5. Điểm mới của đề tài
2.2 Tổng hợp chấm lượng tử carbon
Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon
CQDs được tổng hợp từ sản phẩm bỏ đi của ngành nông nghiệp, cụ thể trong nghiên cứu này sử dụng mụn sơ dừa để làm nguyên liệu carbon ban đầu và được xử lý bằng phương pháp thủy nhiệt.
26 CQDs
Hình 2.1 Quy trình tổng hợp chấm lượng tử carbon
Sơ dừa được nghiền thành bột sau đó cho qua rây có kích thước 75 μm để đồng nhất kích thước hạt. Lấy 2 g bột mụn sơ dừa cho vào 100 mL nước cất, khuấy từ trong 20 phút sau đó chuyển tất cả vào trong autoclave có lót teflon 100 mL, đậy kín nắp và cho vào tủ sấy ở 200 ºC, trong 6 h. Sau 6 h, lấy autocave ra khỏi tủ sấy, làm nguội đến nhiệt độ phòng. Chuyển phần dung dịch trong autoclave vào cốc 250 mL, sau đó cho phần dung dịch vào ống ly tâm, ly tâm 10.000 vòng/phút trong 20 phút rồi đem lọc qua màng lọc nylon 0,22 μm để loại bỏ những hạt có kích thước lớn. Dịch lọc được đem cô quay chân không ở 60 ºC, áp suất 80 hPa để thu được hạt rắn CQDs (dạng sệt). Mẫu CQDs được làm khô bằng ethanol (99,5%). Lấy 50 mL ethanol cho vào mẫu CQDs (dạng sệt), sau đó siêu âm trong 20 phút, ly tâm 10.000 vòng/phút trong 10 phút. Loại bỏ lớp dung dịch bên trên, đem sấy ở 50 ºC trong 15 phút thu được CQDs dạng rắn.
27
Thí nghiệm được lặp lại tương tự như trên với sự thay đổi thời gian phản ứng t = 4 h và t = 5 h .
Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của chấm lượng tử carbon
2.2.2.1 Phổ hồng ngoại (FT-IR)
Phương pháp phân tích phổ hồng được dùng để phân tích cấu trúc phân tử của tiền chất carbon (mụn sơ dừa), CQDs và CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn. Phổ FT-IR của mẫu được đo bằng thiết bị PerkinElmer MIR/NIR Frontier đo ép viên với KBr trong khoảng 4000-400 cm-1 tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Địa chỉ: 1A Thạnh Lộc 29, Thạnh Lộc, Quận 12, Hồ Chí Minh.
2.2.2.2 Nhiễu xạ X-ray (XRD)
Phương pháp nhiễu xạ X-ray được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể của CQDs và mẫu CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn. Ngoài ra, từ phổ XRD có thể xác định kích thước tinh thể theo công thức Scherrer dựa trên độ rộng peak:
B(2θ) = Kλ
L cos θ (2.1)
Trong đó: L: kích thước tinh thể; B (FWHM – full width at haft maximum): độ rộng nửa peak, radian; giá trị làm việc của góc 2θ; K: hằng số Scherrer (0,62-2,08), chọn giá trị K=1 cho tinh thể có tính đối xứng khối lập phương); λ: bước sóng tia tới
Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CQDs được đo bằng thiết bị Bruker D2 Pharser với khoảng góc 2 theta làm việc từ 3-140 độ, bước sóng của tia X chiếu tới là bức xạ Kα của Cu (λα
= 1,5406 A0) tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Địa chỉ: 1A Thạnh Lộc 29, Thạnh Lộc, Quận 12, Hồ Chí Minh. Mẫu sử dụng phân tích ở dạng bột (Qua màng lọc 0,22 μm).
2.2.2.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (tiếng Anh: transmission electron microscopy, viết tắt: TEM) được sử dụng để nghiên cứu vi cấu trúc của CQDs (hình dạng kích thước). Kích
28
thước trung bình của tinh thể được đánh giá thông qua kích thước trung bình của một nhóm hạt theo công thức: 𝑥(𝑑) ̅̅̅̅̅̅ = 1 ∑ 𝑝𝑖 𝑥𝑖 ̅̅̅ 𝑛 1 (2.2) Trong đó:
pi : phần trăm của nhóm hạt có kích thước xi
xi : đường kính trung bình của nhóm hạt có kích thước xi-1 đến xi+1 𝑥𝑖 =𝑥𝑖+1+𝑥𝑖−1
2 (2.3)
Hình ảnh TEM được đo bằng thiết bị JEM 1400 độ phóng đại 100K cho mẫu dung dịch CQDs tại phòng thí nghiệm trọng điểm polymer lầu 1 tòa nhà C6 trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh – địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, phường 14, Quận 10, TP Hồ Chí Minh và JEM 2100, JEOL, thế phát 200 kV, sợi đốt: LaB6, độ phóng đại 100K cho mẫu CQDs rắn tại phòng hiển vi điện tử - Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.
