cấu trúc, hình thái,

thành phân, nhóm chức và tính chất quang học bằng các phương pháp phân tích hiện đại

2.3 Kết quả đạt được:

SV đã trình bày tổng quan về vật liệu CDs: giới thiệu sơ lược, tính chất đặc trưng, các phương pháp tổng hợp và ứng dụng của vật liệu này

Đánh giá được sự thay đôi của phương pháp thí nohiê

3 | đến kết quả nghiên cứu phone Pas tat ogg 10 8

4 mm được thực hiện bằng các kỹ năng và công cụ phù 10 10

Ban thuyét minh được trình bày hoàn chỉnh, đầy đủ và

5 loat ogic 20 17

z _ | Hệ thống thí nghiệm được triển khai và thực hiện hoàn 20 19

chinh (kê hoạch, thái độ, kỹ năng) —

Tp.HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2024 Cán bộ hướng dẫn

Lys Cs

ko vu ĐH SƯ PHAM KY THUAT TP.HCM CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

BỘ MÔN CN HÓA HỌC

—_— — m———=———~~

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

HQC KY: 2 - NĂM HỌC: 2023-2024, MÃ MÔN HỌC: GRAT476803

(NGUOI PHAN BIEN)

I Thông tin chung

Họ và tên người phản biện: Trần Thị Nhung

Đơn vị công tác: Khoa CNHH&TP

Hoc ham, hoc vi: Tién sy Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Minh Hiền

MSSV: 20128111 Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Tên đề tài: Tổng hợp và khảo sát tính chất của vật liệu carbon dots pha tạp nitrogen bằng phương

pháp nhiệt phân pha răn sử dụng heating mantle

Sử dụng thuật ngữ chuyên môn: phù hợp

2.2 Mục tiêu và nội dung: chế tạo vật liệu carbon dots pha tạp N bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn trong heating mantle và đánh giá sơ bộ khả năng ứng dụng của vật liệu tạo thành trong cảm biến ion kim loại và mực phát quang

2.4 Ưu điểm của khóa luận:

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng phản ứng một cách hệ thống và trọn vẹn

Các bước thí nghiệm được tiến hành hệ thống

2.5 Những thiếu sót của khóa luận:

Bài viết khá sơ sài

Caption hình 3.9 bị nhằm bước sóng kích thích và phát xạ

Đường chuẩn tính hiệu suất phát quang chỉ có 3 điểm khá sơ sài

2.6 Câu hỏi phản biện (ít nhất 02 câu hỏi)

Vai trò của ion đồng trong quá trình tổng hợp, tại sao trong phỏ XPS không thấy sự hiện diện

của đông?

» về mâu sắc phát xạ có ảnh hưởng như thế nào tới khả năng ứng dụng của vật liệu?

Hiệu suất quantum yield phụ thuộc yếu tố nào?

Việc sử dụng heating mantle để gia nhiệt có ảnh hưởng đến tinh chat vật liệu tạo thành không

$0 sánh với các phương pháp đã công bố

Tại sao vật liệu CDs tổng hợp được lại chỉ có khả năng dập tắt tín hiệu Cr (+6), trong khi các

ion khác thì không?

HI Đề nghị và Đánh giá của phản biện

+ Đề nghị của người phản biện

Được bảo vệ x Bỏ sung thêm đẻ được bảo vệ

; Khong được bảo vệ Bảo vệ vào đợt khác

+ Đánh giá của người phản biện:

STT Nội dung đánh giá Điểm tối đa _

Hệ thống được các kiến thức và đề ra nhiệm vụ KULTN

đên kết quả nghiên cứu

4 | KLTN được thực hiện bằng các kỹ năng và công cụ phù 1 ‘

hợp

5 Ban thuyét minh được trình bày hoàn chỉnh, đầy đủ và 20 13

logic

6 | Tính mới và khả năng ứng dụng của đề tài 10 7

Hệ thống thí nghiệm được triển khai và thực hiện hoàn 10 :

KHOA CONG NG HOA HVC P

BỘ MÔN Công NGHỆ Er va nh ÓA HỌC

CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU TỎNG HỢP ĐIỂM KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

I Thông tin chung

~ Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Minh Hiền

-MSSV: 20128111

- Tên đề tài: Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa Vô cơ

Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu carbon dots pha tạp N

băng phương pháp nhiệt phân pha ran sử dụng heating mantle

- Họ và tên người hướng dẫn chính: VõðThịThìNhr

II Kết quả đánh giá

Bang chit: secsuanuensne OM bee dacintesestihareetanttese

'_ Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 08 năm 2024 CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HQC SU PHAM KY THUAT

