Ứng dụng của hạt nano Platin

Quá trình khử hóa glucozo bằng H2 là một quá rất quan trọng hiện nay vì nó cho ra sản phẩm là sorbitol được ứng dụng rộng rãi trong dược phẩm để sản xuất vitamin C, thuốc ho xiro, là loại đường ít calo dành cho bệnh nhân tiểu đường... quá trình khử hóa này cần phải sử dụng một hệ chất xúc tác trong đó có platin. Trước đây vấn đề này rất hạn chế vì việc đưa những xúc tác này vào trong phản ứng rất đắt đỏ, nhưng hiện nay với việc chế tạo thành công hạt nano kim loại nói chung và hạt nano platin nói riêng đã làm quá trình này phát triển nhanh chóng, và trên thế giới đã có những hệ xúc tác dị thể cho quá trình này như xúc tác 5%Pd-5%Bi/C (tên thương mại MPB5 cung cấp bởi hãng Sud-Chemie-MT), xúc tác 5%Pt/C (ESCAT10 của Engelhard) và 1% Pt-4% Pd-5%Bi/C (CEF 196 XRA/W của Desgussa).

1.5.2. Trong pin nhiên liệu

Các hạt nano platin được sử dụng làm chất xúc tác đột phá trong pin nhiên liệu do những tinh thể này làm tăng xúc tác cho sự oxy hóa nhiên liệu và sản xuất hydrogen. Xúc tác trên nền hạt nano platin có chi phí thấp, các pin nhiên liệu có tính ổn định, nâng cao hiệu quả và độ bền của pin nhiên liệu hydro.

Hình 1.15: Cấu tạo pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu hoạt động bằng cách phân hủy nhiên liệu và chuyển đổi năng lượng trực tiếp thành điện. Trong pin nhiên liệu anode và cathode được ngăn cách bởi lớp màng trao đổi proton (PEM).

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell Trung tâm Vật liệu Năng lượng đã thực hiện một khám phá mang tính đột phá là thay vì sử dụng platin làm chất xúc tác trong các tế bào nhiên liệu thì họ sử dụng các hạt nano platin được phân tán vào vật liệu nền là TiO2 sau đó thêm vào vonfram để tăng tính dẫn điện của chất xúc tác. Quá trình này cũng làm cho vật liệu rẻ hơn nhiều so với một chất xúc tác sử dụng platin tinh khiết.

Vật liệu nano platin với hoạt tính điện xúc tác cao đối với quá trình oxi hóa ethanol là một hứa hẹn cho các ứng dụng tương lai.

1.5.3. Trong trị liệu da thẩm mỹ

Nhờ có kích thước nhỏ hơn rất nhiều lần so với lỗ nang lông nên hạt nano platin có thể mang theo các loại hoá mỹ phẩm đi vào các lớp da từ nông đến sâu một cách dễ dàng giúp cho làn da trắng hồng, liền sẹo do mụn. Hạt nano platin có chức năng làm tăng sức sống của tế bào nhờ đó chống lão hóa tốt.

Khi platin ở kích thước nano thì diện tích bề mặt tăng lên, tăng khả năng chống oxi hoá giúp da trắng sáng. Mặt khác, nano platin còn chống vi trùng mạnh nhờ giải phóng điện tử, các electron này dễ chuyển động, phá vỡ các mối liên kết, tạo ra các phản ứng oxy hoá khử… ngăn chặn quá trình sinh trưởng của vi khuẩn làm tổn hại da.

Ngoài ra nano platin và một số chất khác còn được sử dụng trong việc điều chế viên nang, mặt nạ chăm sóc da giúp giảm thiểu sự xuất hiện của nếp nhăn trên da, phục hồi những vùng da khô sạm, giúp trẻ hoá làn da…

1.5.4. Trong công nghiệp

Hiện nay, tính năng khử khuẩn bằng nano platin đã được ứng dụng vào nhiều loại thiết bị gia dụng như điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, ... và một số dụng cụ khác như thiết bị xông hơi nóng dùng ion nano platin có tác dụng chống lão hoá làn da.

Hãng Mitshubishi đã sản xuất ra máy điều hoà với màng lọc nano platin giúp kháng khuẩn và khử mùi hiệu quả.

Sanyo đã sử dụng công nghệ khử mùi nano platin cho tủ lạnh, lớp màng lọc nano platin bên trong tủ tạo hiệu quả kháng khuẩn và khử mùi toàn diện, ngăn chặn sự sinh sôi của vi khuẩn, giữ rau quả tươi ngon hơn.

