Tổng hợp dendrimer kim loại đồng nanocomposite

Luận văn thạc sĩ LỜI CÁM ƠN &&&&&& Sau một thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp thạc sĩ đã giúp tôi hoàn thành bài luận văn và học hỏi thêm được nhiều kiến thức bổ ích. Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, tôi xin chân thành cảm ơn: • Thầy Nguyễn Cửu Khoa-Viện Công Nghệ Hóa Học-Tp. Hồ Chí Minh, đã tận tình truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báo và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt bài luận văn này. • Chị Hoàng Thị Kim Dung-Phòng Hóa Hữu Cơ Polymer-Viện Công Nghệ Hóa Học-Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian dài thực hiện luận văn. • Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Trường Đại Học Cần Thơ và các thầy cô cùng các anh chị Viện Công Nghệ Hóa Học đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cho tôi trong thời gian vừa qua, cũng như sẵn sàng tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt bài luận văn của mình. • Cuối cùng, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả bạn bè đã quan tâm, lo lắng và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Cần Thơ, ngày 20 tháng 12 năm 2010 Dương Ngọc Châu Trang i Luận văn thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU ∗∗∗∗∗ Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đòi hỏi con người phải không ngừng tìm tòi, sáng tạo ra những vật liệu mới nhằm đáp ứng những nhu cầu trong cuộc sống ngày càng phát triển. Với hai ưu điểm nổi bật, vật liệu nanocomposite vừa có tính chịu nhiệt cao, siêu bền, siêu dẫn của vật liệu composite, vừa có kích thước nanometer đã tạo nên được những tính chất nổi bật của vật liệu nanocomposite. Ngoài ra, vật liệu nanocomposite được xem là vật liệu thân thiện với môi trường và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và cuộc sống. Trong những năm gần đây, các hạt nano kim loại ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: xúc tác, thiết bị điện tử, quang điện tử, lưu trữ thông tin….Chính vì vậy mà việc tổng hợp ra các hạt nano có kích thước nhỏ với sự có mặt của polymer hay chất hoạt động bề mặt như một tác nhân ổn định kích thước hạt ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Cùng với sự ra đời của dendrimer, một polymer của thế kỷ 21 đã tạo nên một hướng nghiên cứu mới cho vật liệu nanocomposite ngày nay. Trên cơ sở đó, đề tài tiến hành nghiên cứu “Tổng hợp dendrimer-kim loại đồng nanocomposite” nhằm tạo ra một loại vật liệu nanocomposite góp phần làm cơ sở cho việc nghiên cứu những ứng dụng tiếp theo trong lĩnh vực xúc tác và kỹ thuật điện tử. Trang ii Luận văn thạc sĩ CÁC TỪ VIẾT TẮT ∗∗∗∗∗ PAMAM: Poly(amidoamine) PGLSA: Poly(glycerol-succinic acid) SMZ: Sulfamethoxazole DMSO: Dimethyl sulfoxide PPV: m-phenylenevinylene-co-dioctoxy-p-phenylenevinylene PMMA: Poly(methyl methacrylate) PS: Poly(styrene) MMT: Montmorillonite ABS: Acrylonitrile butadiene styrene PCL: Poly(ε-caprolactone) PVA: Poly(vinyl alcohol) PLA: Poly(lactic acid) PEO: Poly(ethylene oxide) Trang iii Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC ∗∗∗∗∗ Trang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Vật liệu nanocomposite1 1 1.2 Ứng dụng vật liệu nanocomposite1 2 1.3 Nano kim loại 4 1.3.1 Khái niệm 4 1.3.2 Quy ước về kích thước nano4 4 1.3.3 Phân loại vật liệu nano2 4 1.3.4 Tính chất nano kim loại2 5 1.3.5 Hiện tượng cộng hưởng bề mặt plasmon2 7 1.3.6 Hiệu ứng bề mặt2 8 1.3.7 Hiệu ứng kích thước30 8 1.3.8 Các phương pháp tổng hợp nano kim loại32 9 1.4 Dendrimer 11 1.4.1 Khái niệm 11 1.4.2 Cấu trúc phân tử5-6 12 1.4.3 Các phương pháp tổng hợp11, 20-21 15 1.4.4 Tính chất của dendrimer12 18 1.