Khoá luận tốt nghiệp Nghiên cứu tổng hợp và tính chất quang học của hạt nano cấu trúc lõi - vỏ chấm lượng tử Si-polystiren

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN N ữ QUYÊN NGHIÊN CỨU TÔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HẠT NANO CẤU TRÚC LÕI-VỎ CHẤM LƯỢNG TỬ SI-POLYSTIREN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: H óa Vô Cơ Người hướng dẫn khoa học ThS Hoàng Quang Bắc HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Hoàng Quang Bắc (Tổ Vô - Đại cương) TS Mai Xuân Dũng (Tổ Hóa lý), người thầy nhiệt tình hướng dẫn em ttong suốt thời gian em làm khóa luận Nhân dịp em xin gửi lòi cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè động viên giúp đỡ em suốt thời gian vừa qua Do lực nghiên cứu có hạn khóa luận chắn không tránh khỏi thiếu sót mong bảo, góp ý quý thầy cô bạn Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Tác giả khóa luận Nguyễn Nữ Quyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Điểm đề tà i Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phuơng pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Chấm luợng tử 1.2 Chấm luợng tử silic 13 1.2.1 Cấu trúc tinh thể Silic 13 1.2.2 Đặc điểm cấu trúc điện tử tính chất quang 14 1.2.3 Ảnh huởng cấu trúc hóa học bề mặt đến tính chất quang chấm luợng tử silic 16 1.2.4 Các tiềm ứng dụng chấm luợng tử Silic 18 1.2.5 Các phuơng pháp tổng họp chấm luợng tử silic 19 1.3 Phuơng pháp vi nhũ tổng họp hạt nano polystiren 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .24 2.1 Tổng họp chấm luợng tử silic từ octyltriclosilic 24 2.1.1 Hóa chất dụng cụ .24 2.1.2 Cách tiến hành 24 2.2 Tổng họp hạt nano SiQDs-polystiren phuong pháp vi nhũ 25 2.2.1 Hóa chất sử dụng 25 2.2.2 Cách tiến hành 25 2.3 Các phuơng pháp nghiên cứu chấm luợng tử silic 26 2.3.1 Phổ hồng ngoại IR 26 2.3.2 Phổ hấp thụ UV-vis 27 2.3.3 Phổ phát xạ huỳnh quang 28 2.3.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 29 2.3.5 Phân tích kích thước hạt keo DLS 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 31 3.1 Tổng họp chấm lượng tử silic từ OTS 31 3.1.1 Sự hình thành chấm lượng tử silic 31 3.1.2 Cấu trúc chấm lượng tử silic 33 3.1.3 Tính chất quang chấm lượng tử silic 34 3.2 Tổng hợp hạt nano SiQDs-Polystiren 35 3.2.1 Sự hình thành hạt nano 35 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ KOH/OA đến kích thước hạt nano SiQDs 37 3.3 Sự hình thành, cấu trúc tính chất quang hạt SiQDs-PS 38 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 DANH MỤC CÁC TỪ VIÉT TẮT AIBN : Chất tạo gốc tự DLS : Phương pháp xác định phân bố kích thước hạt tán xạ laze (Laser Scattering Particle Size Distribution Analyze) Eg : Độ rộng vùng cam HR-TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao LED : (light-emitting diodes): Đèn LED nm : nanomét OA : axit oleic OTS : octyltriclosilic OTS-SiQDs : Chấm lượng tử Silic với nhóm chức bề mặt octyltriclosilic PS : Polystiren QDs : Chấm lượng tử SiQDs : Chấm lượng tử silic SiQDs-PS : Hạt nano cấu trúc lõi vỏ chấm lượng tử Si-Polystiren TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua TOAB : tetraoctylammonium brom, chất hoạt động bề mặt YAG : Yttrium aluminium gamet DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Bảng Tính chất vật lý silic 300K .16 Hình 1.1 Cấu trúc lượng điện tử chất bán d ẫ n Hình 1.2 Các dạng chuyển mức vùng-vùng bán d ẫn Hình 1.3 Sự thay đổi cấu trúc điện tử theo kích thước bán dẫn Hình 1.4 Tính chất hấp thụ phát xạ quang học chấm lượng tử Hình 1.5 Sơ đồ trải phẳng chiều mạng tinh thể Silic 13 Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể Silic .14 Hình 1.7 Cấu trúc điện tử chấm lượng tử silic .15 Hình 1.8 Anh hưởng cấu trúc hóa học bề mặt đến phân bố electron lỗ trống chấm lượng tử silic 17 Hình 1.9 Tổng họp SiQDs theo phương pháp oxi hóa hỗn họp Si kim loại kiềm 20 Hình 1.10 Tổng họp SiQDs theo phương pháp khử hóa SiCU hệ vi nhũ tương 22 Hình 1.11 Nhũ tương dầu n c 23 Hình 2.1 Sơ đồ tổng họp chấm lượng tử silic từ octyltriclosilic 25 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phép đo phổ huỳnh quang 28 Hình 3.1 Sự hình thành chấm lượng tử silic 31 Hình 3.2 Ảnh TEM chấm lượng tử silic 33 Hình 3.3 Phổ hồng ngoại FT-IR chấm lượng tử silic 33 Hình 3.4 Tính chất phổ hấp thụ (màu xanh) phổ phát xạ huỳnh quang (màu đỏ) chấm lượng tử silic 34 Hình 3.5 Mô tả trình thí nghiệm hình thành hệ vi nhũ dầu nước tạo hạt nano polystiren 36 Hình 3.6 Phổ hấp thụ u v hạt nano polystyren n c 40 Hình 3.7 Phân bố kích thước hạt sử dụng DLS 37 Hình 3.8 Mô hình SiQDs-PS từ OTS-SiQDs 39 Hình 3.9 Phổ phát xạ huỳnh quang SiQDs-PS kích thích bước sóng 320 n m 40 MỞ ĐẦU Lí chon đề tài Chấm lượng tử (quantum dots: QDs) thuật ngữ dùng để hạt hình cầu có cấu trúc tinh thể chất bán dẫn, có đường kính d đủ nhỏ để làm xuất hiệu ứng giam hãm lượng tử Khác so với bán dẫn rắn, QDs có độ rộng vùng cấm (energy gap: Eg) tăng tuyến tính vói ì/d, có trạng thái bị lượng tử hóa, có số nguyên tử nằm bề mặt đáng kể so với tổng số nguyên tử cấu trúc, đặc biệt tan số dung môi Các QDs bán dẫn hạt phát sáng bé kích thước nm Các hạt nghiên cứu cách mạnh mẽ phát triển cho ứng dụng đa dạng, ví dụ chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành cặp điện tử, chuyển đổi ánh sáng lượng cao thành ánh sáng có lượng thấp hơn, cảm biến quang học, linh kiện quang điện tử, detector siêu nhậy, linh kiện phát sáng QDs-LED , ứng dụng y-sinh học đánh dấu sinh học, cảm biến sinh học nano-biosensor Có thể nói, thời đại chấm lượng tử có nhiều ứng dụng bật lĩnh vục kể Có nhiều loại chấm lượng tử khác dựa vào phân bố nguyên tố bảng tuần hoàn