Sự phát triển của hạt nano vàng trong dung dịch nuôi có pH khác nhau theo thời gian

Để khảo sát sự phát triển của hạt nano vàng theo thời gian, chúng tôi khảo sát tốc độ khử giữa HCHO và dung dịch nuôi trong hai trường hợp không có hạt mầm và có hạt mầm. Ý đồ của công việc này là để xác định khoảng thời gian đủ để phản ứng khử kết thúc cũng là thời gian để hình thành các monomer trong dung dịch và phát triển các hạt mầm (nếu có). Các khảo sát này được thực hiện thông qua việc đo phổ hấp thụ của các mẫu sau các khoảng thời gian tương ứng. Thí nghiệm được tiến hành với các dung dịch nuôi có pH khác nhau.

Hình 3.1. Phổ hấp thụ của các dung dịch khi không có mầm theo thời gian khử khác nhau trong dung dịch nuôi pH = 4.5 (a), pH = 8.0 (b), pH = 9.0 (c) và pH

=11.3 (c)

28

Chúng tôi khảo sát phổ hấp thụ của tất cả các dung dịch nuôi với pH thay đổi từ

axit (pH =4.5) đến bazo (pH =11.3) theo thời gian khử. Trên hình 3.1 là phổ hấp thụ của các dung dịch sau thời gian khử khác nhau trong một số dung dịch nuôi với pH khác nhau khi không có hạt mầm. Kết quả khảo sát cho thấy với các dung dịch nuôi có pH thấp dưới 8.0 và các dung dịch nuôi có nồng độ [OH]- cao (pH trên 10) thì quá trình khử xảy ra rất chậm trong khoảng 30 phút đầu của phản ứng. Chỉ có các dung dịch thu được khi sử dụng các dung dịch nuôi có pH trong khoảng 8.0 đến 9.5 là có sự hình thành hạt nano vàng, tuy nhiên với các dung dịch sử dụng dung dịch nuôi pH

= 8.0 thì quá trình khử xảy ra chậm hơn nhiều so với các dung dịch sử dụng dung dịch nuôi có pH = 9.0. Điều này được thể hiện trên các phổ hấp thụ khi độ hấp thụ trong vùng tử ngoại 200 nm - 300 nm của các dung dịch trong hình (b) còn rất cao so với độ hấp thụ trong vùng tử ngoại của các phổ trong hình (c) sau 5 phút đầu của phản ứng khử. Như đã đề cập đến ở trên, độ hấp thụ của các dung dịch trong vùng tử ngoại là do các phức vàng trong dung dịch tức là do tốc độ khử chậm.

Đối với các phổ sử dụng dung dịch nuôi có pH = 9.0, quan sát các phổ hấp thụ có thể thấy được sau 3 phút đầu của phản ứng, phản ứng xảy ra nhanh và gần như dừng lại ở phút thứ 6. Đồng thời cũng quan sát thấy trong vùng khả kiến cường độ hấp thụ tăng dần theo thời gian phản ứng. Điều này chỉ ra rằng trong dung dịch đã xuất hiện các hạt nano vàng, tuy nhiên dải bước sóng này rất rộng chứng tỏ các hạt có nhiều kích thước khác nhau được sinh ra do sự kết hợp ngẫu nhiên của các monomer sinh ra từ phản ứng khử. Cường độ hấp thụ ở vùng tử ngoại là do đóng góp của các phức ion vàng. Có thể thấy rõ ràng rằng nồng độ các phức ion vàng trong dung dịch được sinh ra chủ yếu trong 3 phút đầu tiên, sau đó là sự kết hợp của các monomer trong dung dịch hình thành các hạt nano vàng. Từ phút thứ 3 trở đi, khi các hạt nano vàng được sinh ra thì nồng độ các phức ion vàng giảm đáng kể. Điều này cũng quan sát thấy trên phổ hấp thụ của các dung dịch khi có sự có mặt của các hạt mầm.

Trên cơ sở khảo sát tốc độ khử của các dung dịch nuôi với pH khác nhau, chúng tôi thấy với dung dịch nuôi pH cỡ 9.0 là dung dịch lý tưởng cho quá trình nuôi mầm trong dung dịch. Vì vậy, trong trường hợp sử dụng hạt mầm để khảo sát tốc độ

29

của phản ứng khử, chúng tôi dùng các hạt mầm có đường kính trung bình 40 nm, OD

= 1.43. Các hạt này được nuôi trong dung dịch nuôi với pH = 9.0. Các thông số của thí nghiệm này được trình bày trong phần thực nghiệm và tốc độ của phản ứng khử được đánh giá thông qua các phổ hấp thụ sau các khoảng thời gian khác nhau: 1 phút, 2 phút, 3 phút, 4 phút, 5 phút trong điều kiện khuấy từ hoặc không khuấy từ.

Hình 3.2. Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch khi mầm được nuôi với dung dịch nuôi pH = 9.0 phụ thuộc thời gian

Quan sát phổ hấp thụ của các mẫu tại các thời điểm khác nhau thấy phản ứng tạo hạt xảy ra trong vòng 3 phút thì dừng lại, tuy nhiên nếu không votex thì chúng tôi nhận thấy độ rộng bán phổ của các phổ mở rộng dần theo sự lớn lên của hạt tức các hạt hình thành nhưng với nhiều kích thước khác nhau. Trong khi đó nếu để phản ứng xảy ra trong điều kiện được khuấy từ thì sau 5 phút (khi phản ứng khử được coi là kết thúc hoàn toàn) phổ hấp thụ của dung dịch có độ bán rộng hẹp hơn nhiều, chứng tỏ trong điều kiện thí nghiệm này các hạt được tổng hợp với sự đồng đều về kích thước tốt hơn nhiều, phổ phân bố kích thước hạt hẹp hơn. Từ đó, chúng tôi tìm ra được điều kiện tốt nhất để tổng hợp hạt bằng phương pháp nuôi mầm đó là hạt được nuôi trong dung dịch nuôi có pH cỡ 9.0 và được khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong khoảng 3-5 phút đến khi dung dịch không đổi màu. Dấu hiệu của phản ứng khử bắt đầu từ khi

300 600 900

0 3

Ð ộ h ấp th ụ ( d.v. t.y)

Buớc sóng (nm)

có mầm 1p có mầm 2p có mầm 3p có mầm 4p có mầm 5p

có mầm khuấy từ 5p

Bước sóng

30

cho HCHO vào trong dung dịch làm dung dịch dần trở nên mất màu sau đó chuyển sang các tông màu đỏ tùy thuộc kích thước hạt.