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc dendrimer6,21 19 1.4.6 Ứng dụng Dendrimer 23 1.5 Dendrimer-kim loại nanocomposite 26 1.5.1 Phương pháp tổng hợp dendrimer-kim loại nanocomposite17 26 1.5.2 Ưu điểm khi sử dụng dendrimer bao phủ các hạt nano kim loại17 27 1.5.3 Dendrimer-kim loại đồng nanocomposite 27 1.5.4 Ứng dụng nano đồng 27 1.6 Ứng dụng phương pháp siêu âm trong tổng hợp dendrimer-kim loại 29 1.7 Tình hình nghiên cứu trong và nước ngoài 31 1.7.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 31 1.7.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 32 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU 33 2.1 Mục tiêu đề tài 33 2.2 Nội dung nghiên cứu 33 2.3 Phương tiện nghiên cứu 33 2.4 Phương pháp nghiên cứu 34 2.5 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 34 2.5.1 Dụng cụ 34 2.5.2 Thiết bị 34 2.5.3 Hóa chất 35 2.6 Thực nghiệm 37 2.6.1 Tổng hợp dendrimer core ammonia3 37 2.6.2 Tổng hợp nanocomposite đồng/dendrimer G2.5 38 2.6.3 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 38 2.6.4 Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G2.5 39 2.6.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ mol Cu(NO3)2:dendrimer G3.0 và tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 lên kích thước nanocomposite đồng 41 Trang iv Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer (core NH3) thế hệ G2.5 với tỉ lệ mol Cu(NO3)2:G2.5 = 4:1 43 3.1.1 Kết quả phổ UV-Vis 45 3.1.2 Kết quả IR 47 3.1.3 Ảnh TEM 47 3.1.4 Phân bố kích thước hạt 48 3.2 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer (core NH3) thế hệ G3.0 49 3.2.1 Phương pháp khuấy từ 49 3.2.2 Phương pháp siêu âm 54 3.3 Khảo sát sự ảnh hưởng tỉ lệ mol Cu(NO3)2:dendrimer G3.0 và tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 kích thước nanocomposite đồng 57 3.3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng tỉ lệ mol Cu(NO3)2:dendrimer G3.0 đến kích thước nanocomposite đồng 57 3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 64 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 4.1 Kết luận 70 4.2 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Trang v Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH ∗∗∗∗∗ Trang Hình 8: Sơ đồ tổng hợp dendrimer core ammonia qua các thế hệ 17 Hình 10: Dendrimer PAMAM core EDA thế hệ G = 1.0 và thế hệ G = 4.0 20 Hình 11: Dendrimer PAMAM thế hệ G = 0 với core EDA (a) và core NH3 (b) 20 Hình 16: Sơ đồ tổng hợp dendrimer-kim loại17 26 Hình 17: Tần số sóng âm 30 Hình 18: Máy cô quay chân không 35 Hình 19: Tủ hút chân không 35 Hình 20: Máy đo phổ IR 35 Hình 21: Sơ đồ tổng hợp dendrimer core ammonia 38 Hình 22: Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G2.5 39 Hình 23: Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 bằng phương pháp khuấy từ và siêu âm 41 Hình 24: Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G2.5 44 Hình 25: (a) Dung dịch phức