Nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Cu2O-Cu/ALGINATE

3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate

được xác định bằng phương pháp ICP-MS là 5,087 mg/L. Kết quả này cho thấy alginate là chất ổn định thích hợp để tổng hợp hạt nano Cu2O-Cu với kích thước nhỏ khoảng 5 nm và nồng độ Cu cao tới 5.000 ppm.

Hàm lượng Cu của vật liệu nano được tổng hợp trong luận văn này cao hơn gấp hàng trăm lần so với các nghiên cứu của các tác giả trước đây: Yang và cộng sự (2015) điều chế nano Cu2O@Cu ổn định trong PVP với nồng độ Cu từ 0,13 – 0,20 mM thu được các hạt nano Cu2O có kích thước khoảng 55 nm, các hạt nano Cu2O@Cu có lõi giả định là 55 nm, vỏ Cu từ 15 – 30 nm [73]. Nhóm tác giả Giannousi và cộng sự (2014) tổng hợp được dung dịch keo Cu có nồng độ 0,15 mM với kích thước hạt Cu2O khoảng 30 nm, hạt Cu/CuO khoảng 7 nm, hạt Cu/Cu2O khoảng 170 nm [30]. Vì vậy, việc nghiên cứu điều chế vật liệu nano composite Cu2O-Cu/alginate với nồng độ cao trong khảo sát của luận văn này không những có ý nghĩa khoa học mà còn có tiềm năng ứng dụng vật liệu trong đời sống.

Hình 3.2. Ảnh chụp TEM (a) và sự phân bố kích thước hạt nano Cu2O- Cu/alginate (b)

3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate Cu/alginate

Giản đồ XRD của alginate chiết suất từ rong nâu và nano Cu2O- Cu/alginate được thể hiện trong hình 3.3.

Hình 3.3. Giản đồ XRD của alginate (a) và nano Cu2O-Cu/alginate (b)

Giản đồ XRD của alginate ở hình 3.3a cho thấy, alginate được chiết xuất từ rong nâu Khánh Hòa xuất hiện 2 đỉnh đặc trưng của alginate ở 2θ ~13,4° và 21.6°, ngoài ra còn xuất hiệu các đỉnh ở mức 2θ ~28,2°; 29,3°; 31,9°; 32,4° và 34,2°, chứng tỏ rằng alginate có cấu trúc tinh thể. Những vị trí nhiễu xạ khác có thể alginate chiết xuất từ rong biển còn chứa một số khoáng chất và hợp chất hữu cơ có trong rong biển. Vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate được nghiên cứu sử dụng trong nông nghiệp nên không cần thiết phải tinh sạch alginate bởi vì các khoáng chất và hợp chất hữu cơ như axit amin, protein là chất dinh dưỡng cho cây trồng.

Giản đồ XRD của nano Cu2O-Cu/alginate ở hình 3.3b thể hiện các đỉnh đặc trưng của Cu2O và Cu, chứng tỏ các ion Cu2+ đã bị khử thành Cu° và Cu+. Sáu đỉnh ở vị trí 2θ ~29,6°; 36,4°; 42,4°; 61,5°; 73,6°; 77,5° tương ứng với các mặt phẳng (110), (111), (200), (220), (311) và (222) của dữ liệu tiêu chuẩn cho cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt của Cu2O. Đồng thời trong giản đồ XRD hình 3.3b cũng cho thấy các đỉnh đặc trưng của Cu° ở các vị trí có góc 2θ ~43,4° (111); 50,6° (200); 74,3° (220), các các đỉnh này cho thấy kim loại Cu có cấu trúc tinh thể lập phương. Các đỉnh này phù hợp với các đỉnh được đưa ra bởi dữ liệu JCPDS phổ XRD cho Cu2O (JCPDS: 34-1354) và Cu° (JCPDS: 04- 0836) và phù hợp với các nghiên cứu về Cu2O của Badawy và cộng sự (2015) [74].

Kích thước hạt Cu2O và Cu trong vật liệu Cu2O-Cu/alginate được xác định bằng phương trình Scherrer [35] từ giản đồ XRD (hình 3.3b) lần lượt ở vị

trí 2θ ~36,3° và 2θ ~43,5° là 5,6 và 6,3 nm trình bày trong bảng 3.1. Kích thước hạt nano Cu2O-Cu tính theo phương trình này lớn hơn kích thước hạt trung bình của chúng khi đo bằng phương pháp đo TEM. Có thể các hạt Cu2O-Cu đã bị kết tụ khi chúng ở dạng bột trong quá trình đo XRD [75].

Bảng 3.1. Kích thước hạt nano Cu2O và Cu tính qua phổ XRD

Hạt 2θ (°) FWHM (°) Kích thước (nm)

Cu2O 36,4 1,479 5,6

Cu 43,4 1,336 6,3

3.1.3. Phổ FT-IR của vật liệu nano Cu2O-Cu/alginate

Dữ liệu phổ hồng ngoại của alginate và nano Cu2O-Cu/alginate được biểu diễn trong hình 3.4.

Hình 3.4. Phổ FT-IR của alginate chiết xuất rong nâu (a) và nano Cu2O- Cu/alginate (b)

Phổ FT-IR hình 3.4a cho thấy sự hiện diện của axit mannuronic, các liên kết hydro (O–H) và (C–H) ở vị trí số sóng lần lượt là 830 cm-1, 3468 cm-1 và 2928 cm-1 tương ứng trong alginate. Hai đỉnh hấp thụ mạnh được quan sát thấy ở vị trí số sóng 1.610 cm-1

và 1.415 cm-1 được cho là dao động không đối xứng và đối xứng của các nhóm carboxylate (O–C–O) tương tự như nghiên cứu của tác giả Khajouei và cộng sự (2018) [76]. Đỉnh hấp thụ ở vị trí số sóng 1.128

cm-1 là đặc trưng của dao động C-O kéo dài trong vòng pyranose của alginate. Phổ FT-IR hình 3.4b cho thấy sự thay đổi từ vị trí số sóng 3.459 đến 3.428 cm-

1

đó là do alginate ổn định các hạt nano Cu2O-Cu. Sự giảm tần số này có thể xảy ra do sự tương tác phối trí của Cu° với các nhóm –OH [77]. Mặt khác, dải liên kết tập trung ở số sóng 618 cm-1 đặc trưng cho Cu2O và được gán cho dao động của Cu-O trong phân tử Cu2O [28]. Khi xảy ra sự ổn định, xuất hiện dải tương ứng với dao động của –C–O–ở vị trí số sóng thấp hơn từ 1.128 đến 1.111 cm-1 [77]. Từ dữ liệu phổ FI-IR nêu trên đã xác nhận sự hình thành của nano Cu2O-Cu trong dung dịch keo. Như vậy các hạt nano Cu2O-Cu được ổn định trong alginate có thể là do liên kết phối trí giữa Cu° với nhóm C=O, O–C–O và –OH của alginate như nghiên cứu của Visurraga và cộng sự (2012) trong nghiên cứu điều chế nano Cu bảo vệ bằng alginate [77].