người ta chia thành: QDs nhóm II-VI (ví dụ CdX, X = Se, Te), ni-V (vỉ dụ InP, InAs, GaAs), QDs nhóm IV như: Si, c, s, Ge Tuy nhiên, vấn đề hạn chế ứng dụng kim loại nặng cho sản phẩm thương mại, ừong đặc biệt có liên quan tói sản phẩm liên quan đến y tế có ứng dụng thể người chấm lượng tử truyền thống sử dụng nguyên tố kim loại nặng độc hại Cd Pb Không giống vật liệu truyền thống, bán dẫn silic không độc, giá rẻ (chiếm phần lớn lớp vỏ ừái đất sau oxi), tương thích sinh học cao, ổn định điện hóa, vật liệu thiết yếu ngành công nghiệp điện tử SiQDs đặc biệt hữu ích cho ứng dụng sinh học không độc Các SiQDs tổng hợp thường có cấu trúc bề mặt bao phủ liên kết Si-H dễ bị oxi hóa thành cấu trúc SiOx Tuy nhiên, SiQDs bị oxi hóa chúng hiệu ứng dam hãm lượng tử (màu sắc phát xạ không phụ thuộc vào kích thước) Do đó, để thụ động hóa bề mặt ngăn chặn trình oxi hóa, liên kết Si-H bề mặt thường silyl hóa với anken để hình thành liên kết hóa trị Si-C bền vững Do hạn chế không gian, phân tử anken đến phản ứng hoàn toàn vói tất nhóm Si-H Các nhóm Si-H lại bị oxi hóa dần theo thời gian làm cho tính chất quang học SiQDs thay đổi Mặt khác, để ứng dụng SiQDs vào sinh học, SiQDs phải tan vào nước, SiQDs bao bọc nhóm alkyl octyl, hexadecyl lại tan dầu Nếu thực phản ứng silyl hóa Si-H với anken có nhóm chức phân cực -NH2 hay -COOH cuối mạch SiQDs hình thành có kích thước động học nhỏ (~10 nm) hay tốc độ khếch tán nhanh thể sinh vật Để đồng thòi tạo hạt nano chức vừa ổn định quang học, tan ừong nước có kích thước lớn hơn, chứng định bọc SiQDs với lớp polyme polystiren (PS) tạo thành hạt nano cấu trúc lõi-vỏ SiQDs-PS Điểm mói đề tài Tổng hợp chấm lượng tử SiQDs ừên sở khử hóa họp chất silic không sử dụng chất hoạt động bề mặt Hợp chất silic (octyltriclosilic: OTS) dùng nguồn ba chức năng: nguồn silic, nguồn bảo vệ bề mặt chấm lượng tử, tạo vi nhũ tương dung môi hữu SiQDs thu có nhóm octyl bề mặt tiếp tục hòa tan vào styren monome để thực phản ứng polyme hóa sử dụng kỹ thuật vi nhũ tương (vi nhũ styren nước) với axit oleic chất ổn định cấu trúc Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp chấm lượng tử silic (SiQDs) phương pháp khử hóa hợp chất slic: OTS - Nghiên cứu tính chất quang chấm lượng tử thu sử dụng phổ hấp thụ ƯV-Vis phổ huỳnh quang (PL: photoluminescence) - Tổng hợp hạt nano polystiren (PS) phương pháp vi nhũ tương - Tổng hợp cấu trúc SiQDs-PS cấu trúc lõi-vỏ Tính chất quang học Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tài liệu: phương pháp tổng họp, mối quan hệ cấu trúc hóa học tính chất hấp thụ, phát xạ SiQDs - Tổng họp chấm lượng tử SiQDs - Đặc trưng cấu trúc chấm lượng tử thu phương pháp phổ hồng ngoại IR, ảnh electron truyền qua TEM - Nghiên cứu tính chất quang chấm lượng tử thu sử dụng quang phổ hấp thụ UV-Vis quang phổ phát xạ PL Phương pháp nghiền cứu Thực nghiệm kết họp với lý thuyết mô đề tài này, dung dịch SiQDs n-hexan đụng cuvet mặt suốt sử dụng làm mẫu vật nghiên cứu 2.3.4 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Đe nghiên cứu hình dạng thực chấm lượng tử kích thước chấm lượng tử việc sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM cần thiết Nó phương pháp cho phép sử dụng chùm tia elecừon lượng cao để quan sát vật thể nhỏ Độ phóng đại TEM 400.000 lần nhiều vật liệu chí lên đến 15 triệu lần nguyên tử Với ưu độ phóng xạ lớn TEM công cụ đắc lực để nghiên cứu vật liệu nano Kính hiển vi quang học sử dụng ánh sáng khả kiến để quan sát, độ phân giải bị giới hạn bước sóng ánh sáng khả kiến, nhìn thấy vật có kích thước nhỏ bước sóng Một điện tử chuyển động với vận tốc V, tương ứng với sóng có bước sóng cho hệ thức De Broglie: a = -A _ mv ừong đó: h số Planck, X gọi bước sóng De Broglie sóng vật chất, m= 9,1.10A31 bước sóng nhỏ nhiều so với bước sóng khả kiến Nếu sóng điện tử sử dụng làm nguồn sáng thay cho ánh sáng khả kiến nguyên tắc giúp cho quan sát vật nhỏ tới mức nanomet Nguyên lý làm việc TEM mô tả sau: chùm electron tạo từ nguồn sáng sau qua thấu kính hội tụ tập trung lại thành dòng nhỏ, hẹp Chiếu dòng electron qua mẫu, phần truyền qua hội tụ thấu kính tạo ảnh, ảnh sau truyền đến phận phóng đại, cuối tín hiệu tương tác với huỳnh quang sinh ánh sáng cho phép người dùng quan sát ảnh, phần tối ảnh đại diện cho 29 vùng mẫu cản trở cho số electron truyền qua, phần sáng đại diện cho vùng mẫu cho nhiều electron truyền qua Ảnh TEM thu hình ảnh mặt cắt ngang vật thể Anh TEM cung cấp thông tin hình dạng cấu trúc, kích thước vật liệu nano Với đề tài dung dịch SiQDs n-hexan vói nồng độ thấp (độ hấp thụ 330 nm khoảng 0.1) sử dụng để chuẩn bị mẫu TEM Một giọt dung dịch cho vào TEM Cu-grid để khô tự nhiên không khí Ảnh TEM đo máy TECNAI G2 F30 hoạt động 300 k v ảnh ghi chế độ trường sáng 2.3.5 Phân tích kích thước hạt keo DLS DLS kỹ thuật để đo kích thước hạt, xác, nhanh, độ xác cao Nó đo hạt có kích thước nhỏ hom nanomet.Ví dụ việc xác định kích thước protein, kích thước cao su, kích thước hạt dung dịch keo phương pháp phổ biến để phân tích hạt nano Khi chiếu chùm tia laser qua dung dịch phân tích, hạt làm tán xạ ánh sáng góc độ để tín hiệu quang học phát hiện, tín hiệu phát chồng chất đa số photon phân tán, phân tích biến đổi ánh sáng tán xạ thu cho ta thông tin hạt Dụng cụ DLS xác định kích thước hạt trung bình ừong phạm vi giới hạn kích thước Để phân tích kích thước động học hạt nano SiQDs-PS dung dịch keo, sử dụng phương pháp tán xạ lazer DLS (dynamics light scattering) Dung dịch SiQDs-PS nước, trung hòa pH trung tính với HC1 sử dụng cho phép đo Các phép đo thực máy Shimadzu 2101 Các hạt keo SiQDs-PS tổng hợp vói tỷ lệ KOH/OA khác