Đang tải... (xem toàn văn)
Trong thời kì của cách mạng công nghiệp 4.0, công nghệ nano chính là một trong những ngành công nghệ nhận được sự quan tâm rất lớn. Những nghiên cứu trong vài thập kỷ qua cho thấy có 3 hướng nghiên cứu được các nước trên thế giới đặc biệt quan tâm, đó là: • Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano và các tính chất của chúng. • Nghiên cứu chế tạo dụng cụ, linh kiện điện tử, quang học nano. • Công nghệ nano trong sinh học, y học, khoa học sự sống. Cùng với đó, sự phát triển sẵn có của ngành công nghệ bán dẫn là những thứ được ngành công nghệ nano chú trọng rất nhiều do những đặc điểm ứng dụng thực tiễn của chúng. Rất nhiều loại nano bán dẫn oxit kim loại đã được tổng hợp và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như vật liệu điện sắc (NiO, WO3, V2O5), cảm biến khí (WO3, ZnO, SnO2), quang xúc tác (TiO2, WO3). Trong đó Niken oxit (NiO), một vật liệu bán dẫn loại p vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, nó được đánh giá là một loại vật liệu hứa hẹn do có nhiều ưu điểm như độ phong phú, giá thành rẻ, quy trình chế tạo đơn giản, độ ổn định, có tính từ,… Graphen là một loại vật liệu đặc biệt, sở hữu rất nhiều những tính chất ưu việt và hứa hẹn trong ngành công nghiệp vật liệu nano như: tỉ trọng nhẹ, độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, mềm dẻo, độ bền cao, diện tích bề mặt lớn,… đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Tổ hợp vật liệu rGONiO là một nghiên cứu vật liệu sử dụng vật liệu nền là NiO với những tính chất đặc biệt của bán dẫn loại p và những ưu điểm của vật liệu NiO, tổ hợp với rGO, một dạng Graphen hóa học để tận dụng những ưu điểm của vật liệu Graphen cải thiện những hạn chế của NiO và tăng cường những tính chất có lợi của vật liệu. Trong đề tài này, em thực hiện các quá trình chế tạo vật liệu GO, NiO và tiến hành tổ hợp chúng thành vật liệu tổ hợp rGONiO, khảo sát những tính chất của vật liệu tổ hợp và khả năng hấp phụ của vật liệu tổ hợp với 2 loại thuốc nhuộm màu khác nhau. Đề tài của đồ án là: “Tổng hợp, khảo sát tính chất vật lý và nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu tổ hợp trên nền NiO”. Nội dung của đồ án gồm 4 chương: Chương 1. Tổng quan: Tổng quan về NiO, Graphen, rGO, vật liệu tổ hợp rGONiO, các phương pháp phân tích tính chất của vật liệu như SEM, XRD, Raman, phổ hấp thụ UVVis, FTIR, các loại thuốc nhuộm màu. Chương 2. Thực nghiệm: Trình bày các bước chế tạo vật liệu GO theo phương pháp Hummer, chế tạo nano NiO bằng phương pháp nhiệt thủy phân, tổng hợp vật liệu tổ hợp rGONiO, các quy trình thực hiện khảo sát các tính chất của vật liệu, quy trình khảo sát khả năng hấp phụ thuốc nhuộm màu MO và MB. Chương 3. Kết quả và thảo luận: Chương này trình bày về các kết quả đo khảo sát về hình thái, cấu trúc của các vật liệu đã chế tạo, kết quả khảo sát khả năng hấp phụ chất nhuộm màu MO và MB của vật liệu tổng hợp. Chương 4. Kết luận: Tổng kết lại các kết quả thu được trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tổng hợp, khảo sát tính chất vật lý nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu tổ hợp rGO@NiO hấp phụ chất nhuộm màu Ngành Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành Vật liệu điện tử Công nghệ nano Bộ môn: Vật liệu điện tử Viện: Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI - 7/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tổng hợp, khảo sát tính chất vật lý nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu tổ hợp rGO@NiO hấp phụ chất nhuộm màu Ngành Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành Vật liệu điện tử Công nghệ nano Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) HÀ NỘI - 7/2020 ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chặng đường năm học, hồn thành khóa đồ án tốt nghiệp kỹ sư, em nhận nhiều dạy thầy cô giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt thầy cô giảng viên Viện Vật Lý Kỹ Thuật Cùng với giúp đỡ, động