Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất đặc trƣng của vật liệu nano kim loại platin

LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn cô PGS. TS Nguyễn Thị Phương Phong – bộ môn hóa lý trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, thầy ThS. Ngô Hoàng Minh – khoa Công nghệ Hóa – Thực phẩm trường Đại học Lạc Hồng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng em hoàn thành bài báo cáo luận văn tốt nghiệp. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa – Thực Phẩm trường Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực nghiệm cũng như hoàn tất bài báo cáo. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô phòng thí nghiệm trường Đại học Khoa học Tự Nhiên đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em. MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU .vi DANH MỤC HÌNH ẢNH . vii PHẦN MỞ ĐẦU . 1 Chương 1: TỔNG QUAN . 4 1.1. Vật liệu platin . 4 1.1.1. Lịch sử 4 1.1.2. Cấu trúc của platin 5 1.1.3. Tính chất của platin 5 1.1.3.1. Tính chất chung 5 1.1.3.2. Đồng vị của platin 6 1.1.3.3. Tính chất vật lý và hoá học của platin . 6 1.1.4. Ứng dụng của platin . 8 1.2. Vật liệu nano kim loại . 11 1.2.1. Tính chất vật liệu nano . 11 1.2.1.1. Tính chất quang học . 12 1.2.1.2. Tính chất điện 12 1.2.1.3. Tính chất từ 13 1.2.1.4. Tính chất nhiệt . 13 1.2.2. Hiện tượng cộng hưởng bề mặt plasmon . 13 1.2.3. Hiệu ứng bề mặt . 14 1.2.4. Hiệu ứng kích thước . 15 1.2.5. Phương pháp chế tạo vật liệu nano kim loại 17 1.2.5.1. Phương pháp từ trên xuống 17 1.2.5.2. Phương pháp từ dưới lên 18 1.3. Tính chất của nano platinum . 18 1.3.1. Tính chất xúc tác 18 1.3.2. Tính chất quang 19 1.3.3. Tính chất từ . 19 1.3.4. Tính chất nhiệt 19 1.4. Các phương pháp tổng hợp hạt nano platin 20 1.4.1. Phương pháp polyol hỗ trợ bởi nhiệt vi sóng . 20 1.4.2. Phương pháp sinh học 21 1.4.3. Phương pháp vật lý . 21 1.4.4. Phương pháp khử hoá học 22 1.4.5. Phương pháp ăn mòn laser . 23 1.5. Ứng dụng của hạt nano Platin . 23 1.5.1. Trong các phản ứng hoá học 23 1.5.2. Trong pin nhiên liệu . 24 1.5.3. Trong trị liệu da thẩm mỹ . 25 1.5.4. Trong công nghiệp 26 1.5.5. Trong y học 26 Chương 2: THỰC NGHIỆM . 28 2.1. Hóa chất và thiết bị - dụng cụ . 28 2.1.1. Các hóa chất sử dụng 28 2.1.2. Các thiết bị và dụng cụ . 28 2.2. Chế tạo nano platin trong dung môi nước 30 2.2.1. Ở pH=7 . 30 2.2.2. Ở pH=9, 11 . 31 2.3. Chế tạo nano platin trong dung môi etylen glycol 32 2.3.1. Ở pH=7 . 32 2.3.2. Ở pH=11 . 33 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Chế tạo nano platin trong dung môi nước . 35 3.1.1. Ở pH=7 35 a. Kết quả UV-Vis . 35 b. Kết quả TEM . 39 3.1.2. Ở pH=9 . 40 a. Kết quả UV-Vis . 40 b. Kết quả TEM . 44 3.1.3. Ở pH=11 . 46 3.2. Chế tạo nano platin trong dung môi EG . 48 3.2.1. Ở pH=7 . 48 a. Kết quả UV-Vis . 48 b. Kết quả TEM . 53 3.2.2. Ở pH=11 . 55 b. Kết quả TEM . 58 3.3. Phân tích nhiễu xạ tia X 60 3.4. Sản phẩm ứng dụng 61 3.4.1. Ứng dụng trong mỹ phẩm 61 3.4.2. Nanocomposite Pt/C ứng dụng làm xúc tác trong pin nhiên liệu . 63 3.4.2.1. Sơ lược về pin nhiên liệu . 