Cu2+/dendrimer G2.5 (b) Nanocomposite đồng/G2.5 44 Hình 26: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer (core NH3) thế hệ G2.5 45 Hình 27: Phổ hấp thu UV-Vis nanocomposite Cu/G2.5 sau khi khử 1 ngày 46 Trang vi Luận văn thạc sĩ (1) Độ hấp thụ G2.5-Cu sau khi khử với NaBH4 (2) Độ hấp thụ G2.5-Cu sau khi khử 1 ngày 46 Hình 29: Ảnh TEM dendrimer G2.5 47 Hình 28: Ảnh TEM nanocomposite đồng/G2.5 47 Hình 30: Phân bố kích thước hạt nanocomposite đồng/dendrimer G2.5 48 Hình 31: (a) Dung dịch phức Cu2+/dendrimer G3.0 (b) Nanocomposite đồng/G3.0 49 Hình 32: Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 50 Hình 33: Phổ UV-Vis nanocomposite Cu/dendrimer (core NH3) thế hệ G3.0 51 Hình 34: Phổ UV-Vis nanocomposite đồng G3.0-4 thay đổi theo thời gian 52 (1) Độ hấp thụ G3.0-4 sau khi khử với NaBH4 (2) độ hấp thụ G3.0-4 sau khi khử 4 ngày 52 Hình 35: Kết quả ảnh TEM mẫu G3.0-4 nanocomposite đồng/dendrimer G3.0 bằng phương pháp khuấy từ 53 Hình 36: Kết quả phân bố kích thước hạt mẫu nanocomposite G3.0-4 54 Hình 37: Độ hấp thụ UV-Vis của G3.0-4 bằng phương pháp siêu âm 55 Hình 38: Kết quả ảnh TEM nanocomposite đồng/dendrimer G3.0 bằng phương pháp siêu âm 56 Hình 39: Phân bố kích thước hạt nanocomposite đồng/dendrimer G3.0 bằng phương pháp siêu âm 57 Hình 40: Phổ hấp thụ của phức Cu2+/dendrimer G3.0 khi thay đổi tỉ lệ mol Cu(NO3)2:dendrimer G3.0 58 Hình 41: Phổ UV-Vis các nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 khi thay đổi tỉ lệ mol Cu(NO3)2 sau khi khử với NaBH4 58 Hình 42: Màu của dung dịch nanocomposite đồng thay đổi theo tỉ lệ mol Cu(NO3)2:G3.0 59 Hình 43: Phổ UV-Vis các nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 khi thay đổi tỉ lệ mol Cu(NO3)2 sau một thời gian bảo quản 59 Hình 44: Ảnh TEM mẫu nanocomposite đồng G3.0-5 61 Hình 45: Ảnh TEM mẫu G3.0-6 nanocomposite đồng 62 Hình 46: Kết quả phân bố kích thước hạt mẫu G3.0-4 62 Hình 47: Kết quả phân bố kích thước hạt mẫu G3.0-5 63 Trang vii Luận văn thạc sĩ Hình 48: Kết quả phân bố kích thước hạt mẫu G3.0-6 63 Hình 49: Kết quả phân bố kích thước hạt mẫu G3.0-7 64 Hình 50: Mẫu nanocomposite đồng với tỉ lệ mol Cu(NO3)2:G3.0 là 8:1 thay đổi theo tỉ lệ mol chất khử NaBH4 65 Hình 51: Phổ UV-Vis các nanocomposite Cu/dendrimer khi thay đổi tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 65 Hình 52: Kết quả phân bố kích thước hạt tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 = 10:1 68 Hình 53: Kết quả phân bố kích thước hạt tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 = 30:1 69 Hình 54: Kết quả phân bố kích thước hạt tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 = 55:1 69 Trang viii Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG ∗∗∗∗∗ Trang Bảng 4: Khảo sát sự ảnh hưởng tỉ lệ mol Cu(NO3)2:dendrimer G3.0 lên kích thước nanocomposite đồng 41 Bảng 5: Khảo sát sự ảnh hưởng tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 lên kích thước nanocomposite đồng 42 Bảng 6: Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng theo tỉ lệ mol Cu(NO3)2:G3.0 và theo thời gian 60 Bảng 7: Sự thay đổi màu sắc nanocomposite đồng theo tỉ lệ mol NaBH4:Cu(NO3)2 và theo thời gian 66 Trang ix Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nanocomposite 1 Vật liệu nanocomposite là hướng đi khác của công nghệ nano. Nó được sản xuất bằng cách đưa vật liệu vô cơ cấu trúc lớp có kích thước nanometer như khoáng sét tự nhiên vào polymer để đạt độ phân tán đến mức nano. Những vật liệu mới dưới dạng các nanocomposite có thể dùng để chế tạo chất ức chế tia tử ngoại, vật liệu khử trùng, vật liệu chống cháy và các ứng dụng khác. Hơn nữa, vật liệu nanocomposite còn là vật liệu thân thiện môi trường, có thể tái sử dụng mà vẫn duy trì được những đặc tính độc đáo của nó. Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng. Nanocomposite bao gồm ba loại: nền kim loại, nền gốm và nền polymer.  Vật liệu nanocomposite nền polymer: là vật liệu thông dụng trong kỹ thuật và dân dụng bởi chúng có những ưu điểm nổi bật như nhẹ, dễ gia công chế tạo, có độ bền hóa học cao. Khi kết hợp với các hạt hoặc sợi nano tinh thể sẽ tạo thành tổ hợp vật liệu có nhiều tính chất quý giá nhưng giá thành lại rẻ và dễ chế tạo. Vai trò của nền polymer trong nanocomposite là nền che chắn cốt, tạo nên hình dáng xác định của vật liệu và nó còn được xem như là chất keo phân tán các phân tử cốt nano tinh thể tránh sự keo tụ. Khi đưa các phân tử cốt có kích thước nanometer vào các nền polymer khác nhau sẽ tạo được một hỗn hợp các tính chất kết hợp của nền polymer như mềm dẻo, dễ gia công,…và các tính chất đặc biệt của cốt nano như tính bán dẫn, dẫn điện, chịu nhiệt, dẫn quang, có từ tính, làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học, …  Vật liệu nanocomposite nền kim loại: chế tạo chủ yếu theo công nghệ in situ hoặc ủ nhiệt sau khi phun băng nguội nhanh vô định hình, vô định hình khi hợp kim hóa bằng nghiền năng lượng cao, vô định hình khi chế tạo lớp kết tủa hóa học và điện hóa.  Vật liệu nanocomposite nền gốm: quan trọng nhất là hệ SiC-Si 3 N 4 được chế tạo theo công nghệ in situ. Trang 1 [...]... nano 1.5 Dendrimer- kim loại nanocomposite 1.5.1 Phương pháp tổng hợp dendrimer- kim loại nanocomposite1 7 Gần đây, dendrimer ngày càng được quan tâm nhiều hơn trong quá trình tổng hợp nano kim loại chuyển tiếp Với cấu trúc ba chiều và có nhiều nhóm chức bên trong và bên ngoài, các dendrimer thế hệ cao có thể bao lấy các ion kim loại hay các phân tử vào bên trong Các phân tử bị giữ lại bên trong dendrimer. .. tổng hợp theo hai bước:  Bước 1: tạo phức giữa ion kim loại với các nhóm bên trong và bên ngoài phân tử dendrimer  Bước 2: sử dụng tác nhân khử như hydrazine, borohydride… khử ion kim loại về dạng nguyên tử kim loại Hình 16: Sơ đồ tổng hợp dendrimer- kim loại1 7 Trang 26 Luận văn thạc sĩ 1.5.2 Ưu điểm khi sử dụng dendrimer bao phủ các hạt nano kim loại1 7 Dendrimer được sử dụng như một cái “khuôn” để điều... tổng hợp các kim loại nano composite khác nhau 1.5.3 Dendrimer- kim loại đồng nanocomposite Ngày nay, các hạt nano kim loại ngày càng cho thấy có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như xúc tác, thiết bị điện tử, lưu trữ thông tin…Chính vì vậy mà việc tổng hợp nên các hạt nano kim loại đã trở thành một đề tài quan trọng trong kỹ thuật nano ngày nay Với mục tiêu tạo ra những hạt nano kim loại có kích thước... nano kim loại như: Pd, Co, Fe, Ti, Ag, Au hay các hợp kim như Pd-Ni, Fe-Co, Fe-Ni 1.3.8.3 Khử cấu tử hữu cơ trong hợp chất cơ kim Bắt đầu từ các phức kim loại hóa trị thấp, các phối tử sẽ được khử bằng hydro hoặc carbon