Nghiên cứu tổng hợp một số dạng Cu2O, Cu2O.Au Nano và khả năng ứng dụng của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu 2 O, Cu 2 O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội–Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu 2 O, Cu 2 O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - HDC: PGS.TS. TRIỆU THỊ NGUYỆT - HDP: TS. NGẠC AN BANG Hà Nội–Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Triệu Thị Nguyệt đã giao đề tài và đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin được gửi lời cám ơn chân thành tới TS. Ngạc An Bang đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, Tôi xin chân thành cám ơn ThS. Sái Công Doanh đã trực tiếp giúp đỡ, trao đổi kinh nghiệm để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các anh chị nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao hoc, các em sinh viên trong Trung tâm khoa học vật liệu, trường Đại học Khoa hoc Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm. Tôi chân thành cảm ơn Đề tài QG – 13 - 03 đã hỗ trợ cho tôi thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các cô chú kỹ thuật viên Bộ môn Hóa vô cơ đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bài luận văn này. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này Hà Nội, Ngày 06 tháng 11 năm 2014 Học viên Vũ Thị Nhớ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Đồng (I) oxit (Cu 2 O) 3 1.1.1. Các phương pháp tổng hợp Cu 2 O nano 4 1.1.1.1. Phương pháp khử trong dung dịch 4 1.1.1.2. Phương pháp đồng kết tủa 5 1.1.1.3. Phương pháp sử dụng bức xạ và sóng siêu âm. 5 1.1.2. Ứng dụng của Cu 2 O nano 5 1.1.2.1. Xúc tác oxi hóa khử 5 1.1.2.2. Xúc tác quang hóa 6 1.1.2.3. Xúc tác cho quá trình polime hóa 7 1.1.2.4. Chế tạo cảm biến 8 1.1.2.5. Cu 2 O với quá trình chuyển hóa năng lượng 9 1.2. Vàng (Au) 10 1.2.1. Các phương pháp tổng hợp Au nano 10 1.2.1.1. Phương pháp phát triển mầm 11 1.2.1.2. Phương pháp thủy nhiệt 11 1.2.1.3. Phương pháp khử nhiệt 11 1.2.2. Ứng dụng của Au nano 12 1.2.2.1. Xúc tác quang hóa 12 1.2.2.2. Xúc tác oxi hóa khử 13 1.2.2.3. Chế tạo pin năng lượng mặt trời 14 1.2.2.4. Ứng dụng trong sinh, y học. 14 1.3. Cấu trúc dị thể Au –Cu 2 O nhân – vỏ 15 1.3.1. Các phương pháp tổng hợp Au – Cu 2 O nhân – vỏ 16 1.3.1.1. Phương pháp khử hóa học 16 1.3.1.2. Phương pháp sử dụng bức xạ sóng siêu âm 16 1.3.1.3. Phương pháp ủ nhiệt 16 1.3.2. Ứng dụng của Au – Cu 2 O nhân – vỏ 16 1.3.2.1. Xúc tác quang hóa. 17 1.3.2.2. Chế tạo cảm biến khí. 17 1.3.2.3. Chế tạo cảm biến glucozơ 18 1.4. Các phương pháp nghiên cứu 18 1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X 18 1.4.2. Phương pháp quang phổ UV – VIS 19 1.4.3. Kính hiển vi điện tử quét SEM 20 1.4.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 21 1.4.5. Quang phổ tia X (PIXE) 22 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 24 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu. 24 2.2. Hóa chất 24 2.2.1. Hóa chất 24 2.2.2. Pha hóa chất 24 2.3. Thực nghiệm 25 2.3.1. Điều chế Cu 2 O nano 25 2.3.2. Điều chế hạt nano vàng 26 2.3.3. Điều chế thanh vàng: 27 2.3.4. Điều chế Au – Cu 2 O nhân – vỏ 28 2.3.5. Sử dụng Cu 2 O nano và Au – Cu 2 O nano xúc tác cho quá trình khử màu xanh metylen 29 2.4. Phương pháp nghiên cứu 31 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 31 2.4.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 31 2.4.3. Phương pháp quang phổ UV –Vis 31 2.4.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 31 2.4.5. Phương pháp quang phổ tia X (PIXE) 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. Tổng hợp Cu 2 O 32 3.2. Tổng hợp nhân vàng kích cỡ nanomet 35 3.2.1. Hạt nano vàng 36 3.2.2. Thanh nano vàng 37 3.3. Điều chế cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu 2 O 39 3.3.1. Cấu trúc dị thể với nhân là hạt nano vàng 39 3.3.2. Cấu trúc dị thể với nhân là thanh vàng 47 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt. 52 3.4.1. Ảnh hưởng của CTAB và PVP khi sử dụng nhân là hạt nano vàng 52 3.4.1.1. Chất hoạt động bề mặt CTAB 52 3.4.1.2. Chất hoạt động bề mặt PVP 55 3.4.2. Ảnh hưởng của CTAB và PVP khi sử dụng nhân là