THANH PHO HO CHi MINH

I Thong tin chung

Ho va tén sinh vién: NGUYEN LE MINH HIEN

CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

Độc lập — Tự do —- Hạnh phúc

PHIẾU TRA LOI GOP Y NOI DUNG KHOA LUAN TOT NGHIEP

Lop: 201281V1 Tên đề tài: Tông hợp và khảo sat tinh chat ctia vat liu carbon dots pha tap nitrogen bang

phương pháp nhiệt phân pha rắn sử dụng heating mantle

Mã sô khóa luận:

Họ và tên người hướng dẫn chính: TS ĐẶNG ĐÌNH KHÔI

II Nội dung trả lời

STT Nội dung góp y Nội dung trả lời

1 Bài viết khá sơ sài

Vì thời gian làm thực nghiệm và việt bài khá ngăn nên chưa được chỉnh chu, em đã xem xét và chỉnh sửa

quang chỉ có 3 diém kha so sai

Vi thoi gian lam thuc nghiém va viét bai

khá ngăn nên chưa được chỉnh chu, em đã

xem xét và làm thực nghiệm lại đê chỉnh

TOM TAT KHOA LUAN Trong nội dung trình bày của khóa luận này, quy trình tổng hợp vật liệu CDs phát quang màu xanh ngọc bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn (pyrolysis) từ hai nguyên liệu là Copper (II) Acetylacetonate (Cu-Complex) và Para Aminosalicylic Acid (PAS) đã được

đề xuất

Quá trình tiến hành khảo sát thực nghiệm cho thấy khi tỷ lệ mol nguyên liệu đầu vảo là Cu-Complex:PAS đạt tỷ lệ 1:3, nhiệt độ tiễn hành phản ứng là 170°C và thời gian phản ứng là 3 giờ thì vật liệu CDs tông hợp được có độ phát quang cao nhất

CDs sau khi tổng hợp được tiến hành phân tích để khảo sát các tính chất về hình dạng, kích thước, cau tric, thành phần nguyên tố và các nhóm chức trên bề mặt của chúng Các phương pháp được sử dụng để phân tích cấu trúc và hình thái của vật liệu CDs bao gồm phương pháp kính hiễn vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp phân tích tán xạ ánh sáng động (DLS) Bên cạnh đó, phương pháp phố huỳnh quang điện tử tia X (XPS) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) được sử dụng phân tích thành phần nguyên tố và

các nhóm chức của CDs Hơn thế nữa, các tính chất quang học của vật liệu CDs được

phân tích bằng quang phổ hấp thụ tử ngoại — khả kiến (UV-Vis) và quang phổ phát xạ huỳnh quang (PL)

Kết quả phân tích vật liệu CDs tổng hợp được có kích thước trung bình là 3,25 + 0,79 nm,

thành phần nguyên tố có C, O và N nên có thể khăng định đây là vật liệu CDs pha tạp

nitrogen Bên cạnh đó, kết quả đo PL cho thấy đỉnh phát quang cao nhất tại 495 nm khi kích thích ở bước sóng 343 nm, phát quang màu xanh ngọc với hiệu suất phát quang là 30%

LOI CAM ON

Sau quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, không chỉ có sự

nỗ lực của bản thân mà còn có sự hỗ trợ, giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và gia đình trong

quá trình học tập tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, tôi đã hoàn thành khóa

luận tốt nghiệp của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Đặng Đình Khôi, thầy đã định hướng, giảng dạy cũng như giúp đỡ tận tình, là người trực hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và

nghiên cứu khóa luận Cùng với sự biết ơn cô Võ Thị Thu Như đã hướng dẫn và hỗ trợ tôi

hoàn thành khóa luận này trong thời gian qua

Xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ - quản lý phòng thí nghiệm, đã hỗ trợ tôi rất nhiều về

dụng cụ, máy móc cũng như thiết bị trong quá trình thực hiện khóa luận tại phòng thí

nghiệm Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Công nghệ Hóa học và

Thực phẩm đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi

trong quá trình thực hiện khóa luận này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bẻ, các em khóa dưới đã luôn bên cạnh động viên, quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá

trình thực hiện khóa luận

Vì thời gian thực hiện có hạn cùng với sự nỗ lực, cô găng đê học hỏi và trao dôi kiên thức

nhưng với kiên thức chuyên môn còn hạn chê nên không tránh khỏi những thiêu sót, tôi rât mong nhận được sự quan tâm và đóng góp của quý thây cô đê khóa luận tôt nghiệp