viên, đồng hành gia đình bạn bè suốt năm tháng qua Thật hạnh phúc, vui sướng hào hứng trở thành kỹ sư, đóng góp cơng sức kiến thức cho đất nước xã hội Đầu tiên cho em xin phép gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, bố mẹ góp cơng sức lớn lao cho đạt hơm nay, dạy dỗ dìu dắt nên người, ln ủng hộ đồng hành con, giúp vượt qua khó khăn đời Em xin bày tỏ lòng biết ơn gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn, người thầy tận tình giúp đỡ dạy dỗ em trình nghiên cứu khoa học thực đồ án tốt nghiệp, thầy dạy em kiến thức lý thuyết khoa học, mà cho em kiến thức kĩ mềm, kinh nghiệm học tập làm việc Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Vật Lý Kỹ Thuật, thầy cô tạo điều kiện cho em tiến hành nghiên cứu, đo đạc trình làm đồ án tốt nghiệp, tạo môi trường thân thiện để em học tập, nghiên cứu thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể bạn sinh viên em nghiên cứu thầy TS Nguyễn Công Tú bạn sinh viên khác viên góp ý chia sẻ nhiều kiến thức trình học tập, tạo điều kiện môi trường thuận lợi giúp em thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2020 Sinh viên thực MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii BẢNG KÍ TỰ VIẾT TẮT ix TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano NiO Giới thiệu vật liệu nano NiO Tính chất vật liệu nano NiO Phương pháp chế tạo vật liệu nano NiO 1.2 Vật liệu graphen oxit, vật liệu khử graphen oxit Vật liệu graphen oxit Vật liệu khử graphen oxit Các phương pháp khử graphen oxit 1.3 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO 10 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng hấp phụ .11 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng quang xúc tác 11 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng cảm biến khí .13 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng pin Lithium 14 1.4 Các chất nhuộm màu 15 1.5 Động học trình hấp phụ 16 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 16 Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 16 Mơ hình động học biểu kiến bậc 17 Mơ hình động học biểu kiến bậc hai 17 1.6 Phương pháp phân tích tính chất vật liệu 18 Kính hiển vi điện tử quét 18 Phổ nhiễu xạ tia X 19 Phổ phản xạ 20 Phổ hấp thụ UV-Vis 21 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 21 Phổ tán xạ Raman 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 24 2.1 Tổng hợp vật liệu Graphen oxit 24 Thiết bị hóa chất 24 Quy trình 24 2.2 Tổng hợp vật liệu nano NiO vật liệu tổ hợp rGO@NiO 25 Thiết bị hóa chất 25 Quy trình 26 2.3 Phân tích kết mẫu 27 Kính hiển vi điện tử quét 27 Phổ nhiễu xạ tia X 27 Phổ hấp thụ UV-Vis 28 Phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier 28 Raman 29 2.4 Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam metylen xanh 29 Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam (MO) .29 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh (MB) .30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Vật liệu nano NiO 31 Kết khảo sát hình thái vật liệu NiO 31 Kết khảo sát cấu trúc vật liệu NiO 31 3.2 Chế tạo graphen oxit 32 Kết khảo sát cấu trúc vật liệu graphen oxit 32 3.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp rGO@NiO 34 Kết khảo sát hình thái vật liệu tổ hợp rGO@NiO 34 Kết khảo sát cấu trúc vật liệu tổ hợp rGO@NiO .36 Xác định bề rộng vùng cấm quang 39 3.4 Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam metylen xanh 40 Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam .40 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN 43 Tài Liệu Tham Khảo 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh minh họa: a) quy trình chế tạo cảm biến glucozơ phi enzim; b) nguyên tắc hoạt động cảm biến [2] Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể dạng đá muối NiO với vị trí Ni O tạo hình bát diện [8] Hình 1.3: Ảnh SEM dây nano NiO chế tạo phương pháp sol – gel [18] Hình 1.4: Nồi hấp sử dụng trình thủy nhiệt Hình 1.5: Sơ đồ chế tạo nano NiO