CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ TỔNG HỢP CAC HẠT NANO BẠC, HẠT NANO VÀNG
VÀNG VÀ Au/TiO2
3.1.1. Tởng hợp nano bạc
Có khá nhiều phương pháp chế tạo Ag nano điển hình như: Phương pháp ăn mịn laser; phương pháp khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại; phương pháp khử hóa lí đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí; phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Thơng thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên cịn gọi là phương pháp hóa ướt....
Phương pháp vi sóng là một kĩ thuật cấp nhiệt bằng việc tạo dao động phân tử ở tốc độ rất cao, khả năng cấp nhiệt nhanh và đồng nhất, giống như quá trình thủy nhiệt ở nhiệt độ cao. Dung dịch ban đầu là dung dịch AgNO3, tác nhân khử là các dung môi hữu cơ, chất ổn định là PVP hoặc PVA. Dưới tác dụng của vi sóng thì các hạt nano, dây nano, tấm nano... được hình thành. Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phịng thí nghiệm vì quy trình sản xuất ra nano Ag khá đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học kết hợp với vi sóng là phương pháp khá tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
Hạt nano bạc hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến khi tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt bạc, hiện tượng này được gọi là hiện tượng cộng hưởng plasma bề mặt (surface plasmon resonance). Chính hiện tượng này làm cho hạt nano bạc
trong thủy tinh có màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua. Bạc nano thường có màu vàng tươi hoặc màu xám... tùy thuộc vào kích thước và hình dáng của nó, trong khi đó bạc khối lại có màu trắng. Như vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ q trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất.
Hình 3.1. Dung dịch hạt nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp vi sóng.
Cơ chế của q trình khử ion Ag+ trong ethylene glycol (EG) được biểu diễn bởi các phương trình:
CH2OH – CH2OH CH3CHO + H2O
2CH3CHO + 2Ag + 2Ag 0 + 2H + + CH3COCOCH3
Hình 3.1 cho thấy nano bạc được chế tạo bằng phương pháp khử hóa học kết hợp với vi sóng có màu vàng đặc trưng của hạt nano bạc, cảm quan tốt, dung dịch đều màu, đồng nhất. Trên hình, ta thấy có sự thay đổi nhẹ về sắc vàng của nano bạc qua 4 mẫu là tùy thuộc vào nồng độ pha chế và tốc độ và thời gian của lị vi sóng mà ta cài đặt. Mẫu 4 (hình 3.1) cho thấy các hạt nano bạc hình thành tốt, cảm quan tốt hơn các mẫu còn lại, màu vàng đều và đồng nhất khẳng định phản ứng tạo hạt nano bạc xảy ra hoàn toàn thuận lợi trong các điều kiện khảo sát.
Trong quá trình chế tạo, ta cần lưu ý dung dịch các hạt nano bạc có thể giữ màu tốt trong khoảng 2 tuần nếu được bảo quản kĩ lưỡng không bị chiếu sáng trong nhiệt độ thích hợp. Nếu để q thời gian và khơng được bảo quản kĩ thì màu sắc và độ đồng nhất của dung dịch sẽ bị thay đổi do các hạt nano bạc bị oxi hóa nên ta cần sử dụng ngay sau khi chế tạo để tránh bị oxi hóa làm thay đổi tính chất của nó.
3.1.2. Tởng hợp nano vàng
Hình 3.2. cho ta thấy dung dịch hạt nano vàng có màu rượu nho, rất đồng đều được tổng hợp bằng phương pháp khử ion từ muối vàng HAuCl4.
Dung dịch nano vàng đã chế tạo có tính ổn định cao vì trong khoảng một tháng sau khi điều chế, các hạt nano vàng trong dung dịch khơng bị vón cục, kết tụ lại.
Phương trình phản ứng hình thành các hạt nano vàng được biểu diễn như sau:
Trong đó C4H6O4(aq) là succinic acid
Hình 3.2. Dung dịch hạt nano vàng được tổng hợp bằng phương pháp khử ion từ muối vàng
So với các hạt nano bạc thì màu sắc và độ đồng nhất của dung dịch các hạt nano vàng giữ được bền hơn do vàng có độ bền hóa học cao hơn bạc rất nhiều.