được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

i

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trình bày trong khóa luận tốt nghiệp được thực hiện bởi tôi, dưới sự hướng dẫn của thầy Đặng Đình Khôi Các kết quả thực nghiệm được trình

bày trong khóa luận này là trung thực Tắt cả tài liệu tham khảo được trích đãn đầy đủ và

chính xác từ những nguồn đáng tin cậy

TP Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 0§ năm 2024

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Minh Hiền

ill

MUC LUC DNS BOA es cece execu scene vases sence nears te e2 VYYC22 R97 2CterS 2e 9t SE ve VEeSEvVEEErVeESE2fe 1 CHƯƠNG I1: TÔNG QUAN 2 -22<<2C EEEE EEEE EEEOrkkrtrrkrriiiie 3

1.1 Giới thiệu về Carbon dots (CD§) - ¿+ 2S E‡E2EEEESE2EEE111E211111212151111121 1x te 3

1.1.1 Sơ lược về lịch sử CDs 2- 2222 SE SnSn SE S2 S121 215353 5515155555511 11 111 115151EEEEEEersee 3

1.1.2 Tính chất của vật liệu -2c2-2222+ t2 tre 5 1.2 Cac phurong phap t6ng hop c.cecsccsscscssessssessessesessesscsesevsecscsevsesevsevsvsetsesevseseeseveecees II

1.3 Ứng 000/1580i:0428)19ì0009 5 .A 17

1.3.2 Ứng dụng làm cảm biến hóa học ứng dụng trong phát hiện kim loai 18

0)319/9)/05249:00/00060):000) 055 — 21

2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiÊn CỨU - - - 2 223222312282 Eereesrseeces 21 2.1.1 Hóa chất thực 3011500005-111 21

2.1.2 Dụng cụ và thiẾt bỊ -.-5- + s SE 1E 11115112111111121112111111212111 221kg 22

2.2 Nội dung nghiên CỨU - ¿2c E3 2213228125883 58 819531 81111 111 81112 1118 11v ng rệt 23

2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứỨng 2+ 22 22223 *++z*£z#+zeezeess 24

2.3 Các phương pháp phân tích cầu trúc và tính chất quang học của vật liệu CDs 25 CHƯƠNG 3: KÉT QUÁ VÀ BÀN LUẬN 5-5 scc<cssesecsscsecse 26

IV

3.1 Két qua khao sat mau tong hop vat H@u CDs cecccececeeceesseceseeeesseesseeeeeeenes 26

3.1.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tác chất đến sản phẩm CDs 26 3.1.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sản phâm CDs 26 3.1.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sản phẩm CDs 27

3.2.1 Kết quả phân tích hình thái và kích thước (TEM) - 2 2 2+z+s2£z+zs2 28 3.2.2 Kết quả phân tích DIL/S 2-52 58+ E£EEEEEEEEEEEEEE121112112111112211 11 1 10 30 3.2.3 Kết quả phân tích XPS .2- + S1 1E E1115212111111121E111121111112111111 1 y0 31 3.2.4 Kết quả phân tích F TIR -¿- 2s SE+E‡2E£EEEEEEE21E1151121E11111111112111E 1E 1e6 32

3.3 Kết quả khảo sát tính chất quang học của vật liệu phát quang CDs 33

3.3.1 Kết quả phân tích UV-Vi§ -s 5+ 1E EE1E21211111112151111111111 2110111 1 10 33 3.3.2 Kết quả phân tích PL/E,, PL - +: 2 2x SE+E£EE£EEEEEEE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkeeg 34

3.3.3 Tính hiệu suất phát quang của vật liỆu . - - 52222232 22£ +2 +zzeesszeeess 35

3.4 Ứng dụng vật liệu CDs đã tổng hợp được -.-¿- + s e+E+E£EEE£EE2EEEEEEEEerkrrrred 37

3.4.1 Ứng dụng làm mực in phát quang của vật liệu CDs đã tông hợp được 37

3.4.2 Ứng dụng làm cảm biến hóa học để phát hiện các 1on kim loại 37

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ .2- 2-2 s° 2< ©S2©S<Sz£sexeezsecsetseeeesseree 40

DANH MUC BANG

Bảng 2.1 Các loại hóa chất sử dung trong khoa U4 eeceeeeceeeeseeeeseeseeeeseeeeeeeees 21

