Tên mẫu Fe3O4 NH4OH H2O C2H5OH TEOS Nhiệt độ xử lý
FS 10ml 5ml 20ml 80ml 1ml 120
2.4. Chức năng hoá bề mặt hạt nano Fe3O4@SiO2[15],[16],[17]
2.4.1. Dụng cụ và hoá chất.
Các dụng cụ sử dụng giống như 2 thí nghiệm trên. Một số hoá chất sử
dụng cho công đoạn này: hạt Fe3O4@SiO2; 3 – amino propyl triethoxysilane – APTES
(Merck); Ethanol – C2H5OH; Glycerol – C3H5(OH)3.
2.4.2. Tiến hành thí nghiệm.
Chức năng hoá bề mặt hạt nano Fe3O4@SiO2: mục đích của bước này
là sử dụng APTES (3 – amino propyltriethoxysilane) để tạo liên kết – NH2 bên ngoài
bề mặt Fe3O4@SiO2. Nhóm – NH2 này có tác dụng như “lớp keo” để dễ dàng liên kết
với các hạt nano vàng. Bước này chúng tôi tạo mẫu và phân tích phổ IR, XRD và VSM.
Các nhóm chức tại bề mặt các hạt nano silica chiếm ưu thế là các
nhóm silanol (Si – OH) hoặc ethoxy (Si – OCH2CH3). Các nhóm này được xử lý với
các phân tử ω – terminal trialkoxyorganosilane (là các hợp chất hữu cơ chứa Si và các nhóm tắt mạch). Nếu xử lý với APTES (3 – amino propyl triethoxysilane), APTMS (3 – amino propyl trimethoxysilane) hay AEAPTMS (3-(2-Aminoethylamino)
propyltrimethoxysilan) sẽ cho nhóm chức bề mặt là nhóm amine (– NH2); nếu dùng
MPTMS (3-mercaptopropyltrimethoxysilane) thì được nhóm thiol (– SH); nếu dùng DPPETES (phosphine 1,2-bis[bis(m-sodiosulfonatophenyl)phosphino]ethane) sẽ được
nhóm diphenylphosphine (C12H11P); PTMS (phenyltrimethoxysilane) sẽ cho nhóm
chức bề mặt là nhóm methyl (– CH3).
Nhiều nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng, bước then chốt của quá trình tổng hợp gold nanoshell bên ngoài lõi điện môi là độ bao phủ các hạt mầm bên ngoài bề mặt hạt silica [18],[19],[20]. Họ cho rằng, các hạt mầm vàng gắn lên bề mặt silica đã được chức năng hóa bằng APTES sẽ cho độ bao phủ ban đầu cao khoảng 25 – 30%
nhờ các lực đẩy tĩnh tiện giữa các hạt nano. Nhóm nghiên cứu của Wesrcott [21] đã chỉ
ra rằng khi bề mặt silica được chức năng hóa bằng 4 – aminobezenethiol, độ bao phủ của hạt nano vàng – citrate quanh lõi là ở mức trung bình. Nhóm nghiên cứu của
Prasad [22] thì kết luận rằng độ bao phủ vàng bên ngoài PS (polystiren) tăng hơn 30%
khi giảm kích thước hạt vàng và tỉ lệ vàng – PS. Sau khi nghiên cứu các bài báo, chúng tôi quyết định sử dụng APTES cho mục đích chức năng hóa bề mặt silica.
APTES là các nhóm hydroxide hình thành trên bề mặt silica trong pha lỏng. Nó có thể dễ dàng kết cặp với bất kì phần tử
Si nào để hình thành liên kết cộng hoá trị Si – O – Si. Phản ứng xảy ra theo hai bước:
- Bước 1: Tác nhân kết cặp với Si tụ lại hình thành polymer silan.
- Bước 2: Các polymer silan kết
hợp với nhóm Si – OH trên bề mặt Fe3O4@SiO2
để hình thành liên kết cộng hoá trị thông qua phản
ứng khử H2O. Sự kết hợp được thực hiện bằng
cách nâng nhiệt polymer silan trong môi trường gồm 1 tác nhân ẩm trộn lẫn với cả dung môi hữu cơ và nước.
Trình tự các thao tác thí nghiệm sau:
- Đầu tiên, phân tán các hạt Fe3O4@SiO2 trong ethanol bằng máy
rung siêu âm trong 30 phút.
- Cho dung dịch hạt từ, ethanol, nước và glycerol theo tỷ lệ đã tính sẵn vào bình 3 cổ và khuấy cơ tốc độ 1000 rpm đồng thời nâng nhiệt.
- Khi nhiệt độ lên đến khoảng 80oC, nhỏ từ từ APTES vào. Tiếp tục
khuấy ở nhiệt độ 80oC trong 4 giờ.
- Sau khi khuấy xong, cho dung dịch ra cốc thí nghiệm đặt trên nam châm vĩnh cửu để lắng các hạt từ và tiến hành rửa mẫu bằng ethanol và nước cất ít nhất 5 lần.
- Cuối cùng, sấy khô hỗn hợp ở 120oC.
Sau khi sấy khô, mẫu bột được sử dụng để đo phổ IR và XRD. Để tránh kết tụ các hạt từ, mẫu sử dụng cho giai đoạn sau không sấy khô mà được ly tâm
33
và rửa lại ít nhất 10 lần để loại bỏ tạp chất và các chất dư không phản ứng sau đó được phân tán lại trong ethanol. Sản phẩm thu được có màu nâu vàng.
Mẫu Fe3O4@SiO2-amine kí hiệu là FSA. Các thông số như sau:
Bảng 2.3: Các thông số thí nghiệm tổng hợp hạt nano từ Fe3O4@SiO2 – amine:
Tên mẫu Fe3O4@SiO2 C2H5OH Glycerol H2O APTES
FSA 0.5 g 40 ml 30 ml 25 ml 2.5 ml
Để khảo sát tính chất của mẫu FSA, chúng tôi sấy khô 120oC và tiến
hành khảo sát bằng phổ hấp thụ hồng ngoại IR, XRD và VSM. Mẫu FSA sử dụng cho
công đoạn sau không cần sấy khô mà rửa bằng rượu và nước cất trên 10 lần rồi phân tán lại trong ethanol.
Để tăng hiệu suất gắn mầm vàng thì yêu cầu đặt ra là phải tạo nhiều
liên kết –NH2 trên bề mặt Fe3O4@SiO2. Vì vậy chúng tôi tiến hành thay đổi các thông
số thí nghiệm để đưa ra 1 thông số tối ưu cho quá trình chức năng hóa bề mặt. Và các mẫu này được khảo sát bằng phổ FTIR. Thống kê các thông số trên bảng 2.4: