Các thông số ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp nano hợp kim vàng-bạc như: tỉ lệ nồng độ Chloroauric acid và bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran, nhiệt độ và thời gian[r]
(1)NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO HỢP KIM AU-AG TRÊN NỀN DEXTRAN
Tôn Nữ Mỹ Phƣơng*, Nguyễn Thị Thanh Hải, Trần Thái Hòa Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế * Email: myphuong1705@gmail.com
Ngày nhận bài: 5/3/2020; ngày hoàn thành phản biện: 18/3/2020; ngày duyệt đăng: 02/4/2020
TÓM TẮT
Trong báo này, vật liệu nano hợp kim vàng-bạc(Au-AgNPs) tổng hợp phương ph{p khử hóa học sử dụng dextran làm chất khử đồng thời chất bảo vệ Các thông số ảnh hưởng tới trình tổng hợp nano hợp kim vàng-bạc như: tỉ lệ nồng độ Chloroauric acid bạc sulfate pentahydrate, nồng độ dextran, nhiệt độ thời gian hệ phản ứng nghiên cứu Sự hình thành hạt Au-AgNPs với hình thái, cấu trúc sau tổng hợp phân tích phổ tử ngoại khả kiến (UV–Vis), kính hiển vi điện tử quét (SEM,) phổ tán sắc lượng tia X (EDX)
Từ khóa: dextran, nano hợp kim vàng-bạc, phương ph{p khử hóa học
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vật liệu kim loại nano (NPs) v| nhận quan t}m đặc biệt nhà khoa học v| ngo|i nước tính chất ưu việt như: tính chất quang, tính chất điện, tính chất từ, tính chất cơ, tính chất xúc tác [1] Ngày nay, nhiều hạt nano từ kim loại quý Au, Ag v| Pt nghiên cứu ứng dụng rộng rãi chúng bền dễ sử dụng khơng khí [2] Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt lớn, có hiệu cao với giá thành phù hợp sử dụng rộng rãi c{c tác nhân kháng khuẩn ngành công nghiệp y tế, thực phẩm ứng dụng môi trường [3] Bên cạnh đó, hạt kim loại có kích thước nano v|ng có tính kháng khuẩn cao vi sinh vật nên thể tác dụng diệt khuẩn mạnh mẽ vi khuẩn [4] Bằng cách kết hợp hai kim loại với tạo thành hợp kim để thuộc tính kết hợp cách tối ưu v| điều chỉnh kích thước thành phần hạt Vàng bạc có cấu trúc fcc với thông số mạng tương ứng 0,408 0,409 nm Theo quy tắc Hume-Rothery, độ hịa tan rắn địi hỏi số mạng khơng đổi (≤ 15%) v| cấu trúc tinh thể giống hệt hai nguyên tố Bởi Au
(2)Vì vậy, nay, việc sử dụng hợp kim Au-AgNPs tác nhân kháng khuẩn phát triển cho cách tiếp cận đầy hứa hẹn lĩnh vực công nghệ nano [6] Các hạt nano bọc c{c polymer thử nghiệm với loài vi khuẩn kh{c để đ{nh gi{ hiệu kháng khuẩn chúng [7] Trong bối cảnh n|y, đề xuất phương ph{p khử hóa học đơn giản, nhanh chóng hiệu để tổng hợp vật liệu hợp kim Au-AgNPs điều chỉnh kích thước hình dạng hạt nano thông số thực nghiệm
Trong phạm vi báo này, tiến hành nghiên cứu tổng hợp hợp kim Au-AgNPs phương ph{p khử hóa học Qu{ trình thực phản ứng khử Ag2SO4·5H2O HAuCl4.3H2O dung môi nước, dextran chất khử đồng
thời chất bảo vệ Kích thước hạt điều chỉnh thông số tỉ lệ hàm lượng chất tham gia, nhiệt độ thời gian phản ứng
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất
Muối bạc sulfate pentahydrate (Ag2SO4·5H2O, độ tinh khiết 98%, Merck),
Chloroauric acid (HAuCl4 3H2O, 99%, Merck), ammoni hydrate (NH4OH, 25-28%,
Meck), dextran (Canada) ethanol ( C2H5OH, 98%, Meck) sử dụng trực tiếp
không qua tinh chế
2.2. Các phƣơng pháp đặc trƣng vật liệu
Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo Au-AgNPs/dextran đo máy quang phổ UV-is Jasco-V630, Nhật Bản Ảnh hiển vi điện tử quét chụp máy JMS, 5300LV thành phần nguyên tố x{c định phương ph{p ph}n tích tia X tán sắc điện tử (EDX)
2.3. Thực nghiệm
Dung dịch Au3+ được chuẩn bị cách cân 0,985 gam HAuCl4.3H2O (M =
393,83 đvC) pha nước cất lần v| định mức đến 50 mL thu dung dịch Au3+
nồng độ 50 mM Lấy ml dung dịch HAuCl4 50 mM pha nước cất lần v| định
mức đến 50 ml thu dung dịch dung dịch HAuCl4 nồng độ mM
Dung dịch Ag+ chuẩn bị gồm 4,018 gam Ag2SO4 5H2O (M = 401,80 đvC)
pha nước cất lần v| định mức đến 500 mL thu dung dịch Ag+ nồng độ 20
mM Lấy mL dung dịch Ag2SO4.5H2O 20mM ml NH4 OH 5% pha nước cất
2 lần v| định mức đến 100 mL thu dung dịch dung dịch [Ag(NH3)4]SO4 nồng
độ mM Việc pha dung dịch Ag+ dạng phức với NH3 để tránh tượng kết
tủa Ag+ Cl- dung dịch chloroauric acid giai đoạn hình thành nano hợp
(3)Dung dịch chuẩn bị gồm gam dextran khuấy 50ml nước cất lần tan ho|n to|n v| định mức đến 100 mL thu dung dịch dextran 5%
Lấy tỉ lệ thể tích dung dịch dung dịch từ 10:0 đến 0:10 hịa tan hồn to|n v|o dịng khuấy mạnh Sau nhỏ từ từ dung dịch dextran 5% để thực
hiện phản ứng nhiệt độ 90oC 30 phút thu dung dịch keo nano hợp kim
vàng-bạc
Dung dịch kết tủa ethanol, ly tâm lấy phần rắn nung 350oC
giờ thu vật liệu rắn AgNPs v| đặc trưng phương ph{p giản đồ nhiễu xạ XRD, ảnh TEM phổ EDX
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hƣởng tỉ lệ nồng độ chloroauric acid bạc sulfate pentahydrate. Bảng 1. Tỉ lệ thể tích dung dịch HAuCl4 [Ag(NH3)2]2SO4
Kí hiệu mẫu Thể tích dung dịch HAuCl4 1mM
Thể tích dung dịch [Ag(NH3)2]2SO4 1mM
M10:0 10ml ml
M9:1 ml ml
M7:3 ml ml
M5:5 ml ml
M3:7 ml ml
M1:9 ml ml
M0:10 ml 10 ml
Hình 1.Phổ UV-Vis dung dịch keo hợp kim Au-AgNPs sau 30 phútphản ứngvớicác tỉ lệ nồng độ Au3+ : Ag+ khác
350 400 450 500 550 600 650 700 750
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 M10:0 M9:1 M7:3 M5:5 M3:7 M1:9 M0:10
Bước sóng (nm)
Độ hấp thụ 55
(4)Hình 2. Các giá trị bước sóng hấp thụ cực đại tương ứng với mẫu Au-AgNPs
Từ phổ UV –Vis hình cho thấy bước sóng hấp thụ cực đại M0:10 M10:0 l| 426nm v| 556,5nm tương ứng với bước sóng hấp thụ cực đại đặc trưng dung dịch nano bạc nano vàng, chứng tỏ có hình thành nano vàng M10:0 nano bạc M0:10 [8]
Các phổ lại xuất đỉnh hấp thụ v| có bước sóng hấp thụ cực đại nằm khoảng từ 420 nm đến 560 nm khoảng bước sóng hấp thụ đặc trưng dung dịch hợp kim Au-AgNPs, chứng tỏ có Au-AgNPs dạng hợp kim dung dịch [9]
Sau 30 phút phản ứng h|m lượng nano vàng- bạc dung dịch mẫu có tỉ lệ nồng độ Au3+ : Ag+ khác dịch chuyển theo quy luật: mẫu có tỉ lệ Au3+
lớn có bước sóng hấp thụ cực đại gần bước sóng hấp thụ cực đại nano v|ng v| ngược lại, với mẫu có tỉ lệ Ag+ lớn có bước sóng hấp thụ cực đại
gần bước sóng hấp thụ cực đại nano bạc Điều cho thấy hợp kim Au-AgNPs hình thành với tỉ lệ Au3+ : Ag+ khác
M10:0 M9:1 M7:3 M5:5 M3:7 M1:9 M0:10
420 440 460 480 500 520 540 560
426 476
518 530
542,5 554
Bước sóng hấp thụ cực đại (nm)
556,5
(5)3.2. Ảnh hƣởng nồng độ dextran
Hình Phổ UV-Vis dung dịch keo hợp kim Au-AgNPs vớicác nồng độ dextran khác
Từ phổ UV-Vis hình cho thấy nồng độ dextran tăng dần bước sóng hấp thụ cực đại có thay đổi đ{ng kể Với nồng độ dextran 0,5% có bước sóng hấp thụ cực đại 526 nm l| bước sóng hợp kim Au-AgNPs tỉ lệ 5:5 Đỉnh hấp thụ nhọn cao chứng tỏ lượng hợp kim Au-AgNPs tạo có kích thước đồng c{c đỉnh peak cịn lại Vì chúng tơi chọn nồng độ dextran l| 0,5% để khảo sát tiếp yếu tố ảnh hưởng khác nghiên cứu
3.3. Đặc trƣng vật liệu Au-AgNPs
Từ ảnh SEM hình cho thấy hạt hợp kim Au-AgNPs có kích thước giảm dần theo tỉ lệ nồng độ vàng : bạc từ 9:1 1:9 Trong đó, C{c hạt nano hợp kim vàng – bạc hình (a), (b) có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 50 nm kh{ đồng đều, hình (c), (d) có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 15 nm kết dính lại với tạo thành mảng.Trong đó, c{c hạt hợp kim Au-AgNPs hình (c) có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 30 nm v| kh{ đồng Như vậy, kích thước hạt giảm dần tỉ lệ Au3+ giảm dần Ag+ tăng dần
400 450 500 550 600 650 700
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
1.2 0,25%
0,5% 0,75% 1%
508
495495
526
(6)Hình 4. Ảnh SEM mẫu hợp kim Au-Ag NPs (a) M9:1, (b) M7:3, (c) M5:5, (d) M3:7 (e) M1:9
(7)Hình Ảnh EDX hợp kim Au-AgNPs (M5:5)
Hình 6.Phổ EDX hợp kim Au-AgNPs (M5:5) Bảng 2. Kết thành phần hợp kim Au-AgNPs (M5:5)
ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.2830