63 3.4.2.2. Điều chế nanocomposite Pt/C 64 3.4.2.3. Kết quả EDS 65 3.4.2.4. Kết quả TEM 66 3.4.2.5. Kết quả XRD 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 2 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EDS : Electronic Data Systems EG : Ethylene Glycol Pt : Platin PVA : Polyvinyl alcohol PVP : Poly N-vinyl-2-pyrolidone TSC : Trisodium Citrate dihydrate TEM : Transmission Electron Microscopy UV-Vis: Ultraviolet – Visible XRD : X – ray diffracton DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu . 15 Bảng 1.2: Độ dài đặc trưng của một số tính chất của vật liệu 16 Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng . 28 Bảng 3.1: Bảng giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của dung dịch keo nano platin (tổng hợp ở pH=7) . 35 Bảng 3.2: Bảng giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của dung dịch keo nano platin (tổng hợp ở pH=7) . 38 Bảng 3.3: Bảng giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của dung dịch keo nano platin (tổng hợp ở pH=9) . 41 Bảng 3.4: Bảng giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của dung dịch keo nano platin (tổng hợp ở pH=9) . 44 Bảng 3.5: Bảng giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của dung dịch keo nano platin (tổng hợp ở pH=11) . 46 Bảng 3.6: Giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của mẫu dung dịch nano platin ở pH=7 49 Bảng 3.7: Giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của mẫu dung dịch nano platin ở pH=7 52 Bảng 3.8: Giá trị bước sóng và độ hấp thu UV-Vis của mẫu dung dịch nano platin ở pH=11 55 Bảng 3.9: Kết quả EDS của nanocomposite Pt/C . 65 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của platin 5 Hình 1.2: Cấu hình electron của platin . 6 Hình 1.3: Bộ chuyển đổi khí thải sử dụng platin làm xúc tác 8 Hình 1.4: Trang sức được làm từ bạch kim 9 Hình 1.5: Platin được sử dụng trong mỹ phẩm 10 Hình 1.6: Nhiệt kế platin sử dụng điện trở Platin . 11 Hình 1.7: Bút và vỏ điện thoại làm bằng platin 11 Hình 1.8: Sự dao động của các hạt hình cầu dưới tác động của điện trường ánh sáng . 12 Hình 1.9: Sự phân cực điện tử bề mặt của hạt hình cầu do điện trường của sóng điện từ 14 Hình 1.10: Sơ đồ chung chế tạo hạt nano kim loại 17 Hình 1.11: Cơ chế tổng hợp hạt nano platinum thông qua giai đoạn tạo mầm. . 20 Hình 1.12: Sử dụng vi khuẩn, nấm, các loại dịch chiết từ thân, lá, quả của thực vật để tổng hợp hạt kích thước nano . 21 Hình 1.13: Sơ đồ tổng quát hình thành hạt nano kim loại 22 Hình 1.14: Ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt nano platin được hình thành bằng phương pháp ăn mòn laser với (a) dung dịch SDS 0.01M - (b) nước tinh khiết . 23 Hình 1.15: Cấu tạo pin nhiên liệu . 24 Hình 1.16: Nano platin được sử dụng trong mỹ phẩm, mặt nạ chăm sóc da. 25 Hình 1.17: Hệ thống khử mùi trong tủ lạnh bằng màng lọc nano platin 26 Hình 1.18: Hạt nano platin liên kết với DNA và được kích thích bởi bức xạ ion hoá . 27 Hình 2.1: Lò vi sóng Sanyo EM - S2088W . 29 Hình 2.2: Quy trình chế tạo nano platin trong dung môi nước ở pH=7 . 30 Hình 2.3: Quy trình chế tạo nano platin trong dung môi nước ở pH=9, 11 . 31 Hình 2.4: Quy trình chế tạo dung dịch keo nano platin trong dung môi etylen glycol ở pH=7 . 32 Hình 2.5: Quy trình chế tạo dung dịch keo nano platin trong dung môi etylen glycol ở pH=11 . 33 Hình 3.1: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (1.000.000g/mol) ở pH=7 . 