Bang 2.2 Dung cu va thiết Dic ccccccceccccccececececcecececvecsseseeesessevevessuseeteseseseisiteseeeseeeees 22

Bảng 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ các chat phan tg dén san pham CDs 24

Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sản phẩm CDs 25

Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sản phẩm CDs 25

Bảng 3.1 Bảng số liệu thống kê kích thước hạt CDs (d, nm) trong ảnh TEM 29 Bảng 3.2 Kết quả tính toán kích thước hạt theo công thức (3.1) với dữ liệu được cung câp từ bảng 3 Ì - 2< 2 2221212111121 112211 1111201111811 1 H111 ng gưky 29

VI

DANH MUC HINH ANH

Hinh 1.1 Phan loai vat li€u nano carbon o.oo cececececececececececececececececeeecececees 3 Hình 1.2 Sơ đồ minh họa quy trình tổng hợp vật liéu CDs pha tap nitrogen va tmg dụng làm cảm biến hĩa học để phát hiện Fe”” 2 2 s+2£EE££E££E2EE2EzExzred 5

Hình 1.3 (a) Anh HRTEM cua CDs pha tap nitrogen (b) biéu d6 phan b6 kích thước hạt của CDs pha tạp nIfroØe - 22 22 2222233228 E222 E2 E£+£#Eezezzeeezeee 6

Hình 1.4 Sơ đồ sự dao động cường độ ánh sáng tán xạ theo thời gian 7 Hình 1.5 Phố quang điện tử tia X (XPS) của CDs pha tạp nitrogen - 8 Hinh 1.6 Phé FTIR ctia CDs pha tap nitrogen .ceeececessesesseseeseeseseeseseteeseeseeseeeeeees 9 Hình 1.7 (a) Phố hấp thụ UV-vis (đường màu đen), phổ kích thích PL (đường màu

đỏ) và phố phát xạ PL (đường màu xanh) của CDs pha tạp nitrogen (b) Phố phát xạ

PL của CDs pha tạp nitrogen khi thay đổi bước sĩng kích thích - 10

Hinh 1.8 Các phương pháp tổng hợp vật liệu CDs 2-22 s+z+£z£E+zscxzz II Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp CDs băng phương pháp nghiên bi năng lượng cao 12

Hình 1.10 Sơ đồ bồ trí thí nghiệm Femtosecond laSer 2: 2 2+sz+z+zsz£sz£ 14 Hình 1.11 (A) Sơ đồ tổng hợp CDs bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn (B) Sơ

đồ minh họa ung dung cua CDs lam cam biến hĩa hoc dé phat hién Fer ce 15

Hình 1.12 Sơ đồ tổng hợp CDs băng phương pháp Hydrothermal với sự cĩ mặt của

GSH 52 1 22 122121121121111211 1121121121 1111 2112121212111 21212111 rrr re 16 Hình 1.13 Cảm biến hĩa học dựa trên CDs về sự hiện diện của H;S 17 Hình 1.14 (a) Phố phát xạ PL (b) Tỷ số (F0-F)/F0 của các mẫu CDs khi cĩ mặt các ion kim loại với nồng độ 100 HM -5 5-5222 S2S2E2EE+EE2EEEE2E2EEEEEEEEEEEEEEcErxee, 19

Hình 1.15 a) Từ trái sang phải, hình ảnh quang học và huỳnh quang của giá đỗ được trồng bằng dung dich CDs (1,5 mgmL-I ) b) Các ký tự huỳnh quang được đánh dấu bằng CDs trên da người c) Dấu vân tay huỳnh quang trên giấy lọc 20

Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu CDs 5 2+2+2s+EEE+EE2E£EE2ESZEzEErErrxre 23

Hình 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất phản ứng đến sản phẩm CDs

tổng hợp được Ảnh chụp khi chiếu sáng dưới đèn UV 365 nm 26

Vii

Hình 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sản phẩm CDs

tổng hợp được Ảnh chụp khi chiếu sáng dưới đèn UV 365 nm 27 Hình 3.4 Ảnh chụp TEM (bên trái) và đồ thị phân bố kích thước hạt (bên phải) của

CDs tổng hợp được -2- + +s+SE+ES2E2E1EE5712111151121112111111121121111211211111 1x6 29