đo điều kiện để phân tích ảnh hưởng tỷ lệ đến kích thước hạt keo 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp chấm lượng tử silic từ OTS 3.1.1 Sự hình thành chấm lưọng tử silic Một phương pháp tổng họp SiQDs phương pháp hóa học phổ biến khử hóa SĨC14 mixen đảo TOAB (tetraoctylammonium bromide) - chất hoạt động bề mặt L1AIH4 Phương pháp Tilley đưa năm 2005 SiQDs có nhóm Si-H bề mặt, nhóm sau phản ứng vói l-anken với xúc tác Pt để tạo thành liên kết Si-ankyl bền vững bề mặt SiQDs, có tác dụng bảo vệ SiQDs khỏi bị oxi hóa Kích thước SiQDs khống chế kích thước lõi mixen đảo TOAB toluen Quá trình tổng họp SiQDs theo Tilley trình bày sơ đồ a) hình 3.1 Hình 3.1 Sự hình thành chẩm lượng tử sỉlỉc a) phương pháp bước theo Tỉlley b) phương pháp sử dụng OTS đề tài Trong phương pháp Tilley, nhóm phân cực chất hoạt động bề mặt TOAB môi trường toluen không phân cực hướng vào tạo 31 thành cấu trúc mixen đảo Khi cho S1CI4, chất phân cực vào hỗn họp TOAB toluen, S1CI4 ổn định lõi mixen Khử hóa SÌCI4 bị giam hãm lõi mixen chất khử mạnh LÌAIH4 để tạo tinh thể Si, tinh thể có nhóm Si-H bề mặt bị giam hãm lõi mixen Đe bảo vệ SiQDs hình thành khỏi oxi hóa, trình silyl hóa bề mặt SiQDs 1-anken với xúc tác H2PtCl6 bắt buộc, cuối thu SiQDs bao bọc nhóm ankyl Chúng nhận thấy rằng, trình tương tự hoàn toàn khả thi thay nguồn Si ban đầu hợp chất có cấu trúc lưỡng cực tương tự phân tử chất hoạt động bề mặt Do chọn OTS, gồm đầu S1CI3 phân cực đuôi octyl không phân cực Trong toluen, OTS hình thành cấu trúc mixen đảo ngược - xem sơ đồ b) hình 3.1 Khi thêm S1CI4 vào dung dịch OTS toluen ta thu SÌCI4 bị giam hãm lõi mixen tương tự cấu trúc mô tả bỏi Tilley Khử hóa hỗn hợp LÌAIH4 thu tinh thể Si Đồng thời, nhóm octyl OTS ban đàu giữ lại có vai trò bảo SiQDs đảm bảo tính tan dung môi hữu phân cực So sánh hai trình a) b) (hình 3.1) thấy trình b) sử dụng ừong đề tài có số ưu điểm: - Không cần sử dụng chất hoạt động bề mặt TOAB - Không cần thêm bước silyl hóa với anken - Quá trình làm SiQDs theo (b) từ hỗn họp đơn giản nhiều so với trường họp sử dụng TOAB 1-anken theo trình (a) 32 3.1.2 Cấu trúc chấm lượng tử silic Hình 3.2 Ảnh TEM chẩm lượng tử siỉìc Hình 3.2 ứong ảnh TEM SiQDs tổng hợp từ OTS SiCLị- Đường kính SiQDs khoảng 2-5 nm Phân tích ảnh HR-TEM cho thấy nhóm khoảng cách mặt mạng 1.9 Ả 3.1 Ả tương ứng với d(200) d(iii) tinh thể silic cấu trúc kim cương Điều chứng tỏ hình thành SiQDs từ trình khử hóa hỗn hợp SiCU OTS L1AIH4 20 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Hình 3.3 Phổ hỏng ngoại FT-IR chấm lượng tử sỉỉic Hình 3.3 phổ hồng ngoại SiQDs Trên phổ thấy có đám phổ với cường độ mạnh vùng 2800 đến 3000 c m đặc trưng cho dao động 33 liên kết c - gốc octyl có bề mặt SiQDs Các pic -1265 cm'1 1460 cm'1 đặc trưng dao động liên kết Si-C, nguyên