36 Hình 3.2: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (55.000g/mol) ở pH=7 37 Hình 3.3: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (40.000g/mol) ở pH=7 38 Hình 3.4: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các PVP khác nhau (1.000.000; 55.000; 40.000g/mol) ở pH=7 . 39 Hình 3.5: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 1h-7 (với PVP 1.000.000g/mol) 39 Hình 3.6: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 2h-7 (với PVP 55.000g/mol) . 39 Hình 3.7: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 3h-7 (với PVP 40.000g/mol) . 40 Hình 3.8: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (1.000.000g/mol) ở pH=9 . 42 Hình 3.9: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (55.000g/mol) ở pH=9 43 Hình 3.10: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các thể tích khác nhau của TSC, PVP (40.000g/mol) ở pH=9 43 Hình 3.11: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các PVP khác nhau (1.000.000; 55.000; 40.000g/mol) ở pH=9 . 44 Hình 3.12: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 1h-9 (với PVP 1.000.000g/mol) 45 Hình 3.13: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 2h-9 (với PVP 55.000g/mol) . 45 Hình 3.14: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 3h-9 (với PVP 40.000g/mol) . 45 Hình 3.15: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các nồng độ khác nhau của TSC, PVP (1.000.000g/mol) ở pH=9 . 47 Hình 3.16: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các nồng độ khác nhau của TSC, PVP (55.000g/mol) ở pH=11 47 Hình 3.17: Phổ UV-Vis các mẫu dung dịch nano Platin với các nồng độ khác nhau của TSC, PVP (40.000g/mol) ở pH=11 48 Hình 3.18: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (55.000g/mol) ở pH=7 . 50 Hình 3.19: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (1.000.000g/mol) ở pH=7 . 51 Hình 3.20: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (55.000g/mol) ở pH=7, tại những nhiệt độ khác nhau 120 o C, 140 o C, 160 o C, 180 o C . 53 Hình 3.21: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (1.000.000g/mol) ở pH=7, tại những nhiệt độ khác nhau 120 o C, 140 o C, 160 o C, 180 o C 53 Hình 3.22: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EM1.4 120 o C . 54 Hình 3.23: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EM1.4 160 o C . 54 Hình 3.24: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EA1.4 120 o C . 54 Hình 3.25: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EA1.4 160 o C . 55 Hình 3.26: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (55.000g/mol) ở pH=11 . 57 Hình 3.27: Phổ UV-Vis của hạt nano Pt với PVP (1.000.000g/mol) ở pH=11 . 58 Hình 3.28: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EM1.4 120 o C . 59 Hình 3.29: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EM1.4 160 o C . 59 Hình 3.30: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EA1.4 120 o C . 59 Hình 3.31: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu EA1.4 160 o C . 60 Hình 3.32: Kết quả XRD của mẫu nano platin . 60 Hình 3.33: Sản phẩm kem dưỡng da có chứa nano Platin . 63 Hình 3.34: Quy trình chế tạo nanocomposite Pt/C 64 Hình 3.35: Kết quả EDS của mẫu 1 . 65 Hình 3.36: Kết quả EDS của mẫu 2 . 66 Hình 3.37: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 1 . 66 Hình 3.38: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 2 . 67 Hình 3.39: Kết quả XRD của mẫu nanocomposite Pt/C 67