Hình 3.5 Đồ thị phân bó thế zeta (bên trái) và đồ thị phân bố kích thước hạt theo phổ DLS (bên phải) của CDs tổng hợp được - 2 2+2 +E+2se£x+£szrxzrxzzxee 31 Hình 3.6 Phố XPS khảo sát của vật liệu phát quang CDs -2- 2+s+zz2sz£: 32

Hình 3.7 Phổ FTIR của vật liệu phát quang CDs đã tổng hợp -. 33

Hình 3.8 Phổ hấp phụ UV-Vis của vật liệu phát quang CDs -. -2- 5z 2=: 34 Hình 3.9 a) Phổ hấp thụ UV-Vis (màu đen), phổ phát xạ PL (màu đỏ) và phố kích

thích PL (màu xanh) của vật liệu CDs trong nước b) Phố phát xạ PL của CDs pha tạp nitrogen ở các bước sóng kích thích khác nhau -. 5-5-5555 <++s<++2 34

Hình 3.10 Phổ phát xạ huỳnh quang PL và ảnh chụp mẫu dung dịch CDs phát

quang màu xanh ngọc dưới đèn UV ở bước sóng 365 nm - «+ + ss- 35

Hình 3.11 Biêu đồ quan hệ giữa diện tích dưới đường cong PL và cường độ hấp thu

ở bước sóng 350 nm của a) Dung dịch Quinine Sulfate (QS) trong H;S5O¿ 0,05 M

và b) Dung dịch CDs trong nước cất 2s +E+Ex2E£EE2EE2EEEE2EE7121E11221211x2EcEe 36

Hình 3.12 Anh giấy lọc viết chữ băng mực CDs dưới ánh sáng khả kiến và dưới

Para Aminosalicylic Acid Carbon dots

Quantum dots

Nanometer

Transmission electron microscopy High-resolution transmission electron microscopy

Dynamic Light Scattering X-ray photoelectron spectroscopy Fourier-transform infrared

spectroscopy

Ultraviolet—visible spectroscopy Photoluminescence

Quantum Yields

1x

Chấm lượng tử Nanomét Năng lượng vùng cam Kính hiển vi điện tử truyền qua Kính hiển vi điện tử truyền qua

độ phân giải cao Tán xạ ánh sáng động Phố huỳnh quang điện tử tia X Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

Quang phổ tử ngoại khả kiến Phố phát xạ huỳnh quang Hiệu suất lượng tử phát quang

MO DAU

Ly do chon dé tai

Carbon dots 1a loại vật liệu nano phát huỳnh quang đang phát triển rất nhanh và thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong những năm gần đây, chúng có những ưu điểm vượt trội so với vật liệu phát quang truyền thống (semiconductor quantum dots-

QDs) về phổ phát xạ, các tính chất đặc trưng, phân tán tốt, độ bền quang học cao, dễ biến

tính và khả năng tự phân hủy Phương pháp tổng hợp CDs đơn giản, có thé tién hành dễ dàng, giá thành thấp và tiết kiệm thời gian, đây là lý do CDs đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Bên cạnh đó, việc tìm ra hướng đi cho việc tong hợp vật liệu pha tạp các nguyên tố dị thể như N, P, S và các nguyên tố khác có những điểm vượt trội so với tong hợp vật liệu CDs

đã nhận được sự quan tâm đáng kê của các nhà nghiên cứu Pha tạp nitrogen có thể sử dụng các nguồn nitrogen khác nhau (NH;¿, urea, amino acid và nhiều nguồn nguyên liệu

khác), tạo ra sự đa dạng về cấu trúc, hình thái và tính chất Cải thiện tính dẫn điện, tăng

cường khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu suất phát quang của CDs Pha tạp nitrogen có

thé tao ra các vị trí hoạt động mới, nâng cao khả năng truyền điện tử và tính oxy hóa của CDs duoc ứng dụng như xúc tác, pin nhiên liệu và cảm biến hóa học có thể sử dụng dé phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng Cải thiện độ hoạt tính, độ bền và tính

tương thích sinh học của CDs [1] Ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh như chuẩn đoán,

điều trị, phân tích sinh học, vật liệu CDs cũng có thể làm mực in phát quang

Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu CDs phát quang màu xanh ngọc từ hai nguyên liệu chính là Copper (II) Acetylacetonate (Cu-Complex) và Para Aminosalicylic Acid (PAS)