thanh nano vàng 57 3.4.2.1. Chất hoạt động bề mặt CTAB. 57 3.4.2.2. Chất hoạt động bề mặt PVP 61 3.5. Sử dụng Cu 2 O, Au - Cu 2 O nano xúc tác cho quá trình khử màu dung dịch metylen xanh 64 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Điều kiện tổng hợp Cu 2 O nano……………………………………… 26 Bảng 2: Điều kiện tổng hợp cấu trúc nhân – vỏ Au – Cu 2 O………………… 28 Bảng 3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ metylen xanh………… 30 Bảng 4: Kết quả điều chế Cu 2 O với lượng chất khử khác nhau……………… 32 Bảng 5: Kết quả tổng hợp cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu 2 O với nhân là hạt nano vàng……………………………………………………………………… 40 Bảng 6: Kết qủa phân tích đế silic và mẫu phân tán trên đế silic………………. 44 Bảng 7: Kết quả tổng hợp nhân – vỏ Au – Cu2O với nhân là thanh nano vàng… 48 Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của CTAB với việc tạo cấu trúc dị thể Au - Cu2O với nhân là hạt nano vàng……………………………………………… 52 Bảng 9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân là hạt nano vàng……………………………………………… 55 Bảng 10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của CTA tới việc tạo cấu trúc dị thể Au –Cu2O với nhân là thanh nano vàng……………………………………………. 57 Bảng 11: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân là thanh vàng………………………………………………… 61 Bảng 12: Ảnh hưởng của xúc tác và thời gian đến độ chuyển hóa của xanh metylen 64 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ô cơ sở của mạng tinh thể Cu2O 3 Hình 2: Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét 20 Hình 3: Sơ đồ nguyên lí (1) và súng phóng điện tử (2) của kính hiển vi điện tử truyền qua 22 Hình 4: Sơ đồ nguyên lí phổ PIXE 23 Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ xanh metylen 30 Hình 6: Giản đồ XRD của mẫu N1 32 Hình 7: Giản đồ XRD của mẫu N2 33 Hình 8: Giản đồ XRD của mẫu N3 33 Hình 9: Giản đồ XRD của mẫu N4 34 Hình 10: Ảnh SEM của mẫu N1, N2, N3, N4 35 Hình 11: Giản đồ XRD của hạt nano Au 36 Hình 12: Ảnh TEM và phổ UV - Vis của hạt nano Au 37 Hình 13: Giản đồ XRD của thanh nano Au 38 Hình 14: Ảnh TEM và phổ UV – Vis của thanh nano vàng 38 Hình 15: Giản đồ XRD của mẫu D1 40 Hình 16: Giản đồ XRD của mẫu D2 41 Hình 17: Giản đồ XRD của mẫu D3 41 Hình 18: Giản đồ XRD của mẫu D4 42 Hình 19: Phổ PIXE phân tích đế silic tinh khiết 43 Hình 20: Phổ PIXE phân tích mẫu D7e 43 Hình 21: Ảnh SEM của mẫu D1, D2, D3, D4 45 Hình 22: Ảnh TEM của mẫu D1 46 Hình 23: Phổ UV –Vis của mẫu D1, D2, D3, D4 47 Hình 24: Giản đồ XRD của mẫu D6 48 Hình 25: Giản đồ XRD của mẫu D8 49 Hình 26: Ảnh SEM của mẫu D5, D6, D7, D8 50 Hình 27: Ảnh TEM của mẫu D5, D6 51 Hình 28: Phổ UV –Vis của mẫu D5, D6, D7, D8 52 Hình 29: Giản đồ XRD của mẫu D4b 53 Hình 30: Giản đồ XRD của mẫu D4c 54 Hình 31: Ảnh SEM của mẫu D4d, D4c 54 Hình 32: Giản đồ XRD của mẫu D5a 56 Hình 33: Giản đồ XRD của mẫu D5b 56 Hình 34: Ảnh SEM của mẫu D5a, D5b 57 Hình 35 : Giản đồ XRD của mẫu D6c 58 Hình 36: Giản đồ XRD của mẫu D6d 59 Hình 37: Ảnh SEM của mẫu D6c, D6d 59 Hình 38: Ảnh TEM của mẫu D6c 60 Hình 39: Phổ UV –Vis của mẫu D6c 60 Hình 40: Giản đồ XRD của mẫu D7c 62 Hình 41: Giản đồ XRD của mẫu D7d 62 Hình 42: Ảnh SEM của mẫu 7c, D7d 63 Hình 43: Độ chuyển hóa của phản ứng mất màu MB theo thời gian 65 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CTAB MB Cetyl trimetyl ammoni bromide Xanh metylen PVP PIXE Polyvinylpyrrolidone Quang phổ tia X SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM TSC SDS XRD Kính hiển vi điện tử truyền qua Natri xitrat Natri dodecyl sunfat Phổ nhiễu xạ tia X [...]