Hình 1.17: Hệ thống khử mùi trong tủ lạnh bằng màng lọc nano platin 1.5.5. Trong y học

Theo nhóm tác giả Erika Porcel, Samuel Liehn cùng các đồng nghiệp [6]: các hạt nano platin là một nguyên liệu đầy hứa hẹn để điều trị ung thư, dựa trên sự kết hợp của chúng với bức xạ ion, các hạt nano platin tăng cường mạnh mẽ hiệu quả sinh học của phóng xạ. Đặc tính nhạy với ánh sáng của các hạt nano platin được tăng cường do điện tử tự khuếch đại bên trong các hạt nano...

Hình 1.18: Hạt nano platin liên kết với DNA và được kích thích bởi bức xạ ion hoá

Ngoài ra hạt nano platin còn có thể ngăn chặn bệnh tiểu đường: Nhóm nghiên cứu tại Đại học Arkansas, Mỹ phát hiện ra rằng các ống nano được phủ hạt nano platin sẽ nhạy hơn trong việc phát hiện bệnh tiểu đường và hơn thế nữa thiết bị này không sử dụng kim nên không gây đau đớn cho người bệnh.

Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và thiết bị - dụng cụ

2.1.1. Các hóa chất sử dụng

Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng

Tên hóa chất Công thức Hãng sản xuất Thành phần

Hexachloroplatinic acid H2PtCl6.6H2O Prolabo 99%

Polyvinyl pyrrolidone (C6H9NO)n Merk

Mw=1.000.000 g/mol Mw=55.000 g/mol Polyvinyl pyrrolidone (C6H9NO)n India Mw=40.000 g/mol

Trisodium citrate

dihydrate TSC Prolabo 99%

Sodium hydroxide NaOH Guangdong 99%

Ethylene glycol C2H6O2 Chemsol 99.5% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Nước tinh khiết H2O Merk 100%

Cacbon Vulcan XC72 C Cabot 99%

Acetone C3H6O China 99%

2.1.2. Các thiết bị và dụng cụ

Hình 2.1: Lò vi sóng Sanyo EM - S2088W

- Cân điện tử 5 số, sai số ±0,0001g

- Máy khuấy từ IKA RET control-visc, Đức.

- Máy quang phổ UV-Vis NIR-V670, JACCO, Nhật. - Micropipet (100-1000µl).

- Pipet.

- Becher 100.0ml - Nhiệt kế.

- Máy ly tâm UNIVERSAL 32R HETTICH ZENTRIFUGEN, Đức, số vòng ly tâm 18000 vòng/phút (Phòng thí nghiệm Hóa Lý ứng dụng, ĐH KHTN, Tp. HCM). - Máy đo pH IQ Scientific Instruments (Bộ môn Hóa Phân Tích, ĐH KHTN, Thành phố Hồ Chí Minh).

- Máy nhiễu xạ tia X BRUKER XRD-D8 ADVANCE, Đức (Viện khoa học vật liệu ứng dụng).

- Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, JEM- 1400, Nhật (Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia vật liệu Polymer và Composite – Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh).

2.2. Chế tạo nano platin trong dung môi nƣớc 2.2.1. Ở pH=7

Quy trình được thực hiện như sau:

Hình 2.2: Quy trình chế tạo nano platin trong dung môi nước ở pH=7 Thuyết minh quy trình

Dung dịch keo nano platin được điều chế như sau:

Cho PVP vào nước cất, tiến hành khuấy từ và gia nhiệt trong lò vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong nước (dung dịch trong suốt).

Dung dịch H2PtCl6 được cho vào hệ với thể tích xác định, tiếp tục khuấy đều. Dùng micropipet cho dung dịch TSC vào hệ với các thể tích khác nhau, tiếp tục khuấy đều.

Sau khi phản ứng xảy ra, hạt nano platin đã được tạo ra, tiến hành khuấy ở nhiệt độ phòng khoảng 10 phút để giải nhiệt cho dung dịch, tránh sự kết tụ của các hạt nano platin, giúp các hạt nano platin có kích thước nhỏ và đồng đều.

Các mẫu thu được sau thí nghiệm được đưa đi phân tích UV-Vis, XRD, TEM và thử kháng khuẩn.

2.2.2. Ở pH=9, 11

Quy trình được thực hiện như sau:

Hình 2.3: Quy trình chế tạo nano platin trong dung môi nước ở pH=9, 11 Thuyết minh quy trình

Dung dịch keo nano platin được điều chế như sau:

Cho PVP vào nước cất, tiến hành khuấy và gia nhiệt trong lò vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong nước (dung dịch trong suốt).

Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 1M.

