NGHIÊN cứu TỔNG hợp vật LIỆU NANO zno PHA tạp eu và ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH một số KHÁNG SINH NHÓM QUINOLON

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC
✯

VŨ BẢO TRUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZnO PHA
TẠP Eu VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MỘT SỐ KHÁNG
SINH NHĨM QUINOLON
Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học chính quy
Ngành Hóa Dược
(Chương trình đào tạo: Chất lượng cao)

Hà Nội - 2022


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HÓA HỌC
✯

VŨ BẢO TRUNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ZnO PHA
TẠP Eu VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MỘT SỐ KHÁNG
SINH NHĨM QUINOLON
Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học chính quy
Ngành Hóa Dược
(Chương trình đào tạo: Chất lượng cao)
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Tạ Thị Thảo

TS. Đỗ Huy Hoàng
Hà Nội – 2022


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới cơ
PGS. TS. Tạ Thị Thảo là người đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp em thực hiện khóa luận này.
Em xin gfíi lời cảm ơn chân thành tới Thầy TS. Đỗ Huy Hồng đã nhiệt
tình giúp đỡ em trong suốt q trình học tập và nghiên cfíu.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, các anh chị, các bạn
sinh viên và các thầy cơ trong bộ mơn Hóa phân tích đã ln động viên tinh
thần và giúp đỡ em trong thời gian học tập và nghiên cfíu vừa qua.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

3

1.1. Vật liệu nano

3

1.1.1. Khái niệm, phân loại vật liệu nano

3

1.1.2. Tính chất và fíng dụng của vật liệu nano

3

1.1.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano

5

1.1.4. Ứng dụng 8
1.2. Tổng quan về vật liệu nano ZnO và nano ZnO pha tạp đất hiếm
1.2.1. Tính chất của nano ZnO

8
9

1.2.2. Một số phương pháp tổng hợp nano kẽm oxit

10

1.2.4. Vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+

13

1.2.5. Một số fíng dụng của ZnO trong phân tích

14

1.3. Tổng quan về nhóm kháng sinh Quinolon và phương pháp phân tích

15

1.3.1. Tổng quang chung về nhóm kháng sinh quinolon

15

1.3.2. Các phương pháp xác định kháng sinh nhóm quinolon

19

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

23

2.1 Hóa chất và dụng cụ, thiết bị

23

2.2. Cách pha dung dịch

24

2.2.1. Pha dung dịch chuẩn Norfloxacin, Ciprofloxacin, Ofloxacin

24

2.2.2. Pha dung dịch đệm

24

2.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO pha tạp Eu3+ 1%

25

2.4. Phương pháp nghiên cfíu đặc tính vật liệu

25

2.5. Phương pháp phổ huỳnh quang phân tích các kháng sinh sf í dụng nano ZnO và
ZnO- Eu
29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

31


3.1. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Eu

31

3.1.1. Hình thái học vật liệu

31

3.1.2. Tính chất quang của vật liệu nano

33

3.2. Ứng dụng nano ZnO-Eu trong phân tích các kháng sinh nhóm quinolon36

3.2.1.

Tính chất quang của kháng sinh

3.2.2.

Ảnh hưởng của ZnO và Eu đến tính chất huỳnh quang của 3 chất
norfloxacin, ofloaxcin, ciprofloxacin
40

3.2.3.

Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ ZnO-Eu/ kháng sinh đến phổ huỳnh
quang của các kháng sinh
44

3.2.4.

Ảnh hưởng của thời gian đến cường độ huỳnh quang các kháng
sinh norfloxacin, ofloxacin, ciprofloxacin khi có mặt của ZnO-Eu
46

3.2.5.
3.2.6.

36

Đường chuẩn xác định các quinolon khi có mặt ZnO- Eu

47

Thfí nghiệm phân tích mẫu thực tế

50

KẾT LUẬN

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

55


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc cốt lõi của kháng sinh quinolon

15

Hình 1.2: Cơng thfíc hóa học của Norfloxacin

17

Hình 1.3: Cơng thfíc hóa học của Ofloxacin

18

Hình 1.4: Cơng thfíc hóa học của Ciprofloxacin

19

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý phương pháp nhiễu xạ tia X

26

Hình 2.2: Máy SIEMENS D5005 của Hãng Bruker (CHL Đfíc), tại Khoa Vật
lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
26
Hình 2.3: Thiết bị đo phổ tán xạ Raman Horiba Labram HR800

28

Hình 3.1: Ảnh FE-SEM mẫu bột nano ZnO(a) và ZnO-Eu (b)

31

Hình 3.2: Ảnh TEM của mẫu bột nano ZnO (a, b, c)và ZnO-Eu (d, e, f)

32

Hình 3.6: Phổ huỳnh quang của dung dịch ZnO-Eu(a) và ZnO(b)

36

Hình 3.7: Phổ hấp thụ UV của norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin

37

Hình 3.8: Phổ huỳnh quang của norfloxacin, ciprofloxacin, ofloxacin

38

Hình 3.9: Ảnh hưởng của pH đến khả năng phát huỳnh quang của
norfloxacin, ofloxacin và ciprofloxacin

39

Hình 3.10: Ảnh hưởng của Eu3+, ZnO, ZnO-Eu đến phổ huỳnh quang của
norfloxacin

40

Hình 3.11: Ảnh hưởng của Eu3+, ZnO, ZnO-Eu đến phổ huỳnh quang của
ofloxacin

41

Hình 3.12: Ảnh hưởng của Eu3+, ZnO, ZnO-Eu đến phổ huỳnh quang của
ciprofloxacin

42

Hình 3.13: Ảnh hưởng của ZnO-Eu đến phổ huỳnh quang của norfloxacin,
ofloxacin, ciprofloxacin
43
Hình 3.14: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol ZnO/norfloxacin đến phổ huỳnh quang
của nofloxacin
44

