Thảo luận tính chất quang của Au@ZIF-8

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO VÀNG ZIF-8 CÓ CẤU TRÚC JANUS (Trang 47 - 51)

6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

3.1.7. Thảo luận tính chất quang của Au@ZIF-8

Quang phổ UV-Vis của Au@ZIF-8 xuất hiện 2 đỉnh hấp thụ tại ≈520 nm và ≈700 nm (tổng hợp trong môi trường nước); ≈820 nm (tổng hợp trong môi trường methanol). Đỉnh hấp thụ tại ≈520 nm được quy cho là do cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng. Trong khi đó hấp thụ tại ≈820 nm xuất hiện khi các hạt nano kết đám lại gần nhau nhưng vẫn có khoảng cách nhất định giữa chúng. Như vậy chúng tôi dự đoán có hai nguyên nhân làm xuất hiện đỉnh hấp thụ này là (i) cộng hưởng plasmon do hai chiều phân cực ánh sáng; (ii) tập hợp các cộng hưởng plasmon (colletive plasmonic modes).

Ở chương này chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết về nguyên nhân xuất hiện của đỉnh hấp thụ tại ≈820 nm bằng hai phương pháp tính toán: rigorous wave coupled analysis (RWCA) và finite differential time domain (FDTD). Mô hình tính toán là các hạt nano vàng sắp xếp tuần hoàn với khoảng cách giữa chúng được cố định 2.0 nm và khảo sát kích thước hạt nano vàng.

Hình 3.7. Mô tả cấu trúc tính toán RCWA. Các hạt nano vàng được sắp xếp theo cấu trúc BCC. Trong đó mỗi lớp sẽ lệch nhau ½ ô mạng tinh thể[20]

Trong tính toán RCWA, mô hình thực hiện tính toán được biểu diễn trong hình 3.7 các hạt nano vàng được sắp xếp theo từng lớp hai chiều và mỗi lớp sẽ lệch nhau ½ ô mạng. Mỗi lớp bao gồm 4 x 4 hạt nano vàng. Các lớp sắp xếp theo mô hình này sẽ hình thành cấu trúc BCC trong không gian ba chiều. Khoảng cách giữa các hạt nano được cố định là 2.0 nm và môi trường điện môi xung quanh chúng là 1.5. Các kết quả tính toán phổ phản xạ theo kích thước hạt nano và số lớp được biểu diễn trong hình 3.7.

Khi kích thước hạt nano vàng 7.0 nm, phổ phản xạ biểu hiện một đỉnh tại 525 nm và khi tăng số lớp thì cường độ của đỉnh này tăng lên. Đỉnh phản xạ tại 525 nm là do sự cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano vàng.

Khi kích thước hạt nano vàng 25 nm và 60 nm, đỉnh phản xạ tại 525 nm bị dịch chuyển về bước xong dài hơn. Bên cạnh đó phổ phản xạ xuất hiện thêm các đỉnh mới ở bước sóng dài hơn và số lượng đỉnh này tăng lên khi các lớp nano vàng

nhiều hơn.

Hình 3.8. Phổ phản xạ của các hạt nano vàng sắp xếp theo cấu trúc xếp lớp hai chiều của các hạt nano vàng. Kích thước của hạt nano vàng thay đổi từ 7.0 nm, 25

nm và 60 nm. Số lớp hạt nano vàng N = 1, 2, 3, 4 và 5 lớp [20]

Các đỉnh mới này xuất hiện là có thể là do khi kích thước các hạt nano vàng đủ lớn trong khi khoảng cách giữa chúng đủ gần thì ánh sáng tương tác với cấu trúc hạt nano tuần hoàn này sẽ gây ra cộng hưởng tứ cực (quadrupole) hoặc cộng hưởng plasmon ở các mode cao hơn.

Tính toán FDTD cho mô hình 3.7 hạt nano vàng sắp xếp theo cấu trúc BCC được thực hiện nhằm xem xét cộng hưởng tứ cực hoặc cộng hưởng plasmon ở các mode cao hơn. Mô hình và kết quả tính toán phổ tắt dần (extinction cross section) được biểu diễn trong hình 3.9. Trong mô hình này, kích thước của các hạt nano vàng là 10 nm và khoảng cách từ tâm của hạt này đến hạt kia là 1.5 nm. Trên đồ thị

ta có thể thấy xuất hiện một số đỉnh khá rộng ở tại 315 nm, 500 nm, 800 nm và 1100 nm tương ứng với các phân cực khác điện trường khác nhau khi ánh sáng tới mẫu theo hướng x,y.

Hình 3.9. Đồ thị phổ tắt dần của 5 hạt nano sắp xếp theo cấu trúc BCC. Phổ được tính toán bằng thuật toán FDTD[27]

Chúng tôi thực hiện tính toán cho đơn hạt nano vàng có kích thước 10 nm, đồ thị phổ tắt dần xuất hiện đỉnh ở 458 nm và được xác định là do cộng hưởng plasmon bề mặt. Khi số lượng hạt nano tăng lên đồ thị xuất hiện các đỉnh mới. Đỉnh phổ ở 500 nm trong hình 3.8 là do cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng. Đối với các đỉnh khác, sự xuất hiện của chúng là do hiệu ứng mạng (lattice effect); trong đó cộng hưởng plasmon bề mặt của các 4 hạt nano xung quanh lai hoá với cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano vàng ở giữa. Sự lai hoá này gây ra hiện tượng tập hợp các cộng hưởng plasmon (collective plasmonic mode).

Đối với trường hợp Au@ZIF-8, mặc dù các hạt nano vàng không sắp xếp tuần hoàn như mô hình mô phỏng nhưng các hạt nano được sắp xếp với khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ. Sự xuất hiện đỉnh hấp thụ mới ở bước sóng ≈820 nm phù hợp với các tính toán RCWA và FDTD. Đây là do sự cộng hưởng plasmon tứ cực hoặc tập hợp các cộng hưởng plasmon. Hiện này có thể gây ra các cộng hưởng từ tính ở vùng quang học. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy bước đầu có thể tổng

600 THz (500 nm) 375 THz (800 nm) 271 THz (1100 nm) 950 THz (315 nm) Incident direction

hợp nên vật liệu kết hợp giữa vật liệu khung hữu cơ kim loại với các hạt nano plasmon để tạo ra vật liệu có chiết suất âm ở vùng quang học. Tuy nhiên với cấu trúc mà hạt nano nằm bên trong tinh thể ZIF-8 thì được dự đoán không có tính xúc tác tốt ngoài tính chất quang thú vị. Vì vậy chúng tôi tiến hành thí nghiệm tổng hợp hạt nano vàng và ZIF-8 với các điều kiện tương tự như trong môi trường methanol.

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO VÀNG ZIF-8 CÓ CẤU TRÚC JANUS (Trang 47 - 51)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(84 trang)