Tiếp tục khuấy từ và gia nhiệt hỗn hợp trong lò vi sóng cho đến khi đạt nhiệt độ yêu cầu.

Dung dịch H2PtCl6 được cho vào hệ với thể tích xác định.

Dùng micropipet cho dung dịch TSC vào hệ với các thể tích khác nhau, tiếp tục khuấy đều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

2.3. Chế tạo nano platin trong dung môi etylen glycol 2.3.1. Ở pH=7 2.3.1. Ở pH=7

Quy trình được thực hiện như sau:

Hình 2.4: Quy trình chế tạo dung dịch keo nano platin trong dung môi etylen glycol

ở pH=7

Thuyết minh quy trình

Cho PVP vào etylen glycol, tiến hành khuấy và gia nhiệt trong lò vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong etylen glycol (dung dịch trong suốt).

Tiếp tục khuấy từ và gia nhiệt hỗn hợp trong lò vi sóng cho đến khi đạt nhiệt độ yêu cầu khác nhau (120o

C,140oC, 160oC, 180oC). Nhiệt độ của dung dịch PVP – etylen glycol được xác định bằng nhiệt kế thủy ngân khi ngừng gia nhiêt.

Dùng micropipet cho một lượng dung dịch H2PtCl6 vào hệ với các thể tích khác nhau, tiếp tục khuấy đều.

Theo quy trình trên ta thu được dung dịch keo nano platin.

2.3.2. Ở pH=11

Quy trình được thực hiện như sau:

Hình 2.5: Quy trình chế tạo dung dịch keo nano platin trong dung môi etylen glycol

Thuyết minh quy trình:

Dung dịch keo nano platin được điều chế như sau:

Cho PVP vào etylen glycol, tiến hành khuấy và gia nhiệt trong lò vi sóng cho đến khi PVP tan hoàn toàn trong etylen glycol (dung dịch trong suốt).

Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 1M.

Tiếp tục khuấy từ và gia nhiệt hỗn hợp trong lò vi sóng cho đến khi đạt nhiệt độ yêu cầu khác nhau (120o

C,140oC, 160oC, 180oC). Nhiệt độ của dung dịch PVP – etylen glycol được xác định bằng nhiệt kế thủy ngân khi ngừng gia nhiêt.

Dùng micropipet cho dung dịch H2PtCl6 vào hệ với các thể tích khác nhau, tiếp tục khuấy đều.

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo nano platin trong dung môi nƣớc

3.1.1. Ở pH=7

a. Kết quả UV-Vis

Các phản ứng trên đã được thực hiện bằng cách thay đổi một số yếu tố như trọng lượng phân tử PVP, các thể tích khác nhau của TSC. Thể tích nước cất trong tất cả các thí nghiệm là 40ml và nồng độ của H2PtCl6 đã được cố định tại 4,8x10-4M (250μl). Kết quả được trình bày ở bảng 3.1.

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) Tên mẫu PVP 1.000.000 (g) PVP 55.000 (g) PVP 40.000 (g) TSC 0,1M (ml) Bước sóng (nm) Độ hấp thu 1a-7 0,04 0,5 230 0,38 1b-7 0,04 1,0 228 0,68 1c-7 0,04 1,5 228 1,07 1d-7 0,04 2,0 228 1,12 1e-7 0,02 0,5 224 0,81 1f-7 0,02 1,0 224 0,95 1g-7 0,02 1,5 226 1,51 1h-7 0,02 2,0 226 1,91 2a-7 0,04 0,5 228 0,67 2b-7 0,04 1,0 228 0,76 2c-7 0,04 1,5 228 1,91 2d-7 0,04 2,0 230 2,16 2e-7 0,02 0,5 222 1,00 2f-7 0,02 1,0 224 1,97 2g-7 0,02 1,5 224 2,08 2h-7 0,02 2,0 226 2,55 3a-7 0,04 0,5 226 1,44 3b-7 0,04 1,0 226 1,61 3c-7 0,04 1,5 226 1,84 3d-7 0,04 2,0 228 2,16 3e-7 0,02 0,5 222 1,76 3f-7 0,02 1,0 222 1,93 3g-7 0,02 1,5 222 2,52 3h-7 0,02 2,0 224 4,13

Các kết quả từ UV-Vis của các mẫu được minh họa trong hình 3.1a, 3.1b, 3.2a, 3.2b và 3.3a, 3.3b. Trong hình 3.1a và 3.1b, các mẫu đã được thực hiện với PVP (1.000.000g/mol). Hình 3.2a và 3.2b cho thấy kết quả UV-Vis của các mẫu đã được thực hiện với PVP (55.000g/mol). Hình 3.3a và 3.3b cho thấy kết quả UV-Vis của các mẫu đã được thực hiện với PVP (40.000g/mol). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