... rất khó có ở dạng đơn lẻ Ví dụ như khả năng xúc tác, dẫn điện, cảm 1 biến… của nhân vỏ Au – Cu2O nano tốt hơn nhiều so với từng dạng đơn lẻ Au và Cu2O Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài luận văn là Nghiên cứu tổng hợp một số dạng Cu2O, Cu2O/Au nano và khả năng ứng dụng của chúng với các nội dung cụ thể như sau: 1 Tổng hợp hạt nano Cu2O 2 Tổng hợp hạt nano vàng và thanh nano vàng 3 Tổng hợp cấu trúc... từ vài chục tới vài trăm nano mét bằng cách thay đổi lượng chất khử, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng [15] 11 1.2.2 Ứng dụng của Au nano Các hạt nano vàng đã được sử dụng rộng dãi trong khoa học nano, như trong nghiên cứu liên kết hay hấp thụ của các phân tử chức năng Au nano có nhiều ứng dụng hữu ích Liên kết các phân tử sinh học như DNA và cacbohydrat là ví dụ, đã được ứng dụng rộng dãi trong... nhân – vỏ Au – Cu2O với nhiều hình dạng, cấu trúc khác nhau, đề tài này gồm các nội dung như sau: 1 Tổng hợp hạt nano Cu2O 2 Tổng hợp hạt nano vàng và thanh nano vàng 3 Tổng hợp cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au – Cu2O 4 Khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt CTAB và PVP tới việc điều chế cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au – Cu2O 5 Khảo sát khả năng xúc tác quang của Cu2O, Au – Cu2O 2.2 Hóa chất 2.2.1... này, một nhóm nghiên cứu người Mỹ đã phủ palađi lên các hạt nano vàng Mặc dù vàng đắt hơn palađi nhiều nhưng bù lại hợp kim này có khả năng xúc tác các phản ứng hóa học tốt hơn hàng trăm lần so với palađi Hơn thế nữa, việc sử dụng vàng có thể ngăn ngừa được hiện tượng ngộ độc xúc tác [40] 1.2.2.3 Chế tạo pin năng lượng mặt trời Theo tác giả [4] đã nghiên cứu thử nghiệm khả năng tăng hiệu suất của pin năng. .. hai hình dạng của nhân vàng là hạt nano vàng và thanh nano vàng 4 Khảo sát khả năng xúc tác của Cu2O, Au – Cu2O nano cho quá trình khử màu dung dịch xanh metylen 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đồng (I) oxit (Cu2O) Đồng (I) oxit là một trong hai dạng oxit của đồng, có màu đỏ với công thức hóa học là Cu2O Cu2O rất bền với nhiệt (nóng chảy ở 12400C), không tan trong nước nhưng tan chậm trong kiềm đặc và NH3... cảm ứng, thiết bị lưu trữ… Đã có một số chất xúc tác được sử dụng để tổng hợp CNF [20] Gần đây Cu2O nano bắt đầu được quan tâm sử dụng để làm xúc tác cho phản ứng polime hóa axetylen để tổng hợp CNF vì nó không gây độc hại, giá thành rẻ, quá trình tổng hợp khá đơn giản và đặc biệt là phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khi dùng các chất xúc tác khác Hình dạng và kích thước của. .. và các xét nghiệm sinh học Do vàng bền trong nhiều môi trường khác nhau nên nó được sử dụng làm điện cực trong các môi trường mà các chất thông thường dễ bị oxi hóa Sau đây là một số ứng dụng của nano Au 1.2.2.1 Xúc tác quang hóa Một nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (DOE) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ đã chế tạo thành công một loại xúc tác ánh sáng khả kiến, bằng cách sử dụng các dây nano. .. với khả năng chuyển e của các hạt nano Au được tăng cường Tóm lại, cả Cu2O và Au nano đều có những tính chất ưu việt nên chúng được ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau với hiệu quả cao Song việc đưa kim loại vào để tạo cấu trúc dị thể nhân vỏ Au –Cu2O cho thấy, các ứng dụng của Au – Cu2O nhân – vỏ đều vượt trội hơn so với các vật liệu thành phần Đây là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng. .. lớp vỏ bên trong của nguyên tử trong mẫu vật tạo ra các lỗ trống Các electron ở lớp ngoài sẽ xuống để lấp các lỗ trống tuy nhiên chỉ một số sự lấp các lỗ trống là cho phép Năng lượng tia X phát ra đặc trưng cho các nguyên tố và được ghi nhận bởi detectơ 23 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu Với mục đích tổng hợp Cu2O, Au nano và cấu trúc dị thể... loại kiềm 1.2.1 Các phƣơng pháp tổng hợp Au nano Có nhiều phương pháp tổng hợp Au kích cỡ nano, sau đây là một số phương pháp phổ biến 10 1.2.1.1 Phương pháp phát triển mầm Có nhiều quy trình khác nhau để điều chế thanh nano vàng, nhưng phương pháp mầm trung gian là phổ biến nhất Công trình của Murphy [26] cho thấy các thanh nano vàng có thể được điều chế từ các hạt nano vàng rất nhỏ (“mầm” có kích thước . tổng hợp một số dạng Cu 2 O, Cu 2 O /Au nano và khả năng ứng dụng của chúng với các nội dung cụ thể như sau: 1. Tổng hợp hạt nano Cu 2 O. 2. Tổng hợp hạt nano vàng và thanh nano vàng. 3. Tổng. KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu 2 O, Cu 2 O /Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA. TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu 2 O, Cu 2 O /Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội–Năm