phương pháp phân hủy nhiệt trạng thái rắn Niken-o-phtalet [22] Hình 1.6: Mơ hình mô GO lý tưởng [37] Hình 1.7: Khả phân tán a) graphen; b) GO; c) rGO nước [39] Hình 1.8: Mơ hình ngun tử GO chuyển hóa thành rGO q trình khử nhiệt, giải phóng cacbon dioxit làm mát phần khối lượng [40] .8 Hình 1.9: a) Hình minh họa trình tạo vi mạch rGO; b), c), d), e) Hình ảnh từ kính hiển vi quang học số vi mạch rGO cong chuẩn bị phương pháp chiếu xạ laser [42] Hình 1.10: Ảnh SEM a) Màng GO; b) Màng rGO khử HI; c) Màng rGO khử hydrazine [44] Hình 1.11: Sự hấp phụ RHB rGO/NiO [48] 11 Hình 1.12: Sơ đồ phân hủy phân tử MO sợi nano rGO/NiO xúc tác quang ánh sáng mặt trời [50] 12 Hình 1.13: Sự suy giảm MO trình quang xúc tác với vật liệu khác [50] 13 Hình 1.14: a) Đường cong nhạy khí NiO rGO@NiO với NO nồng độ khác nhiệt độ phòng; b) Độ đáp ứng NiO rGO@NiO với loại khí khác nhiệt độ phòng [51] 14 Hình 1.15: (a, b, c) cơng suất nạp phát rGO@NiO, NiO, rGO chu kì đầu tiên; (d) so sánh hiệu suất chu kì rGO@NiO với NiO rGO [53] 14 Hình 1.16: Sơ đồ khối hệ thống kinh hiển vi điện tử quét SEM [55] 18 Hình 1.17: Nhiễu xạ tia X mạng tinh thể [56] 19 Hình 1.18: Cơ chế chung phản xạ khuếch tán bề mặt rắn (không thể khúc xạ) [57] 21 Hình 1.19: Sơ đồ hoạt động hệ thống FTIR [59] 22 Hình 1.20: Sơ đồ hiển thị a) tán xạ ánh sáng tương tác với phân tử; b) trình tán xạ Rayleigh, Stokes anti-Stokes Raman; c) quang phổ Raman điển hình hiển thị cường độ tương đối trình tán xạ khác [60] 23 Hình 2.1: Quy trình tổng hợp GO theo phương pháp Hummer 25 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano rGO@NiO phương pháp thủy nhiệt 26 Hình 2.3: Kính hiển vi điện từ qt SEM viện AIST, ĐHBK Hà Nội 27 Hình 2.4: Máy đo nhiễu xạ tia X - X’pert Pro (PANalytical MPD) 28 Hình 2.5: Máy đo UV-Vis JASCO V-750 28 Hình 2.6: Máy đo phổ hấp thụ hồng ngoại JASCO FTIR 4600 29 Hình 2.7: Máy đo phổ tán xạ Raman – RENISHAW Invia Raman Microscope 29 Hình 2.8: Sơ đồ quy trình khảo sát khả hấp phụ MO 30 Hình 2.9: Sơ đồ quy trình khảo sát khả hấp phụ MO 30 Hình 3.1: Ảnh FESEM mẫu chế tạo DT00 a) trước nung; b) sau nung 400oC 31 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo DT00 với thẻ chuẩn a) trước nung; b) sau nung 400oC 2h 31 Hình 3.3: Phổ tán xạ Raman mẫu chế tạo DT00 32 Hình 3.4 Phổ tán xạ Raman của: a) graphit ban đầu; b) GO chế tạo 33 Hình 3.5: Phổ FTIR GO chế tạo 33 Hình 3.6: Ảnh FESEM hệ mẫu chế tạo với nồng độ pha tạp GO khác nhau: a) 0% GO (DT00); b) 0,5% GO (DT05); c) 1,0% GO (DT10) 34 Hình 3.7: Ảnh SEM mẫu DT05 (0,5% GO) a) độ phóng đại 1000 lần; b) độ phóng đại 5000 lần 35 Hình 3.8: Ảnh EDX mẫu DT05 với a) hình ảnh bề mặt mẫu; b) phân bố nguyên tố oxi; c) phân bố nguyên tố cacbon; d) phân bố nguyên tố niken 35 Hình 3.9: Phổ nhiễu xạ tia X hệ mẫu chế tạo (a); chuyển dịch đỉnh nhiễu xạ mặt (200) (b) 36 Hình 3.10: Đồ thị xác định ứng suất – kích thước tinh thể hệ mẫu chế tạo 37 Hình 3.11: Phổ phản xạ hệ mẫu chế tạo 38 Hình 3.12: Bề rộng vùng cấm quang xác định theo phương pháp Tauc mẫu: a) DT00; b)DT05; c)DT10 39 Hình 3.13: Dung lượng hấp phụ DT00 với nồng độ MO khác .40 Hình 3.14: Hiệu suất hấp phụ hệ mẫu với MO 40 Hình 3.15: Đồ thị mơ tả động học hấp phụ biểu kiến bậc 1(a), động học hấp phụ biểu kiến bậc (b) trình hấp phụ MO 41 Hình 3.16: Phổ UV-Vis MB theo thời gian hấp phụ với mẫu: a) DT00; b) DT05; c) DT10 42 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số loại thuốc nhuộm màu 15 Bảng 2.1: Các mẫu chế tạo 200oC/24h theo nồng độ pha tạp GO khác 27 Bảng 3.1: Các đỉnh dao động phổ Raman GO thu 34 Bảng 3.2: Bảng thống kê đỉnh nhiễu xạ ứng với mặt tinh thể hệ mẫu chế tạo 36 Bảng 3.3: Kích thước tinh thể trung bình hệ mẫu chế tạo tính theo cơng thức Scherrer 37 Bảng 3.4: Ứng suất – kích thước tinh thể tính theo phương pháp Williamson - Hall 38 Bảng 3.5: Các tham số động học hấp phụ MO mẫu tổng hợp theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc bậc 41 BẢNG KÍ TỰ VIẾT TẮT ST T Ký hiệu