4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
1.2.2. Vật liệu composit AuNP − GO
1.2.2.1. Giới thiệu về graphenoxit
Graphenoxit (GO) là một trong những dẫn xuất quan trọng của graphen, đây là sản phẩm của quá trình oxi hóa graphit. GO có tính chất ổn định hóa học, diện tích
bề mặt làm việc lớn (2630 m2/g) [121]và dẫn điện tốt (độ dẫn điện 16,6 S/cm ở điều
kiện thường) [122,123], có khả năng hấp phụ tốt thông qua liên kết tĩnh điện và tương tác p-p [124].
Trong GO các nguyên tử cacbon được sắp xếp theo một mô hình lục giác hai chiều đơn lớp với cạnh của các hạt nano chứa các nhóm chức mang oxy: hydroxyl, cacbonyl, carboxylic và epoxy. Cấu trúc của GO phụ thuộc nhiều vào phương pháp tổng hợp và được đưa ra bởi nhiều nhà nghiên cứu [125]. Trong đó, mô hình của Lerf-Klinowski phổ biến hơn cả, graphit sau khi bị oxi hóa, trên mặt phẳng nằm ngang của các lớp có các nhóm hidroxyl, epoxy và trên các góc của mặt phẳng nằm ngang có thể hình thành các nhóm chức cacbonyl hoặc cacboxylic. GO với nhiều nhóm chức trong cấu trúc làm cho vật liệu có xu hướng ưa nước, vì vậy GO phân tán tốt trong nước. Sự hiện diện của của các nhóm chức hoạt động như cacbonyl, epoxy, hidroxyl trên bề mặt của GO cho phép nó tương tác với rất nhiều các phân tử trải dài trên bề mặt biến tính.
29
GO được tổng hợp từ 3 phương pháp chính đó là: Brodie [126], Staudenmaier [127] và Hummers và Offeman [128]. Trong đó phương pháp Brodie và
Staudenmaier sử dụng kết hợp cả KClO3 và HNO3 để oxy hóa graphit. Trong khi đó,
phương pháp Hummers sử dụng cách xử lý graphit với KMnO4 và H2SO4. Với
phương pháp Brodie bằng cách sử dụng phương pháp phân tích nguyên tố, phân tử
của sản phẩm cuối có công thức C11H4O5. Sản phẩm này có tính axit nhẹ và có khả
năng phân tán trong môi trường kiềm, song lại có cấu trúc không hoàn hảo. Với phương pháp Staudenmaier đã có sự thay đổi so với phương pháp Brodie khi sử dụng
tác nhân oxy hóa KClO3 để tăng mức độ oxy hóa của GO. Tuy nhiên phương pháp
này rất nguy hiểm vì KClO3 là chất dễ gây kích nổ và sản phẩm khí ClO2 được tạo
thành có nguy cơ cháy nổ cao.
Phương pháp Hummers sử dụng hỗn hợp H2SO4, NaNO3 và KMnO4 giúp cho
sản phẩm GO có mức độ oxy hóa cao hơn các sản phẩm được tổng hợp bằng các phương pháp trước đó [129]. Phụ thuộc vào phương pháp tiến hành oxi hóa mà tỉ lệ cũng như số lượng nhóm chức có khác nhau, ví dụ graphit oxit được tổng hợp bằng phương pháp Hummers có nhiều nhóm epoxy hơn nhóm hydroxyl [130].
1.2.2.2. Vật liệu composit AuNP-GO
Vật liệu nano composit trên cơ sở GO và vàng nano được biết đến với các ưu điểm: dễ tổng hợp, ổn định, có nhiều nhóm chức trên bề mặt, độc tính thấp,…[121], nên được ứng dụng nhiều trong việc loại bỏ kim loại nặng.
Hình 1. 22.Khảo sát bề mặt GO bằng phương pháp đo thế zeta và UV-VIS [131]
Liên kết giữa GO và vàng là liên kết tĩnh điện [132]. So với graphen, GO có nhiều vị trí có mật độ điện tích điện âm cao hơn nên dễ tạo ra tương tác tĩnh điện với
30
các nguyên tử Au để hình thành composit GO và AuNP, các nhóm oxi trên bề mặt GO cung cấp các vị trí cho sự hình thành liên kết giữa AuNP và GO [131].
Tác giả G. Goncalves đã sử dụng phương pháp đo thế zeta minh chứng cho việc bề mặt GO đều tích điện âm với khoảng pH trải dài từ 1 đến 10,5 (hình 1.22a). Nghiên cứu cũng sử dụng phương pháp UV-VIS chỉ ra rằng GO tương tác với Au tốt hơn so với rGO bởi rGO gây ra sự kết tụ các hạt vàng trong cấu trúc composit (khi rGO chế tạo bởi xử lý nhiệt) hoặc không có sự xuất hiện của các hạt vàng trên rGO (khi rGO chế tạo bởi phương pháp hóa học) được thể hiện trên hình 1.22b. Các nhóm chức trong cấu trúc GO cung cấp các vị trí tạo mầm, kích thích sự tạo mầm và phát triển các hạt vàng nano [131].