Khảo sát các điều kiện tối ưu dé tong hop vật liệu CDs

Khảo sát các tính chất của vật liệu CDs tổng hợp được bao gồm thành phần, cấu trúc, hình

thái và tính chất quang học của vật liệu CDs

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm, các thực nghiệm dựa trên các

phương pháp và kỹ thuật trên các thiết bị hiện đại Vật liệu CDs được tổng hợp bằng

phương pháp nhiệt phân pha rắn (pyrolysis)

Phương pháp phân tích mẫu bao gồm:

- Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

- Phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS)

- Phương pháp đo phố hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

- Phương pháp đo phố huỳnh quang điện tử tia X (XPS)

- Phương pháp đo quang phổ hấp thu tir ngoai-kha kién (UV-Vis)

- Phương pháp đo quang phổ phát xạ huỳnh quang (PL)

CHUONG 1: TONG QUAN 1.1 Giới thiệu về Carbon dots (CDs)

khác nhau, với sự đa dạng lớn về hình dạng và kích cỡ, được phân loại dựa trên số chiều

không gian mà chúng tổn tại như các ống nano, sợi nano, dây nano (ID), màng mỏng - đa lớp, graphene (2D), bulk (3D) và chấm lượng tử, hạt nano (0D) [3]

Hình 1.1 Phan loai vat ligu nano carbon [2]

Carbon Dots (CDs) duoc Xu và các cộng sự phát hiện lần đầu tiên vào 2004 như là sản phẩm phụ của quá trình tách chiết fullerene từ những mẫu than mịn Sự phát hiện này mở

đầu cho hướng nghiên cứu mới về tổng hợp và ứng dụng của loại vật liệu có khả năng phát xạ huỳnh quang là CDs [4]

Theo các công bố trong giai đoạn ban đầu, quá trình tổng hợp CDs cho hiệu suất thu sản phẩm thấp, đồng thời sản phẩm thu được cũng có hiệu suất phát quang thấp[5] Sự không đồng nhất về kích thước, hình dạng và độ tinh khiết của CDs ảnh hưởng đến việc triển khai các ứng dụng của chúng trong nghiên cứu và thực nghiệm Nhờ những nỗ lực nghiên cứu, cải tiễn các phương pháp tổng hợp hay pha tạp CDs với các nguyên tố dị thể khác thì các nhóm nghiên cứu về CDs đã dần vượt qua những thách thức này Các công bố gần đây cho thấy các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã phát triển các phương pháp tổng hợp CDs mới, như phương pháp thủy nhiệt [6], vi sóng [7] , laser [8] , nhiệt phân pha răn [9]

và nhiều phương pháp khác cho hiệu suất thu hồi sản phẩm cao hơn và sản phẩm CDs thu được cũng cho hiệu suất phát quang cao hơn Bên cạnh đó, các nhóm nghiêm cứu cũng tập trung nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc, tính chất và ứng dụng tiềm năng của CDs CDs đã được nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây và là một loại vật liệu nano mới rất triển vọng, có nhiều đặc tính vượt trội so với các vật liệu phát quang truyền thống (semiconductor quantum dots-QDs), chúng có nhiều tiềm năng trong ứng dụng ở các lĩnh vực khác nhau như cảm biến hóa học, y sinh, quang điện tử, và xử lý môi trường [3] CDs có nhiều ưu điểm như nguồn nguyên liệu để tổng hợp rẻ tiền, quy trình tổng hợp đơn giản Hơn nữa, sản phẩm CDs tổng hợp được có khả năng tương thích sinh học, độ độc tính với tế bào thấp hơn và có độ ôn định về hình ảnh và hóa học cao [5]

Một dạng CDs đáng chú ý là CDs pha tạp bởi nguyên tô dị thể Các nghiên cứu đã công

bố cho thấy rằng việc thay thế một số nguyên tử carbon bằng nguyên tử khác trong cấu

trúc của CDs có thê cải thiện đáng kê các tính chất của vật liệu

Việc pha tạp nguyên tố di thé (N, S, P và các nguyên tô khác) vào vật liệu CDs có thể làm thay đổi tính chất quang học của chúng như thay đổi vị trí của các đỉnh phát xạ huỳnh quang (màu sắc huỳnh quang), mở rộng vùng phô hấp thu, tăng hiệu suất phát quang của

vật liệu sau khi tổng hợp [10] Đối với tính chất điện tử, sự có mặt của nguyên tố dị thể

làm thay đổi cấu trúc của CDs, tạo ra mức năng lượng mới ảnh hưởng đến các quá trình

và khả năng dẫn điện của vật liệu Để tăng cường khả năng chống oxy hóa, pha tạp

nguyên tô di thể vào CDs làm gia tăng hiệu quả ứng dụng của vật liệu trong các lĩnh vực môi trường, ứng dụng y sinh