tử Si bề mặt chấm lượng tử nhóm nhóm octyl Ngoài đám phổ nằm khoảng từ 1000 đến 1100 cm'1 vói hai pic 1024 1090 cm'1 đặc trưng cho S1O2 Điều chứng tỏ, sau thời gian lưu mẫu điều kiện thường, liên kết Si-H ttên bề mặt bị oxi hóa tạo thành lóp mỏng SiOx bề mặt chấm lượng tử cấu trúc đề nghị SiQDs đưa hình 3.3 3.1.3 Tính chất quang chấm lưọng tử silic Kết đo phổ hấp thụ phát xạ huỳnh quang SiQDs nhexan tóm tắt hình 3.4 Phổ hấp thụ có vùng hấp thụ đặc trưng khoảng 265 nm nano silicon Mặt khác, phần đuôi phổ hấp thụ với độ hấp thụ thấp giảm dần kéo dài từ 300 nm đến 400 nm đặc trưng cho cấu trúc điện tử vùng cấm bán trực tiếp silic 1.2 S' cô 0.9 34 (xem thêm hình 1.7) Có thể thấy phổ phát xạ SiQDs có dạng phổ đám, trải rộng từ khoảng 350 nm đến gần 700 nm làm với đỉnh phát xạ 420 nm Có thể dung dịch SiQDs nghiên cứu gồm nhiều SiQDs có kích thước khác mức độ bị oxi hóa khác Như trình bày ttên hình 1.8 SiQDs với bề mặt oxi hóa tạo thành ttạng thái mới, qua ttạng thái điện tử lỗ ttống kích thích tái kết hợp với để phát xạ photon Như vậy, bề mặt bị oxi hóa nhiều tạo thành mật độ trạng thái oxi hóa cao hơn, tạo khoảng cách lượng AE nhỏ hơn, kết photon có lượng nhỏ Ngoài ra, theo hiệu ứng dam hãm lượng tử, hạt có kích thước khác có độ rộng vùng cấm khác nhau, phát xạ photon có màu sắc khác (xem thêm hình 1.3 hình 1.4) Anh bên cạnh hình 3.4 chụp dung dịch chấm lượng tử bị kích thích đèn ƯV bước sóng 350 nm, dung dịch có màu trắng - xanh Hiệu suất phát quang SiQDs đo cách so sánh với chất chuẩn quinine sulfate có hiệu suất 55% điều kiện đo độ hấp thụ gần 0.1 320 nm (bước sóng kích thích) cho thấy SiQDs tổng hợp có hiệu suất lượng tử khoảng 4% Đây hiệu suất cao nhiều so với silic dạng rắn, kết bất định momen động lượng theo nguyên lí bất định Heisenberg 3.2 Tổng họp hạt nano SiQDs-Polystiren 3.2.1 Sư • hình thành hat • nano Hình 3.5 mô tả hình thành hạt nano polystiren sử dụng kỹ thuật phản ứng polyme hóa hệ vi nhũ “dầu nước” Như trình bày phàn thực nghiệm, cho pha dầu (gồm có stiren, AIBN, OA, Hexadecan, SiQDs) vào pha nước (gồm có KOH H20 ) nhóm axit COOH OA phân bố ưu tiên ừên bề mặt phân cách pha phản ứng với KOH tạo thành -COOK (hay -COO ) Các nhóm -COO nằm pha nước 35 gốc anky C17H33- không phân cực nằm pha dầu Nói cách khác, phản ứng OA KOH khuấy ừộn hai pha dầu - nước hình thành chất hoạt động bề mặt KOA có tác dụng bền hóa hệ nhũ tương dầu - nước Cùng với trình khuấy trộn rung siêu âm, kích thước hạt dầu nước nhỏ dần đến kích thước cân Chúng nhận định rằng, kích thước hạt dầu phụ thuộc vào số yếu tố tỷ lệ dầu - nước, độ ion hóa pha nước, thể tích động học hai đầu “-COO solvat hóa” C17ĨỈ33 Trong quy trình sử dụng hexadecan làm chất bền hóa pha dầu chất có khối lượng phân tử lớn chất kỵ nước điển hình AIBN chất sản sinh gốc tự tan dầu SiQDs