monoxide Các phối tử sau khi bị khử sẽ rời khỏi kim loại trung tâm để tạo thành các nguyên tử kim loại dạng chùm nM(L)x + xH2 + chất ổn định M0n + xLH2 1.3.8.4 Phương pháp hóa hơi kim loại. .. nano kim loại trong đó “hạt” được phân loại theo hình dáng, kim loại được phân loại theo tính chất Hoặc vật liệu nano từ tính sinh học trong đó cả “từ tính” và “sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất 1.3.4 Tính chất nano kim loại2 1.3.4.1 Tính chất quang học2 Màu sắc của kim loại được chia làm hai dạng màu Một số kim loại thường có ánh bạc là do sự phản xạ của ánh sáng Các kim. .. polymer…như một chất bảo vệ các hạt nano kim loại Dendrimer ra đời với những ưu điểm như trên đã phần nào giải quyết được những khó khăn trong quá trình tổng hợp các nano kim loại nói chung và nano đồng nói riêng 1.5.4 Ứng dụng nano đồng Ngay từ xa xưa, nano đồng được biết đến là kim loại có màu và được dùng làm kính màu trong các cửa kính ở nhà thờ Ngày nay, với giá thành tổng hợp thấp, Trang 27 ... pháp này cho phép tổng hợp các dendrimer có cấu trúc phức tạp từ các mảnh ghép khác nhau Tuy nhiên phương pháp này chỉ phù hợp tổng hợp dendrimer ở các thế hệ thấp Ở các thế hệ cao, việc gắn các mảnh ghép vào core là rất khó khăn do sự xen phủ không gian giữa các mảnh ghép Hình 7: Hai phương pháp tổng hợp dendrimer: divergent và convergent6 Một trong số dendrimer đầu tiên được tổng hợp là polyamidoamine... bằng quang hóa các phức kim loại, tổng hợp bằng sóng siêu âm, tia lase Như vậy, từ các phương pháp tổng hợp trên cho thấy chất ổn định hạt nano kim loại đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình tổng hợp Chất ổn định được sử dụng ở đây có thể là chất hoạt động bề mặt, polymer…Sự ra đời của dendrimer vào thập niên 90 đã đánh dấu một bước phát triển của ngành khoa học polymer Loại vật liệu mới này được... pháp hóa ướt) Phương pháp khử muối của các kim loại chuyển tiếp để tổng hợp các hạt nano kim loại đã được khám phá hơn 150 năm trước đây bởi Michael Faraday Sau đó, Turkevich cùng các đồng nghiệp của ông đã tổng hợp thành công các hạt nano vàng có kích thước 20 nm bằng cách khử muối [AuCl 4]- với citrate Và họ đã đưa ra cơ chế hình thành các hạt nano kim loại từ sự tạo nhân, phát triển và kết tụ Phương... dịch Năm 2010, Hui-Xia Wu cùng các đồng nghiệp đã tổng hợp nano từ tính cobalt và dendrimer được sử dụng như một chất mang kim loại Kết quả đã tổng hợp ra các hạt nano từ tính có kích thước tương đối nhỏ, đều và giới hạn được quá trình oxy hóa hạt nano cobalt xảy ra trong quá trình tổng hợp 1.4.6.5 Trong các lĩnh vực khác Bên cạnh những ứng dụng trong các lĩnh vực trên dendrimer còn được dùng trong các . nghiệm 37 2.6.1 Tổng hợp dendrimer core ammonia3 37 2.6.2 Tổng hợp nanocomposite đồng/ dendrimer G2.5 38 2.6.3 Tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer G3.0 38 2.6.4 Sơ đồ tổng hợp nanocomposite Cu/dendrimer. pháp tổng hợp dendrimer-kim loại nanocomposite1 7 26 1.5.2 Ưu điểm khi sử dụng dendrimer bao phủ các hạt nano kim loại1 7 27 1.5.3 Dendrimer-kim loại đồng nanocomposite 27 1.5.4 Ứng dụng nano đồng. nghiên cứu mới cho vật liệu nanocomposite ngày nay. Trên cơ sở đó, đề tài tiến hành nghiên cứu Tổng hợp dendrimer-kim loại đồng nanocomposite nhằm tạo ra một loại vật liệu nanocomposite góp phần