Hình 1.2 Sơ đồ minh họa quy trình tổng hợp vật liệu CDs pha tạp nitrogen va tmg dung

làm cảm biến hóa học để phát hiện Fe”” [11]

Việc nghiên cứu và phát triển CDs pha tạp nguyên tố dị thê đang thu hút sự quan tâm lớn của cộng đồng khoa học nhờ vào các tính chất ưu việt và tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chúng trong nhiều lĩnh vực như cảm biến [12], gia công ảnh,[13] pin mặt trời[ 14], xử lý ô

nhiễm [15], và đặc biệt là các ứng dụng y sinh như cảm biến sinh học, phân tích sinh hóa

và điều trị ung thư

1.1.2 Tính chất của vật liệu

1.1.2.1 Hình thái và cấu trúc của CDs

Cấu trúc vật liệu CDs thường bao gồm lõi carbon và các nhóm chức trên bề mặt CDs

thường có hình dạng cầu trúc nano, với nhiều dạng khác nhau như cầu, bán cầu, đĩa, que,

hoặc thậm chí không đều đặn Kích thước của CDs thường vào khoảng 2-10 nm, nhưng

có thể dao động tùy thuộc vào quá trình tổng hợp, phụ thuộc rất lớn vào nguồn nguyên

liệu sử dụng và phương pháp tông hợp, chăng hạn như phương pháp thủy nhiệt, vi sóng, chiếu xạ và các phương pháp khác Các yếu tố như điều kiện nhiệt độ, thời gian phản ứng,

pH, tỷ lệ nguyên liệu đầu vào đều ảnh hưởng đến hình thái và cấu trúc của CDs

Việc phân tích hình thái và cầu trúc của CDs nhăm xác định các đặc tính cấu trúc quan

trọng làm ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu Phương pháp chụp ảnh TEM (Transmission Electrin Microscopy, kính hiển vi điện tử truyền qua) là một phương pháp thu nhận hình ảnh thông qua việc truyền chùm tia electron qua mẫu Với phương pháp này độ dày của mẫu ảnh hướng rất lớn (dưới 100nm) Sử dụng TEM có thể đo được kích

thước hạt, phân bố kích thước hạt cũng như tìm hiểu được đặc điểm hình thái của các hạt

Hình 1.3 (a) Ảnh HRTEM của CDs pha tạp nitrogen (b) biểu đồ phân bố kích thước hạt

cua CDs pha tap nitrogen [16]

Phương pháp phán tích tan xa anh sang déng DLS (Dynamic Light Scattering)

Dynamic Light Scattering (DLS) la mét phuong pháp hiện đại dùng để nghiên cứu phan tích các thông số của hạt dựa trên sự khuếch tán của các phân tử trong dung dịch Khi các hạt được phân tán trong chất lỏng, chúng chuyển động ngẫu nhiên theo mọi hướng và liên tục va chạm trong dung dịch theo nguyên tắc của chuyên động Brown Chuyển động ngẫu nhiên này được thể hiện trong phương trình Stokes — Einstein

(1.1) [17]

_ KT

7 6mnRy

Sự chuyển động của các hạt phân tán này tạo ra sự thay đổi liên tục về khoảng cách của

các ánh sáng tán xạ theo thời gian Từ việc phân tích các tín hiệu này, có thể thu được

thông tin về kích thước và sự phân bố kích thước hạt trong dung dịch [17, I8]

, “Big” particles Git)

chính xác các nhóm chức trên bề mặt CDs thông qua sự dao động đặc trưng của các nhóm chức ở những tần số nhất định

Thành phần nguyên tố của vật liệu CDs chủ yếu bao gồm các nguyên tố carbon (C), oxygen (O) và hydrogen (H) tạo thành Một số CDs có chứa các nguyên tổ dị thể khác nhu nitrogen (N), sulfur (S), phosphorus (P) hay silicon (Si)

Hình 1.5 Phố quang điện tử tia X (XPS) của CDs pha tạp nitrogen [9]