SERS Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Surface-enhanced Raman spectroscopy Bề mặt tăng cường tán xạ Raman CNT Carbon nanotube Ống nano cacbon GO Graphene oxide Graphen oxit rGO Graphen oxide reduce Graphen oxit bị khử TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét FESE M Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường EDX XRD Field emission scanning electron microscopy Energy dispersive X- ray spectroscopy X-ray diffraction analysis 10 UVVis 11 FTIR 12 LO 13 Untraviolet-Visible Phổ tán sắc lượng tia X Phân tích nhiễu xạ tia X Tia cực tím-ánh sáng khả kiến Fourier transform infrared Hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier Longitudinal optical Quang ngang CVD Chemical vapor deposition Lắng đọng hóa học pha 14 MWI Microwave irradiation Chiếu xạ vi sóng 15 RHB Rhodamine B Rhodamin B 16 MO Metyl orange Metyl da cam 17 MB Metylene blue Metylen xanh đường tuyến tính với trục tung độ dốc đường tuyến tính, từ hai thơng số tính kích thước tinh thể ứng suất cấu trúc tinh thể Đồ thị Hình 3.10 cho thấy mẫu khơng pha tạp DT00 có độ dốc gần khơng, mẫu pha tạp có thay đổi độ dốc chứng tỏ gây thay đổi vật liệu Bảng 3.4 cho thơng tin tính tốn cụ thể ứng suất kích thước tinh thể Bảng 3.4: Ứng suất – kích thước tinh thể tính theo phương pháp Williamson - Hall Tên mẫu DT00 DT05 DT10 Ứng suất (%) 0.00 0.16 0.14 Kích thước tinh thể (nm) 10.0 11.0 10.5 Kết cho thấy mẫu khơng pha tạp khơng có ứng suất, tổ hợp với rGO mẫu bắt đầu có ứng suất kích thước tinh thể tăng, mẫu DT05 có ứng suất lớn nhất, mẫu DT10 lại có ứng suất nhỏ kích thước tinh thể giảm so với mẫu DT05 Điều việc tái xếp lớp rGO làm giảm ảnh hưởng rGO tới NiO Như kết phân tích thơng qua phương pháp Williamsson – Hall có ưu điểm phân tích nội ứng suất vật liệu cho thấy tương quan nội ứng suất kích thước tinh thể Hai xu hướng kích thước tinh thể tính theo hai phương pháp khác điều lý giải phương pháp Scherrer khơng tính tốn đến việc suất sai hỏng cấu trúc làm ảnh hưởng đến kích thước tinh thể, việc tính tốn kích thước tinh thể phương pháp Williamson – Hall có độ xác 3.3.2.2 Phổ phản xạ Hình 3.11: Phổ phản xạ hệ mẫu chế tạo Hình 3.11 phổ phản xạ hệ mẫu tổng hợp đo máy UV-Vis với bước sóng từ 200 đến 900 nm chế độ đo độ phản xạ Phân tích phổ phản xạ hệ mẫu chế tạo cho thấy đường biên phản xạ mẫu DT05 dịch sang phải so với mẫu DT00, mẫu DT10 lại dịch sang trái so với mẫu DT00 Như với lượng pha tạp 0,5% GO mẫu có khả hấp thụ bước sóng lớn so với mẫu không pha tạp, pha tạp 1,0% GO khả hấp thụ mẫu lại dịch bước sóng ngắn cho thấy tái xếp lớp ảnh hưởng khơng tốt đến tính chất quang mẫu Xác định bề rộng vùng cấm quang Từ phổ hấp thụ UV-Vis hệ mẫu chế tạo, em sử dụng phương pháp Tauc để phân tích bề rộng vùng cấm vật liệu Phương pháp Tauc thể mối liên hệ phổ hấp phụ lượng theo phương trình: (ℎ) ℎ= �(ℎ− ℎ ��) PT 3.2 Trong α = 4π.k/λ hệ số phụ thuộc vào hệ số hấp thụ k bước sóng λ, A số Hình 3.12: Bề rộng vùng cấm quang xác định theo phương pháp Tauc mẫu: a) DT00; b)DT05; c)DT10 Kết xác định bề rộng vùng cấm quang hệ mẫu chế tạo thể Hình 3.12 Trong đó, so với mẫu khơng pha tạp bề rộng vùng cấm quang mẫu pha tạp 0,5% nhỏ cịn mẫu pha tạp 1,0% lại có bề rộng vùng cấm lớn hơn, phù hợp với xu hướng đo phổ phản xạ Bề rộng vùng cấm quang hệ mẫu có giá trị lớn 3.65 – 3.71 eV nên có khả hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm vùng cực tím 3.4 Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam metylen xanh Khảo sát khả hấp phụ metyl da cam 3.4.1.1 Khảo sát nồng độ hấp phụ tối ưu Tiến hành khảo sát khả hấp phụ mẫu với chất nhuộm màu MO, em sử dụng 10mg mẫu DT00 đem khảo sát khả hấp phụ với 100ml MO với nồng độ khác nhau: 3ppm, 5ppm, 10ppm 15ppm Trong trình khảo sát mẫu ủ tối khuấy đều, thời gian lấy mẫu đo kiểm tra phút/lần, đo thời gian 30 phút (Hình 3.13) Hình 3.13: Dung lượng hấp phụ DT00 với nồng độ MO khác Hình 3.13 cho thấy khả hấp phụ MO mẫu DT00 tốt nồng độ 5ppm 