mô tả phần trước, có nhóm không phân cực octyl bề mặt chất ưa dầu, ừong hệ SiQDs nằm bên ừong pha dầu Khi đun nóng hệ vi nhũ tương lên 70°c, AIBN bị phân hủy tạo thành gốc tự bên ừong lõi mixen Các gốc tự khơi mào cho phản ứng dây chuyền polyme hóa stiren tạo thành polystiren Do cấu trúc cầu hạt dầu stiren ban đầu, nên hình dáng kích thước polystừen định cấu trúc mixen ban đầu Hình 3.5 Mô tả trình thí nghiệm hình thành hệ vi nhũ dâu nước tạo hạt nano polystỉren 36 (1) Nhũ tương dầu nước, phân tử KOA tập trung bề mặt phân cách pha (2) Dưới tác dụng khuấy trộn sóng siêu âm, kích thước hạt nhỏ dàn đồng tạo thành cấu trúc cấu trúc mixen (3) Khi đun nóng phản ứng đến 70°c, AIBN phân hủy tạo gốc tự do, khơi mào cho phản ứng polyme hóa stiren 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ KOH/OA đến kích thước hạt nano SiQDs Đe nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ KOH/OA đến kích thước hạt nano SiQDs-PS, thay đổi tỷ lệ KOH/OA giữ nguyên điều kiện phản ứng khác Các mẫu đặt sau: Mau 1: KOH / OA = : (tỉ lệ số mol) Mầu 2: KOH / OA = 1,5 : Mầu 3: KOH / OA = : Các mẫu thu sau trung hòa pH 7-8, tiến hành nghiên cứu phân bố kích thước hạt phương pháp động lực tán xạ ánh sáng (DLS) Kết phân tích trình bày hình 3.6 Hình 3.6 Phân bổ kích thước hạt sử dụng DLS 37 Từ hình 3.6 thấy mẫu có kiểu phân bố kích thước đơn “monodispersed) Khi tỷ lệ KOH/OA = 2, hạt nano có kích thước nhỏ nhất, trung bình khoảng 35 nm, kích thước hạt đồng Khi tỷ lệ KOH/OA giảm xuống kích thước hạt ttở nên đồng hơn, đồng thời kích thước hạt tăng dần lên 53 74 nm Kích thước hạt tăng lên tỷ lệ KOH/OA giảm (1) có nhóm COOH phản ứng với KOH để tạo thành chất hoạt động bề mặt mong muốn C 17H33COOK hay (2) thể tích động học nhóm phân cực -COO' giảm xuống nồng độ ion bù trừ điện tích K+ giảm (càn lưu ý kích thước hạt vi nhũ phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích động học hai nhóm: không phân cực C 17ĨỈ33 ừong pha dầu nhóm phân cực -COO' ừong pha nước) 3.3 Sự hình thành, cấu trúc tính chất quang hạt SiQDs-PS Như trình bày trên, SiQDs tan dầu - trường họp stiren monome- bề mặt có nhóm octyl OTS Sau trình polyme hóa stiren theo phản ứng dây chuyền khơi mào gốc tự sinh trình phân hủy AIBN Polystiren hình thành bao bọc SiQDs, có tác dụng ngăn cản oxi hóa không mong muốn SiQDs Mặt khác, nhóm phân cực -COO' hình thành phản ứng OA KOH nằm bề mặt hạt nano polystiren làm cho chúng phân tán tốt nước, cấu trúc hạt nano SiQDs-PS mô tả hình 3.7 38 Hình 3.7 Mô hình cấu trúc hạt nano SiQDs-PS tổng hợp phương pháp vi nhũ Trong hình 3.7 phân tử OTS-SiQDs có màu xanh, hạt nano polystiren to có màu nâu với nhóm phân cực COOK Tính chất hấp thụ hạt nano SiQDs-PS trình bày hình 3.8 Có thể thấy mẫu tổng họp thay đổi tỷ lệ KOH/OA có độ hấp thụ mạnh vùng sóng ngắn (