— NCDs NH, wagging

600-900

C-H stretching vibration

2945, 2874

C-O-C symmetric

CDs có cầu trúc bao gồm lõi là các vòng thơm, tạo nên cấu trúc tương tự như graphene và

trên bề mặt của CDs có thê tồn tại các nhóm chức như COOH, OH, -NHa, >C=O, -SH và các nhóm chức khác Sự hiện diện của các nguyên tố hay nhóm chức này phụ thuộc vào

nguồn nguyên liệu đầu vảo và quá trình tổng hợp CDs Các nhóm chức được gắn vào bề mặt có thể ảnh hướng đến các tính chất hóa lý đặc trưng của vật liệu CDs tông hợp được 1.1.2.3 Tính chất quang học của CDs

Pho hap thu tir ngoai — kha kién (UV-Vis)

1000

Hình 1.7 (a) Phố hấp thụ UV-vis (đường màu đen), phố kích thích PL (đường màu đỏ) và

phổ phát xạ PL (đường màu xanh) của CDs pha tạp nitrogen (b) Phổ phát xạ PL của CDs

pha tap nitrogen khi thay đổi bước sóng kích thích [9]

Phố hấp thu tử ngoại — khả kiến (UV-Vis) là một kỹ thuật phổ biến được sử dụng để xác

định tính chất quang của vật liệu, dựa trên việc sử dụng ánh sáng vùng tử ngoại (UV) và vùng ánh sáng nhìn thấy (Vis) để quan sát các đặc tính hấp thụ, phản xạ và truyền qua của

vật liệu Phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến (200-800nm) thì các electron hóa trị bị kích thích chuyền từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích Các electron nhận năng lượng từ bức xạ điện từ sẽ xảy ra kích thích electron, electron sẽ chuyên từ MO có

mức năng lượng thấp lên MO có mức năng lượng cao hay là MO liên kết (không liên kết) lên MO phản liên kết Quá trình này bao gồm luôn cả các chuyên động quay và dao động

Hiện tượng hấp thụ bức xạ điện từ tuân theo định luật Bouger — Lambert — Beer

Phố phát xạ huỳnh quang (PL) là phương pháp quang phố điện tử hiệu quả được sử dụng

dé nghiên cứu các tinh chất phát xạ của vật liệu Phổ thu được khi CDs hấp thụ ánh sáng, các electron sẽ được kích thích lên các mức năng lượng cao hơn, tạo thành các cặp

electron-lỗ trống Năng lượng hấp thụ phải lớn hơn hoặc bằng năng lượng vùng cắm (bandgap) của CDs Sau khi hấp thụ ánh sáng, các electron ở mức năng lượng cao sẽ tái kết hợp với lỗ trống và giải phóng năng lượng dưới dạng photon Quá trình này tạo ra sự phát xạ huỳnh quang Kích thước của CDs ảnh hưởng trực tiếp đến miền năng lượng (bandgap) và mức năng lượng của các electron CDs có thể phát xạ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau thông qua việc điều chỉnh kích thước, nhóm chức hay pha tạp nguyên tố

di thé

1.2 Các phương pháp tổng hợp

Top-down Carbon resource

⁄ A⁄%w NaN

1.2.1 Các phương pháp tiêu biểu trong nhóm top-down

Phương pháp top-down là những phương pháp làm giảm kích thước hoặc phân chia nhỏ

vật liệu, cấu trúc có kích thước lớn hơn để tạo ra vật liệu CDs Các vật liệu ban đầu được

sử dụng thường là các vật liệu hoặc chât chứa carbon có câu trúc công kênh như than chì,

11

carbon nanotubes, graphene, cac san pham dầu mỏ và các vật liệu có nguồn gốc sinh học

(gỗ, rơm rạ, vỏ hạt)

Các phương pháp tiêu biểu trong nhóm top-down như là phương pháp nghiền bi, phương pháp phóng điện hồ quang và phương pháp bắn phá bằng tia laser

1.2.1.1 Phương pháp nghiên bi (Ball Milling)

bi/bột và thời gian nghiền đã được thử nghiệm và tối ưu hóa Nhóm nghiên cứu đã thí

nghiệm cho hỗn hợp bột được nghiền với tốc độ quay của đĩa chính là 300 vòng/phút, tỷ

lệ bi với bột là 50:1 và thời gian nghiền là 40 giờ Tổng khối lượng của bột than hoạt tính

và K;CO; ban đầu là khoảng 5 g, và tỷ lệ khối lượng của than hoạt tính và KaCOs là 2:1

Bột đã nghiền được phân tán trong 50 mL nước khử ion, sau đó được ly tâm ở 10,000 vòng/phút trong 10 phút để thu mẫu dung dịch Sản phẩm sau khi nghiền được đem đi