10ppm Trong với mẫu 10ppm khả hấp phụ nhanh chóng bão hịa phút Cùng với trình thực nghiệm xử lý số liệu, em chọn nồng độ 10ppm nồng độ hấp phụ tối ưu để khảo sát 3.4.1.2 Khảo sát khả hấp phụ MO hệ mẫu Để khảo sát khả hấp phụ MO hệ mẫu, 10mg mẫu tiến hành cho hấp phụ với 100ml dung dịch MO 10ppm, điều kiện trình khảo sát tương tự khảo sát nồng độ hấp phụ tối ưu phần trước Hình 3.14: Hiệu suất hấp phụ hệ mẫu với MO Kết phân tích hiệu suất hấp phụ MO hệ mẫu (Hình 3.14) cho thấy mẫu có rGO cho hiệu suất hấp phụ cao mẫu khơng có GO Mẫu DT10 chứa nhiều rGO hơn, có tính chất tinh thể DT05 lại cho hiệu suất hấp phụ tốt Như vậy, góp mặt rGO làm tăng hiệu suất hấp phụ MO lên rõ rệt 3.4.1.3 Động học trình hấp phụ MO Hình 3.15: Đồ thị mơ tả động học hấp phụ biểu kiến bậc 1(a), động học hấp phụ biểu kiến bậc (b) trình hấp phụ MO Từ số liệu hấp phụ, biểu diễn ln(q e – qt) phụ thuộc t ta có đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc (Hình 3.15a) Bảng 3.5 cho thấy số tốc độ k1 trình hấp phụ lên mẫu DT00 nhỏ so với mẫu DT05 DT10 chứng tỏ thời gian đạt trạng thái cân hấp phụ DT00 ngắn so với mẫu khác Tuy nhiên hệ số tin cậy phương trình tuyến tính mẫu thấp dung lượng hấp phụ qe thực nghiệm qe theo tính tốn (qe hồi quy) chênh lệch nhiều nên phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc không phù hợp để đánh giá trình hấp phụ vật liệu Biểu diễn t/qt theo t ta có đồ thị mơ tả phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc (Hình 3.15b) Từ Bảng 3.5 cho thấy phương trình tuyến tính động học biểu kiến bậc có hệ số tin cậy lớn R2 = 0,998 – 0,999 đồng thời giá trị qe thực nghiệm qe hồi quy chênh lệch Như phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc phù hợp mô tả trình hấp phụ MO hệ mẫu tổng hợp Bảng 3.5: Các tham số động học hấp phụ MO mẫu tổng hợp theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc bậc Động học bậc T ên m ẫu qe thực nghiệ m k1 R DT 00 20.0326 0.0605 0.1 87 qe hồi quy 2.41 Động học bậc k2 R 0.2 77 0.9 99 qe hồi quy 19 23 DT 05 DT 10 21.7281 24.7950 0.1624 0.1547 0.7 09 0.9 74 10.97 20.7 0.0 32 0.0 15 0.9 99 0.9 98 22 83 27 24 Khảo sát khả hấp phụ metylen xanh Em tiến hành khảo sát khả hấp phụ vật liệu chế tạo với loại chất nhuộm màu khác MB – loại thuốc nhuộm cation Sử dụng 10mg mẫu tiến hành hấp phụ với 100ml dung dịch MB nồng độ 10ppm Các bước khảo sát tương tự quy trình khảo sát hấp phụ MO Kết khảo sát nồng độ MB theo thời gian hấp phụ (Hình 3.16) cho thấy ba mẫu chế tạo khơng khả hấp phụ MB mà cịn làm tăng cường tín hiệu đỉnh MB Như hệ mẫu rGO@NiO chế tạo gần khả hấp phụ MB Điều lý giải MB loại thuốc nhuộm cation, có điện tích dương, NiO bán dẫn loại p, hạt tải lỗ trống, với điện tích dấu, khả bám giữ loại chất yếu, dẫn đến khả hấp phụ Hình 3.16: Phổ UV-Vis MB theo thời gian hấp phụ với mẫu: a) DT00; b) DT05; c) DT10 Như vậy, hệ mẫu chế tạo có khả hấp phụ tốt với MO, rGO có khả tăng cường khả hấp phụ mẫu MO, mẫu lại khơng có khả hấp phụ với MB dù có hay khơng có rGO Điều chứng tỏ NiO có khả hấp phụ tốt loại thuốc nhuộm anion hấp phụ với loại thuốc nhuộm cation CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau trình thực đồ án tốt nghiệp Bộ môn Vật liệu điện tử, Viện Vật Lý Kỹ Thuật, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em thu kết sau: Tổnghợp thành công vật liệu nano NiO dạng sợi phương pháp thủy nhiệt, tổng hợp GO phương pháp Hummer Tổng hợp vật liệu tổ hợp rGO@NiO với hàm lượng 0,5% 1,0% Phân tích tính chất vật liệu tổng hợp thông qua nhiều phép đo khác Các kết cho thấy GO ảnh hưởng tới hình thái cấu trúc NiO GO gây bẻ gãy sợi nano NiO Khi có GO, xuất ứng suất NiO GO đạt bão hòa mức 0,5%, tăng tiếp lượng GO, GO có tượng tái xếp lớp Khảo sát khả hấp phụ vật liệu chế tạo rGO@NiO với loại thuốc nhuộm màu khác nhau: metyl da cam (thuốc nhuộm anion) metylen xanh (thuốc nhuộm cation) Kết cho thấy mẫu chế tạo có khả hấp phụ MO, phù hợp với mơ hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2, khơng