(a) (b)

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

(a): 0,04g PVP/40ml H2O; (b): 0,02g PVP/40ml H2O

Những mẫu được tiến hành với PVP (1,000,000g/mol), trong hình.3.1a và 3.1b, độ hấp thu tăng dần khi tăng thể tích TSC cho vào. Tại cùng nồng độ H2PtCl6, độ hấp thu tăng từ 0,38; 0,68; 1,07; 1,12 (hình 3.1a) và từ 0,81; 0,95; 1,51; 1,91 (hình 3.1b) tương ứng với sự tăng thể tích của TSC (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 ml). Tuy nhiên, không có thay đổi đáng kể vị trí các đỉnh hấp thu (224-226nm) với các nồng độ khác nhau của TSC. Như vậy, nồng độ của chất khử TSC không ảnh hưởng đến kích thước hạt nano.

Các kết quả từ bảng 3.1 và hình 3.1a và 3.1b cũng cho thấy ở cùng nồng độ H2PtCl6 và TSC, khi tăng khối lượng chất bảo vệ PVP, độ hấp thu giảm. Nhận thấy rằng đã có sự chuyển dịch đỏ của bước sóng hấp thu (từ 224-230nm) tương ứng với sự tăng khối lượng của chất bảo vệ PVP, nghĩa là kích thước của hạt nano platin

tăng. Có lẽ rằng, PVP trên bề mặt của các hạt nano cuộn lại với nhau và phủ lên trên bề mặt. Vì vậy, các hạt nano dễ dàng va chạm và tích tụ lại với nhau để thành hạt có kích thước lớn hơn (chuyển dịch đỏ) và giảm số lượng hạt nano (giảm cường độ hấp thu).

Trong hình 3.2a, 3.2b và 3.3a, 3.3b, những kết quả UV- Vis thu được cũng tương tự khi sử dụng với PVP (55.000g/mol) và PVP (40.000g/mol).

(a) (b)

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

(a): 0,04g PVP/40ml H2O; (b): 0,02g PVP/40ml H2O

(a) (b)

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

(a): 0,04g PVP/40ml H2O; (b): 0,02g PVP/40ml H2O

 Ảnh hƣởng của trọng lƣợng phân tử của PVP đến kích thƣớc của các hạt nano

Các kết quả được hiển thị trong bảng 3.2 ở cùng nồng độ H2PtCl6 (cố định tại 4,8x10-4M, 250μl), TSC 2.0ml và khối lượng chất bảo vệ PVP 0,02g.

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) Tên mẫu PVP 1.000.000 (g) PVP 55.000 (g) PVP 40.000 (g) TSC 0,1M (ml) Bước sóng (nm) Độ hấp thu 1h-7 0,02 2,0 226 1,91 2h-7 0,02 2,0 226 2,55 3h-7 0,02 2,0 224 4,13

Từ kết quả của hình 3.4, độ hấp thu của các mẫu tăng khi trọng lượng phân tử PVP giảm (với PVP 1.000.000, cường độ hấp thu là 1,91; với PVP 55.000, cường độ hấp thu là 2,55; và với PVP 40.000, cường độ hấp thu là 4,13). Tuy nhiên, không có thay đổi đáng kể vị trí các đỉnh hấp thu. Tuy nhiên, trọng lượng phân tử của PVP

càng cao, sự bảo vệ càng kém đi. Bởi vì PVP với trọng lượng phân tử cao hơn thì trên bề mặt sẽ cuộn lại và phủ lên trên bề mặt.

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

b. Kết quả TEM

Hình 3.5: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 1h-7 (với PVP

1.000.000g/mol)

Hình 3.6: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 2h-7 (với PVP (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 3.7: Ảnh TEM và giản đồ phân bố kích thước hạt của mẫu 3h-7 (với PVP

40.000g/mol)

Từ các kết quả trên hình 3.5, 3.6, 3.7 cho thấy các hạt nano platin được phân tán tốt nhờ sự hiện diện của chất bảo vệ PVP có thể hấp thụ lên bề mặt của các hạt nano platin. Sự kết tụ ngẫu nhiên của nhiều hạt nano kim loại platin sinh ra nhiều kích thước và hình dáng hạt. Kết quả của quá trình phản ứng trên tạo ra một hỗn hợp các hạt nano platin có hình cầu và gần với hình cầu. Kích thước của các hạt nano platin phân bố từ 7,9 đến 14nm. Điều này có thể được giải thích bởi lực đẩy

Mục lục