3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp dung dịch nano đồng
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử
Sodium borohydride (NaBH4) là tác nhân chính dùng để tiến hành phản ứng khử muối CuSO4 thành kim loại đồng.
Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử đến quá trình tổng hợp nano đồng, quá trình tổng được thực hiện khi cố định các thông số được cố định lượng PVP = 0,2g, tỷ lệ Cu2+/PVP = 3% (% theo khối lượng), axit ascorbic 1M (lượng sử dụng 300µl), nhiệt độ phản ứng là 60oC, nồng độ NaBH4 thay đổi từ 0,1 0,5M (lượng sử dụng 190µl). Trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử đến kích thước hạt nano đồng quy trình được tiến hành khi quy đổi về một loại thể tích để hút, tổng thể tích được sử dụng trong mẫu khảo sát là 30 ml.
Hình 3.2. Các mẫu dung dịch nano đồng được tổng hợp theo nồng độ chất khử
Hình 3.3. Phổ UV – Vis của dung dịch nano đồng được tổng hợp theo nồng độ chất khử NaBH4 0,1M; 0,2M; 0,3M; 0,4M; 0,5M
Bảng 3.1. Dữ liệu kết quả UV-Vis tổng hợp theo nồng độ chất khử NaBH4 Mẫu
TN
Dữ liệu kết quả UV-Vis
NaBH4, M Bước sóng, nm Độ hấp thu
1 0,1 582 1,30
2 0,2 574 1,35
3 0,3 570 1,40
4 0,4 574 1,12
5 0,5 578 0,95
Nồng độ chất khử là thông số ảnh hưởng mạnh tới phản ứng tạo hạt nano đồng, trước tiên là thời gian phản ứng. Với nồng độ chất khử là 0,1M, dung dịch phản ứng giữ nguyên màu xanh dương trong thời gian dài sau khi thêm chất khử NaBH4vào hệ phản ứng. Sau 30 phút, dung dịch phản ứng chuyển sang màu đỏ đặc trưng cho thấy có sự hình thành hạt nhân và phát triển thành hạt nano đồng. Khi tăng nồng độ chất khử thì thời gian phản ứng thay đổi từ 30 phút (0,1M) xuống còn 10 phút (0,2M), 1,5 phút (0,3M) và dưới 1 phút với nồng độ chất khử tăng lên 0,4 và 0,5M.
Dung dịch nano đồng thu được trên hình 3.2 được phân tích UV-Vis cho kết quả như trên hình 3.3. Kết quả cho thấy rằng khi tăng nồng độ chất khử thì vị trí các đỉnh hấp thu cực đại cũng dịch chuyển dần về phía bước sóng nhỏ hơn từ 0,1M (582nm ), 0,2M (574nm), 0,3M (570nm) và cường độ hấp thu lại tăng dần từ 1,3; 1,33; 1,4. Khi nồng độ chất khử tăng quá cao (0,4M; 0,5M) thì vị trí các đỉnh hấp thu cực đại lại dịch chuyển dần về phía bước sóng lớn hơn với giá trị lần lượt là 574 nm và 578nm, cường độ hấp thu lại giảm lần lượt là 1,12 và 0,95. Khi chất khử tăng quá cao số lượng hạt nano đồng hình thành nhiều hơn nhưng bị kết tụ do có sự va chạm giữa các hạt dẫn đến hạt có xu hướng trở thành hạt có kích thước lớn hơn.
Hình 3.4, 3.5 là ảnh TEM và biểu đồ phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp với nồng độ chất khử khác nhau. Hình 3.4 cho thấy với nồng độ chất khử NaBH4 0,3M, các hạt nano đồng tạo ra có sự phân bố đều, đa số ở dạng hình cầu trong phạm vi kích thước trung bình là 20 ± 6nm. Hình 3.5 với nồng độ chất khử
NaBH4 0,5M, các hạt nano đồng tạo ra chủ yếu vẫn ở dạng hình cầu, phân bố đều, với phạm vi kích thước trung bình lớn hơn 39 ± 13nm.
Như vậy, nồng độ chất khử cũng có sự ảnh hưởng lớn đến kích thước hạt nano đồng thu được. Ở nồng độ chất khử thấp, lượng hạt nhân sinh ra với hàm lượng nhỏ, quá trình tạo mầm diễn ra nhanh. Ngược lại, quá trình phát triển và hình thành hạt nano kéo dài, các hạt có xu hướng kết tụ trong quá trình phát triển thành hạt lớn hơn. Khi nồng độ chất khử tăng (0,3M), quá trình hình thành hạt nhân và phát triển hạt là tương thích dẫn đến các hạt nano được ổn định có kích thước nhỏ hơn.
Khi nồng độ chất khử tăng cao (0,4M; 0,5M), tốc độ phản ứng diễn ra quá nhanh, lượng hạt nhân sinh ra nhiều trong thời gian ngắn làm quá trình phát triển hạt dễ dàng có sự kết tụ để hình thành các hạt có kích thước lớn hơn. Kết quả cho thấy nồng độ chất khử thích hợp nhất cho quá trình tạo hạt nano là 0,3M. Tại nồng độ này kích thước hạt nano đồng thu được nhỏ nhất với kích thước trung bình khoảng 20 6nm. Kết quả ảnh TEM trên hình 3.4, 3.5 hoàn toàn phù hợp với kết quả UV-Vis trên hình 3.3 khi tăng nồng độ chất khử kích thước hạt nano tạo ra tăng lên và phù hợp với kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử tới kích thước hạt nano đồng của Xiao- Feng Tang và công sự [15] khi nghiên cứu tổng hợp nano đồng với chất khử là NaH2PO4, tác chất CuSO4, chất bảo vệ PVP và CTAB, dung môi diethylen glycol.
Hình 3.4. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp với nồng độ chất khử NaBH4 0,3M
Hình 3.5. Ảnh TEM và biểu đồ sự phân bố kích thước của hạt nano đồng được tổng hợp với nồng độ chất khử NaBH4 0,5M