có khả hấp phụ MB Tổ hợp với rGO làm tăng hiệu suất hấp phụ MO so với vật liệu ban đầu Tài Liệu Tham Khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] P L Quang, N Thi, N Anh, T X Mau, and N D Cuong, “FACILE SYNTHESIS OF HIGH POROUS NiO,” vol 127, no 1, pp 5–12, 2018 W X Dai, L Zhang, W W Zhao, X D Yu, J J Xu, and H Y Chen, “Hybrid PbS Quantum Dot/Nanoporous NiO Film Nanostructure: Preparation, Characterization, and Application for a Self-Powered Cathodic Photoelectrochemical Biosensor,” Anal Chem., vol 89, no 15, pp 8070– 8078, 2017 M T Thanh, Đ Q Khiếu, B T M Châu, and H V Thành, “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO LƯỠNG OXIT NiO-ZnO TỪ SỰ PHÂN HỦY NHIỆT Ni-ZIF-8 VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC QUANG HÓA,” Hue Univ J Sci Nat Sci., vol 126, no 1A, p 59, Apr 2017 S M Aydoghmish, S A Hassanzadeh-Tabrizi, and A Saffar-Teluri, “Facile synthesis and investigation of NiO–ZnO–Ag nanocomposites as efficient photocatalysts for degradation of methylene blue dye,” Ceram Int., vol 45, no 12, pp 14934–14942, 2019 J Bandara and H Weerasinghe, “Solid-state dye-sensitized solar cell with p-type NiO as a hole collector,” Sol Energy Mater Sol Cells, vol 85, no 3, pp 385–390, 2005 J Y Chang, Y C Chen, C M Wang, and Y W Chen, “electrochromic properties of Li-Doped NiO films prepared by RF magnetron sputtering,” Coatings, vol 10, no 1, pp 1–8, 2020 F Soofivand and M Salavati-Niasari, “Step synthesis and photocatalytic activity of NiO/graphene nanocomposite under UV and visible light as an effective photocatalyst,” J Photochem Photobiol A Chem., vol 337, pp 44–53, 2017 “NiO polyhedra.” Y Chen, Y Wang, P Sun, P Yang, L Du, and W Mai, “Nickel oxide nanoflake-based bifunctional glass electrodes with superior cyclic stability for energy storage and electrochromic applications,” J Mater Chem A, vol 3, no 41, pp 20614–20618, 2015 L X Song, Z K Yang, Y Teng, J Xia, and P Du, “Nickel oxide nanoflowers: Formation, structure, magnetic property and adsorptive performance towards organic dyes and heavy metal ions,” J Mater Chem A, vol 1, no 31, pp 8731–8736, 2013 L Wang, Y Hao, Y Zhao, Q Lai, and X Xu, “Hydrothermal synthesis and electrochemical performance of NiO microspheres with different nanoscale building blocks,” J Solid State Chem., vol 183, no 11, pp 2576–2581, 2010 S Safa, R Hejazi, M Rabbani, and R Azimirad, “Hydrothermal synthesis of NiO nanostructures for photodegradation of 4-nitrophenol,” Desalin Water Treat., vol 57, no 46, pp 21982–21989, 2016 J H Kim, S Lee, J Choi, T Song, and U Paik, “Stackable, three dimensional carbon-metal oxide composite for high performance [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] supercapacitors,” J Mater Chem A, vol 3, no 41, pp 20459–20464, 2015 S Cao, W Zeng, T Li, J Gong, and Z Zhu, “Hydrothermal synthesis of NiO nanobelts and the effect of sodium oxalate,” Mater Lett., vol 156, pp 25–27, 2015 N Srivastava and P C Srivastava, “Synthesis and characterization of (single- and poly-) crystalline NiO nanorods by a simple chemical route,” Phys E Low-dimensional Syst Nanostructures, vol 42, no 9, pp 2225– 2230, Jul 2010 S Sriram and A Thayumanavan, “Structural, Optical and Electrical Properties of NiO Thin Films Prepared by Low Cost Spray Pyrolysis Technique,” Int J Mater Sci Eng., vol 1, no 2, pp 118–121, 2014 S A Mahmoud, A Shereen, and M A Tarawnh, “Structural and Optical Dispersion Characterisation of Sprayed Nickel Oxide Thin Films,” J Mod Phys., vol 02, no 10, pp 1178–1186, 2011 Q Yang, J Sha, X Ma, and D Yang, “Synthesis of NiO nanowires by a sol- gel process,” Mater Lett., vol 59, no 14–15, pp 1967–1970, 2005 N N M Zorkipli, N H M Kaus, and A A Mohamad, “Synthesis of NiO Nanoparticles through Sol-gel Method,” Procedia Chem., vol 19, pp 626– 631, 2016 K Byrappa and T Adschiri, “Hydrothermal technology for nanotechnology,” Prog Cryst Growth Charact Mater., vol 53, no 2, pp 