CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.3. Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học các nguyên tố
Bản chất kết tinh của các sản phẩm đã được xác nhận bằng phương pháp tinh thể học tia X. Các cường độ nhiễu xạ được ghi lại từ 30o đến 80o. Mẫu nhiễu xạ tia X (XRD) trong hình 3.6a cho thấy giản đồ nhiễu xạ phổ biến của kim loại bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC). Bốn phản xạ Bragg mạnh đặt ở 2θ góc 38,02o, 44,07o, 64o và 76,7o tương ứng với mặt phẳng nhiễu xạ của bạc, phù hợp với dữ liệu tiêu chuẩn thẻ pdf: ICDD no. 01-071-3752. Cường độ của đỉnh nhiễu xạ tại mặt (111) cao hơn 3,4 lần so với các đỉnh khác, điều này cho thấy bạc kết tinh mạnh theo hướng [111]. Sản phẩm là các đơn tinh thể có các mặt là mặt phẳng cơ bản (mặt trên và mặt dưới) . Hình 3.6b cho thấy độ rộng bán phổ cực đại (FWHM) của đỉnh nhiễu xạ tại (111) như là một hàm của lượng HAuCl4. Lượng HAuCl4 thêm vào ảnh hưởng đến sự kết tinh và kích thước tinh thể của sản phẩm. Kích thước tinh thể trung bình được đánh giá bằng cơng thức Debye-Scherrer [16]: k D cos
Trong đó k = 0,893 là hằng số Scherrer hoặc hệ số hình học, = 0,154056 nm là bước sóng của nguồn bức xạ tia X, β là FWHM của đỉnh XRD (rad) và θ là góc nhiễu xạ của đỉnh tương ứng. Kích thước tinh thể của các tấm nano Ag, Ag/Au Fr1, Ag/Au Fr2, Ag/Au Fr3, Ag/Au Fr4, Ag/Au Fr5, Ag/Au Fr6 là 13,9 nm, 16,17 nm, 8,16 nm, 7,68 nm, 11,82 nm, 11,07 nm và 8,17 nm, tương ứng (hình 3.6c).
Các tính chất tinh thể của các tấm nano Ag đã được đo bằng kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (HRTEM). Hình ảnh HRTEM trong hình 3.7b cho thấy mức độ kết tinh cao được chứng minh bởi các vân mạng tinh thể khác biệt trên một khu vực rộng. Tất cả các bề mặt trong hình HRTEM ở hình 3.7b có thể được gán cho các mặt tinh thể (111), ngụ ý một đặc tính đơn tinh thể tốt của các tấm nano AgNPl. Hằng số mạng a được tính từ khoảng cách d của của mặt (111), d111 = 0,234 nm (khoảng cách mạng tương ứng với hướng [111]) theo phương trình: 2 2 hkl 2 2 2 a d h k l
Hình 3.6. (a) Mẫu XRD của mầm AgNPs, tấm nano AgNPl và các khung nano hợp kim Ag/Au, phần hình thêm vào là đỉnh phóng to tại mặt (111) của tất cả các mẫu, (b) FWHM của đỉnh tại mặt (111) và (c) kích thước tinh thể như là hàm của lượng
Thông số mạng là a = 0,405 nm phù hợp với giá trị tài liệu [17]. Phân tích thành phần bằng quang phổ tia X tán sắc năng lượng (EDS) của các tấm nano Ag được thể hiện trong hình 3.7c cho thấy tín hiệu mạnh xấp xỉ 3 keV đối với bạc cùng với các cực đại yếu đối với các nguyên tố cacbon, natri và clo có thể bắt nguồn từ tiền chất trong quá trình chuẩn bị các tấm nano Ag. Khơng có đỉnh quan sát được đối với các hợp chất bạc, điều này khẳng định sự khử hoàn toàn của các hợp chất bạc thành AgNPs. Những kết quả này cho thấy độ tinh khiết của các tấm nano Ag. Hình ảnh HRTEM của Ag/Au Fr5 trong hình 3.7e cho thấy sự phân tách mặt phẳng mạng là 0,232 nm và hằng số mạng tương ứng là 0,401 nm. Sự thay đổi thành phần nguyên tố của các sản phẩm sau phản ứng thay thế galvanic được đặc trưng bởi phổ tia X phân tán năng lượng (EDS). Như thể hiện trong hình 3.7f, tỷ lệ hàm lượng bạc-vàng (phần trăm nguyên tử) của Ag/Ag Fr5 là 22:78, xác nhận sự xuất hiện của phản ứng thay thế galvanic. Tỷ lệ mol Au cao có thể đóng một vai trị quan trọng trong sự ổn định của khung nano.
Hình 3.7. (a) TEM, (b) ảnh HRTEM và (c) phổ EDS của các tấm nano AgNPl; (d) TEM, (e) ảnh HRTEM và (f) phổ EDS của khung nano Ag/Au Fr5.
Mẫu điển hình Ag/Au Fr5 được kahor sát chi tiết thu được nhờ sự phát triển của Au trên các tấm nano Ag dạng tam giác có kích thước khoảng 50 nm (hình 3.8a). Hình 3.8a là ảnh TEM của một tấm nano duy nhất hiển thị một vùng hình tam giác sáng ở trung tâm được bao bọc bởi vùng màu xám ở rìa, có thể được quy cho khoảng trống và khung nano Ag/Au, tương ứng. Rõ ràng là từ sự tương phản của hình ảnh giữa phần rìa và phần bên trong của nó cho thấy khung Au đã được hình thành trên tấm nano Ag và khoảng trống của nó có thể được quan sát cho thấy sự hiện diện của sự thay thế galvanic và q trình ăn mịn oxy hóa. Sự phân bố ngun tố của cấu trúc khung nano lưỡng kim Ag/Au tổng hợp được xác định bằng kỹ thuật bản đồ mầu nguyên tố quang phổ tia X tán sắc năng lượng (EDS) trong hình 3.8 (b-d).
Hình 3.8. Hiện ảnh mầu nguyên tố TEM-EDS của một khung nano duy nhất trong mẫu Ag/Au Fr5
Trong EDS, mỗi nguyên tố có một cấu trúc nguyên tử duy nhất, do đó sự tương tác của chùm điện tử có năng lượng cao với mẫu đã tạo ra một tập hợp các đỉnh phát xạ tia X duy nhất. Bản đồ mầu EDS được thực hiện trên một đơn hạt cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố Au có màu đỏ màu (hình 3.8b) và các ngun tố Ag có màu xanh lục (hình 3.8c), cho thấy rằng cạnh của khung nano Ag/Au được cấu tạo bởi lưỡng kim Ag/Au (hình 3.8d). Do đó, kết quả bản đồ mầu nguyên tố tán sắc năng lượng EDS đã xác nhận sự hình thành cấu trúc nano lưỡng kim Ag/Au.