2.2.2.4 Phổ hấp thụ UV-vis
Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích định lượng được sử dụng để phân tích tính chất quang của CQDs và thử các hoạt tính kháng oxi hóa của cao chiết từ cây tai tượng Ấn, CQDs, CQDs tải hợp chất được chiết từ cây tai tượng Ấn dựa vào hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Vùng bức xạ được sử dụng trong phương pháp này là vùng tử ngoại gần hay khả kiến ứng với bước sóng khoảng từ 200÷800nm. Hiện tượng hấp thụ bức xạ điện từ tuân theo định luật Bouger – Lam bert – Beer.
A = ɛ × C × l (2.4)
Trong đó:
ε là hệ số hấp thu phân tử, C nồng độ dung dịch (mol/L), l độ dày truyền ánh sáng (cm), A là độ hấp thụ quang.
29
Phương pháp phổ UV-vis sử dụng cho các mẫu ở dạng đồng nhất và trong suốt. Phổ hấp thụ của mẫu được đo ở nhiệt độ phòng bằng máy UH-5300 Hitachi trong khoảng bước sóng từ 200 đến 770 nm tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Địa chỉ:1 Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, Thủ Đức, Hồ Chí Minh.
2.2.2.5 Phổ phát xạ huỳnh quang (PL)
Quang phổ quang phát quang (PL) là sự phát xạ tự phát ánh sáng từ một vật liệu theo kích thích quang học. Quang phổ PL được sử dụng để xác định hiệu suất lượng tử của CQDs thông qua diện tích peak.
Cách chuẩn bị mẫu đo: Dung dịch CQDs và dung dịch quinine sulfate (trong dung dịch
H2SO4 0,1 M) có độ hấp thụ trong khoảng 0,1÷0,2 ở bước sóng 325 nm.
Mẫu dung dịch CQDs: chuẩn bị dung dịch CQDs có nồng độ 40 μg/mL bằng cách cân 0,004 g CQDs sau đó thêm 10 mL nước cất, đem dung dịch đi siêu âm trong 10 phút. Hút 1 ml dung dịch CQDs và thêm 9 mL nước cất, siêu âm trong 5 phút rồi tiến hành đo UV-vis ở bước sóng 325 nm. Ghi lại độ hấp thụ của mẫu dung dịch CQDs sau cùng ở bước sóng 325 nm.
Phép đo phổ phát xạ huỳnh quang PL của dung dịch CQDs được đo bằng thiết bị Jobin Yvon iR320 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM. Địa chỉ: 227 Đường Nguyễn Văn Cừ, Phường 4, Quận 5, Hồ Chí Minh.
2.2.2.6 Phương pháp đo hiệu suất lượng tử (QY) của chấm lượng tử
Để tính hiệu suất phát xạ lượng tử của CQDs, phổ phát xạ của dụng dịch CQDs trong nước cất được so sánh với quinine sulfate trong dung dịch H2SO4 0,1 M có hiệu suất phát xạ là 54%. Hai dung dịch này có độ hấp thụ quang ở bước sóng kích thích 325 nm nằm trong khoảng 0,1÷0,2.
Hiệu suất lượng tử là tỷ lệ số photon phát xạ đối với số photon mà mẫu hấp thụ. Hiệu suất lượng tử được tính toán như sau:
30 𝑄𝑆 = 𝑄𝑅𝐼𝑆 𝐼𝑅 𝐴𝑅 𝐴𝑆 𝑛𝑆2 𝑛𝑅2 (2.5)
𝑄𝑅: hiệu suất lượng tử của chất so sánh, trong trường hợp này là quinine sulfate với 𝑄𝑅
= 54%
𝐼𝑆: tích phân phổ phát xạ mẫu dung dịch CQDs
𝐼𝑅: tích phân phổ phát xạ mẫu dung dịch quinine sulfate
𝐴𝑆: độ hấp thụ của dung dịch CQDs ở 325 nm
𝐴𝑅: độ hấp thụ của dung dịch quinine sulfate ở 325 nm
𝜂𝑆 𝑣à 𝜂𝑅 lần lượt là chiết suất môi trường nghiên cứu của dung dịch CQDs và dung dịch quinine sulfate. Trong trường hợp này đều là nước cất nên 𝜂𝑆 = 𝜂𝑅 = 1,33. Khi đó, hiệu suất lượng tử được tính theo công thức:
𝑄𝑆 = 𝑄𝑅𝐼𝑆
𝐼𝑅 𝐴𝑅
𝐴𝑆 (2.6)
Ngoài ra hoạt tính kháng oxi hóa CQDs cũng được tiến hành thí nghiệm tương tự như đối với cao chiết tai tượng Ấn (mục 2.3.2).