117–166, Jun 2007 C Li and S Liu, “Preparation and Characterization of Ni(OH) and NiO Mesoporous Nanosheets,” J Nanomater., vol 2012, pp 1–6, 2012 M Salavati-Niasari, F Mohandes, F Davar, M Mazaheri, M Monemzadeh, and N Yavarinia, “Preparation of NiO nanoparticles from metal-organic frameworks via a solid-state decomposition route,” Inorganica Chim Acta, vol 362, no 10, pp 3691–3697, 2009 A Barakat et al., “One step synthesis of NiO nanoparticles via solid-state thermal decomposition at low-temperature of novel aqua(2,9-dimethyl1,10- phenanthroline)NiCl2 complex,” Int J Mol Sci., vol 14, no 12, pp 23941– 23954, 2013 X M Liu, X G Zhang, and S Y Fu, “Preparation of urchinlike NiO nanostructures and their electrochemical capacitive behaviors,” Mater Res Bull., vol 41, no 3, pp 620–627, 2006 S K Meher, P Justin, and G R Rao, “Microwave-Mediated Synthesis for Improved Morphology and Pseudocapacitance Performance of Nickel Oxide,” pp 2063–2073, 2011 X Song and L Gao, “Facile synthesis of polycrystalline NiO nanorods assisted by microwave heating,” J Am Ceram Soc., vol 91, no 10, pp 3465–3468, 2008 H Qiao, Z Wei, H Yang, L Zhu, and X Yan, “Preparation and Characterization of NiO Nanoparticles by Anodic Arc Plasma Method,” J Nanomater., vol 2009, pp 1–5, 2009 M S Wu, Y A Huang, C H Yang, and J J Jow, “Electrodeposition of [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] nanoporous nickel oxide film for electrochemical capacitors,” Int J Hydrogen Energy, vol 32, no 17, pp 4153–4159, 2007 K Anandan and V Rajendran, “Morphological and size effects of NiO nanoparticles via solvothermal process and their optical properties,” Mater Sci Semicond Process., vol 14, no 1, pp 43–47, 2011 P R Wallace, “The Band Theory of Graphite,” Doboku Gakkai Ronbunshuu A, vol 64, no 2, pp 452–457, 2008 J Ortiz Balbuena, P Tutor de Ureta, E Rivera Ruiz, and S Mellor Pita, “Enfermedad de Vogt-Koyanagi-Harada,” Med Clin (Barc)., vol 146, no 2, pp 93–94, Jan 2016 A K Geim and K S Novoselov, “The rise of graphene,” Nat Mater., vol 6, no 3, pp 183–191, 2007 A Peigney, C Laurent, E Flahaut, R R Bacsa, and A Rousset, “Specific surface area of carbon nanotubes and bundles of carbon nanotubes,” Carbon N Y., vol 39, pp 507–514, 2001 K Rahimi, A Yazdani, and M Ahmadirad, “Facile preparation of zinc oxide nanorods surrounded by graphene quantum dots both synthesized via separate pyrolysis procedures for photocatalyst application,” Mater Res Bull., vol 98, pp 148–154, Feb 2018 C Schafhaeutl, “ LXXXVI On the combinations of carbon with silicon and iron, and other metals, forming the different species of cast iron, steel, and malleable iron ,” London, Edinburgh, Dublin Philos Mag J Sci., vol 16, no 106, pp 570–590, 1840 W S Hummers and R E Offeman, “Preparation of Graphitic Oxide,” J Am Chem Soc., vol 80, no 6, pp 1339–1339, Mar 1958 H He, J Klinowski, M Forster, and A Lerf, “A new structural model for graphite oxide,” Chem Phys Lett., vol 287, no 1–2, pp 53–56, 1998 C Gomez-Navarro et al., “Electronic transport properties of individual chemically reduced graphene oxide sheets,” Nano Lett., vol 9, no 5, p 2206, 2009 S N Alam, N Sharma, and L Kumar, “Synthesis of Graphene Oxide (GO) by Modified Hummers Method and Its Thermal Reduction to Obtain Reduced Graphene Oxide (rGO)*,” Graphene, vol 06, no 01, pp 1–18, 2017 H C Schniepp et al., “Functionalized single graphene sheets derived from splitting graphite oxide,” J Phys Chem B, vol 110, no 17, pp 8535– 8539, 2006 L J Cote, R Cruz-Silva, and J Huang, “Flash reduction and patterning of graphite oxide and its polymer composite,” J Am Chem Soc., vol 131, no 31, pp 11027–11032, 2009 Y Zhang et al., “Direct imprinting of microcircuits on graphene oxides film by femtosecond laser reduction,” Nano Today, vol 5, no 1, pp 15–20, 2010 [43] S Stankovich et al., “Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide,” Carbon N Y., vol 45, no 7, pp 1558–1565, 