5. Cấu trúc luận văn
3.1.1. Khảo sát điều kiện tối ưu cho quy trình tổng hợp AgNP
Tiến hành tổng hợp AgNP theo quy trình đã được trình bày ở mục 2.1.3, ta thấy dung dịch phản ứng chuyển từ không màu sang vàng sẫm (Hình 3.1) chứng tỏ có sự tạo thành dung dịch keo AgNP.
Hình 3.1 Nano bạc đã được tổng hợp
Quá trình điều chế AgNP bằng phản ứng hoá học đi từ phản ứng oxi hoá khử chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố, gồm: nồng độ chất khử, thời gian, nhiệt độ, pH. Kết quả khảo sát từ các công trình nghiên cứu trước đây cho thấy quá trình khử Ag+ để tạo AgNP đạt hiệu quả cao tại môi trường pH trung tính.
Mặc khác, trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy ở ngưỡng nhiệt độ từ 70ºC đến 100ºC màu sắc của hỗn hợp phản ứng có sự thay đổi từ không màu sang vàng nhạt, vàng đậm đến vàng nâu.
a. Ảnh hưởng của thể tích Natri citrat
Chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích chất khử đến kích thước cũng như nồng độ của dung dịch keo AgNP tạo thành. Quá trình tổng hợp nano bạc được tiến hành theo quy trình ở mục 2.1.3 với những thể tích Natri citrat 1% khác nhau (4ml; 5ml; 6ml; 7ml; 8ml). Phản ứng được tiến hành ở 90oC trong vòng 15 phút. Mẫu của các dung dịch keo nano bạc đã tổng hợp được trình bày ở Hình 3.2. Kết quả đo quang phổ hấp thụ UV – Vis được trình bày ở Hình 3.3.
Theo thuyết Mie, đỉnh hấp thụ cực đại của hạt nano sẽ chuyển về vùng có bước sóng lớn khi kích thước hạt tăng lên, nồng độ hạt keo nano càng cao thì độ hấp thụ quang càng lớn [10].
Hình 3.3 Đặc trưng cộng hưởng plasmon của AgNP được tổng hợp ở các thể tích khác nhau của Natri citrat
Từ đồ thị ở Hình 3.3 cho thấy trong khoảng thể tích Natri citrat từ 4 ÷ 8 ml, đỉnh hấp thụ cực đại phổ plasmon bề mặt của AgNP gần như không có sự thay đổi. Tuy nhiên, độ hấp thụ cực đại cao nhất khi thể tích Natri citrat là 6 ml. Vì thế, thể tích Natri citrat (1%wt) được lựa chọn để tổng hợp dung dịch keo AgNP là 6ml.
b. Ảnh hưởng của thời gian
Bên cạnh thể tích chất khử, thời gian cũng đóng vai trò quyết định đến kích thước của AgNP tạo thành. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tổng hợp AgNP. Thí nghiệm được tiến hành như mục 2.1.3 với những thời gian khác nhau (5; 10; 15; 20 phút). Tỉ lệ các chất trong hỗn hợp là 125ml AgNO3 1mM và 6ml Natri citrat (1%wt), phản ứng được tiến hành ở 90oC và tốc độ khuấy được giữ không đổi. Sự thay đổi màu của hỗn hợp phản ứng và tín hiệu cộng hưởng plasmon bề mặt của các mẫu dung dịch keo nano bạc ở các thời gian khác nhau được thể hiện ở Hình 3.4 và Hình 3.5.
Hình 3.4 Màu sắc sản phẩm AgNP được tổng hợp ở những thời gian khác nhau
Hình 3.5 Đặc trưng cộng hưởng plasmon của dung dịch keo AgNP được tổng hợp ở những thời gian khác nhau
Kết quả thể hiện ở Hình 3.5 cho thấy hàm lượng AgNP tăng dần theo thời gian phản ứng từ phút thứ 5 đến phút thứ 15, màu của hỗn hợp phản ứng chuyển từ không màu sang vàng sẫm và đậm dần. Sau 15 phút và 20 phút kể từ lúc cho chất khử vào, đỉnh hấp thụ cực đại của AgNP cao nhất. Tuy nhiên,
cường độ hấp thụ tại khoảng thời gian 15 phút là lớn nhất nên thời gian phản ứng thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp dung dịch keo AgNP là 15 phút.
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Sau khi chọn được thể tích và thời gian tối ưu để tổng hợp AgNP, chúng tôi tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến kích thước hạt AgNP tạo thành. Quá trình tổng hợp nano bạc được tiến hành như mục 2.1.3 với các nhiệt độ khác nhau (70oC; 80oC; 90oC; 100oC). Thể tích AgNO3 1mM là 125ml và Natri citrat 1% là 6ml được giữ không đổi. Phản ứng được tiến hành ở 90oC trong vòng 15 phút.
Hình 3.6 Màu sắc sản phẩm AgNP được tổng hợp ở những nhiệt độ khác nhau
Màu của dung dịch keo AgNP tạo thành ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày ở Hình 3.6 và kết quả đo phổ cộng hưởng plasmon bề mặt được trình bày ở Hình 3.7.
Kết quả đặc trưng cộng hưởng plasmon của các mẫu dung dịch keo AgNP cho thấy đỉnh hấp thụ cực đại được điều chế ở nhiệt độ 90ºC là cao nhất. Khi tăng lên 100oC thì độ hấp thụ quang của hệ keo AgNP tạo thành
giảm, định hấp thụ cực đại chuyển về phía bước sóng dài chứng tỏ có sự tạo thành AgNP kích thước lớn khi thực hiện phản ứng ở điều kiện này.
Vì vậy, nhiệt độ phản ứng thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp dung dịch keo AgNP là 90ºC.
Hình 3.7 Đặc trưng cộng hưởng plasmon của dung dịch keo AgNP được tổng hợp ở nhiệt độ khác nhau
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến kích thước và nồng độ keo AgNP tạo thành cho thấy điều kiện tối ưu để tổng hợp AgNP được xác định như sau:
AgNO3 1mM: 125 ml
Natri citrat (1%wt): 6ml
Nhiệt độ phản ứng: 90ºC
Thời gian phản ứng: 15 phút