2007 [44] S Pei, J Zhao, J Du, W Ren, and H M Cheng, “Direct reduction of graphene oxide films into highly conductive and flexible graphene films by hydrohalic acids,” Carbon N Y., vol 48, no 15, pp 4466–4474, 2010 [45] I K Moon, J Lee, R S Ruoff, and H Lee, “Reduced graphene oxide by chemical graphitization,” Nat Commun., vol 1, no 1, p 73, Dec 2010 [46] G Williams, B Seger, and P V Kamat, “TiO2-Graphene Nanocomposites UV-Assisted Photocatalytic Reduction of Graphene Oxide,” ACS Nano, vol 2, no 7, pp 1487–1491, 2008 [47] G K Ramesha and N S Sampath, “Electrochemical reduction of oriented Graphene oxide films: An in situ Raman spectroelectrochemical study,” J Phys Chem C, vol 113, no 19, pp 7985–7989, 2009 [48] A Al-Nafiey, M H K Al-Mamoori, S M Alshrefi, A K Shakir, and R T Ahmed, “One step to synthesis (rGO/Ni NPs) nanocomposite and using to adsorption dyes from aqueous solution,” Mater Today Proc., vol 19, pp 94–101, 2019 [49] M Ramesh, M P C Rao, S Anandan, and H Nagaraja, “Adsorption and photocatalytic properties of NiO nanoparticles synthesized via a thermal decomposition process,” J Mater Res., vol 33, no 5, pp 601–610, 2018 [50] K Rahimi, H Zafarkish, and A Yazdani, “Reduced graphene oxide can activate the sunlight-induced photocatalytic effect of NiO nanowires,” Mater Des., vol 144, no 2017, pp 214–221, Apr 2018 [51] J Zhang and D Zeng, “One-pot synthesis rGO-NiO composites for highly sensitive room temperature NO2 gas sensor1,” in IEEE SENSORS 2014 Proceedings, 2014, vol 2014-Decem, no December, pp 277–280 [52] N Dudney, “Batteries and Energy Technology (General) - 217th ECS Meeting,” ECS Transactions, 2010 [Online] Available: http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.079959518246&partnerID=40&md5=de5ae11cf7548a1155fa22ab7c65618e [53] X J Zhu, J Hu, H L Dai, L Ding, and L Jiang, “Reduced graphene oxide and nanosheet-based nickel oxide microsphere composite as an anode material for lithium ion battery,” Electrochim Acta, vol 64, pp 23– 28, 2012 [54] A N Ghanim and S K Ajjam, “Kinetic Modelling of Nitrate Removal from Aqueous Solution during Electrocoagulation,” vol 3, no 7, pp 64– 74, 2013 [55] “Kính hiển vi điện tử quét,” pp 1–4, 1965 [56] B A Pederson, “Structure and Regulation of Glycogen Synthase in the Brain,” Adv Neurobiol., vol 23, no May, pp 83–123, 2019 [57] S J Koppal, “Diffuse Reflectance – Theory and Applications,” in Computer Vision, Boston, MA: Springer US, 2014, pp 208–210 [58] “Fourier Transform,” 2013 [Online] Available: http://methods.sagepub.com/reference/encyclopedia-of-measurement-andstatistics/n176.xml [59] M A Mohamed, J Jaafar, A F Ismail, M H D Othman, and M A Rahman, “Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy,” in Membrane Characterization, Elsevier, 2017, pp 3–29 [60] M Testa-Anta, M A Ramos-Docampo, M Comesaña-Hermo, B RivasMurias, and V Salgueiriño, “Raman spectroscopy to unravel the magnetic properties of iron oxide nanocrystals for bio-related applications,” Nanoscale Adv., vol 1, no 6, pp 2086–2103, 2019 [61] P Bose, S Ghosh, S Basak, and M K Naskar, “A facile synthesis of mesoporous NiO nanosheets and their application in CO oxidation,” J Asian Ceram Soc., vol 4, no 1, pp 1–5, Mar 2016 ... rGO@NiO, khảo sát tính chất vật liệu tổ hợp khả hấp phụ vật liệu tổ hợp với loại thuốc nhuộm màu khác Đề tài đồ án là: ? ?Tổng hợp, khảo sát tính chất vật lý nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu tổ hợp. .. HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tổng hợp, khảo sát tính chất vật lý nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu tổ hợp rGO@NiO hấp phụ chất nhuộm màu Ngành Vật lý kỹ thuật Chuyên ngành Vật liệu điện tử Công nghệ... ứng dụng hấp phụ .11 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng quang xúc tác 11 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng cảm biến khí .13 Vật liệu tổ hợp rGO@NiO ứng dụng pin Lithium 14 1.4 Các chất nhuộm màu