Hình 3.15: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol ZnO/ofloxacin đến phổ huỳnh quang của
ofloxacin
45
Hình 3.16: Ảnh hưởng của tỷ lệ mol ZnO/ciprofloxacin đến phổ huỳnh quang
của ciprofloxacin
45
Hình 3.17: Ảnh hưởng của thời gian đến phổ huỳnh quang của norfloxacin,
ofloxacin và ciprofloxacin khi có mặt ZnO-Eu
47
Hình 3.18: Đường chuẩn của norfloxacin khi có và khơng có ZnO-Eu

48

Hình 3.19: Đường chuẩn của ofloxacin khi có và khơng có ZnO-Eu

48

Hình 3.20: Đường chuẩn của ciprofloxacin khi có và khơng có ZnO-Eu

49

Hình 3.21: Đường thêm chuẩn và đường chuẩn của của norfloxacin

52

Hình 3.22: Đường thêm chuẩn và đường chuẩn của ciprofloxacin

52

Hình 3.23: Đường thêm chuẩn và đường chuẩn của ofloxacin

53


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

4

Bảng 1.2: Bảng các thơng số vật lí của ZnO

9

Bảng 1.3: Các thế hệ kháng sinh nhóm quinolon và phổ tác dụng

16

Bảng 1.4: Ứng dụng phương pháp HPLC để xác định norfloxacin, ofloxacin,
ciprofloxacin
20
Bảng 3.1: Phương trình đường chuẩn (y = ax+b) của từng kháng sinh riêng rẽ
khi có mặt của ZnO-Eu và khơng có mặt ZnO-Eu
49
Bảng 3.2: LOD và LOQ tính được theo đường chuẩn

50

Bảng 3.3: Hàm lượng kháng sinh tính theo đường chuẩn

53

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Kí
hi
ệu
AAS

U
VVi
s
HPLC

CE
XRD
FT-IR

Tiếng Anh

Atomic
Absorption
Spectrometry

Diễn giải

Phổ hấp
thụ
nguyên
tfí

Ultraviolet – Visible

Phổ hấp thụ
phân tfí

High-performance
liquid
chromatograp
hy

Sắc ký lỏng hiệu
năng cao

Capillary
Electrophoresis

Điện di mao
quản

X-ray powder
diffraction

Nhiễu xạ tia X

Fourier transform
infrared
spectrosco
py

Phổ hồng ngoại

Field Emission Scanning
Electron
Microsco
pe

Kính hiển vi điện
tfí quét xạ
trường

Transmission
electron
microsco
py

Kính hiển vi
điện tfí
truyền
qua

LOD

Limit Of Detection

Giới hạn phát
hiện

LOQ

Limit Of Quantitation

CPX

Ciprofloxacin

FE
SE
M
TEM

Giới hạn
định
lượng


XRD

X-ray diffraction

Nhiễu xạ tia X


MỞ ĐẦU
Từ khi được phát hiện vào những năm đầu của thế kỉ XX cho đến nay,
thuốc kháng sinh được nghiên cfíu và phát triển mạnh mẽ để chữa trị và
phịng bệnh cho con người và vật ni. Tuy nhiên, chỉ có một phần kháng
sinh được hấp thu và chuyển hóa trong cơ thể người, vật ni, cịn phần lớn
(khoảng 25 - 75%) được thải vào môi trường gây ô nhiễm môi trường sinh
thái. Kháng sinh được coi là “các chất ơ nhiễm mới’’ thường có mặt trong
nước thải cơng nghiệp của các bệnh viện, các trang trại chăn nuôi… Sự hiện

diện dư lượng kháng sinh trong môi trường đã tạo ra mối đe dọa mới đối với
sfíc khỏe và sinh thái của con người, vật nuôi, đặc biệt là những kháng sinh
khơng có nguồn gốc tự nhiên khó phân hủy sinh học như nhóm quinolon. Một
số nghiên cfíu gần đây chỉ ra rằng liên kết của của quinolon với đất và trầm
tích làm chậm q trình phân hủy của chúng. Vì vậy, việc xác định hàm lượng
tồn dư kháng sinh nhóm quinolon là cần thiết để đánh giá mfíc độ ơ nhiễm.
Để phân tích các kháng sinh nhóm quinolon, người ta thường sfí dụng
tính chất phát huỳnh quang của nó. Tuy nhiên với các các đặc điểm cấu trúc
tương tự nhau như các chất nhóm quinolon, khó có thể định lượng đồng thời
chúng trong cùng hỗn hợp, đặc biệt mẫu môi trường do các phương pháp
quang không đủ độ nhạy và độ chọn lọc. Vì vậy, nghiên cfíu sfí dụng các vật
liệu nano gần đây được xem là xu hướng mới trong làm giàu và phân tích trực
tiếp các chất trong mơi trường nước.
Trong các xu hướng nghiên cfíu vật liệu cấu trúc nano, các phương
pháp chế tạo và nghiên cfíu tính chất vật liệu ZnO, đặc biệt khi có pha tạp đất
hiếm đang được quan tâm do khả năng fíng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Tạp đất hiếm Eu3+ trong mạng nền ZnO cho phép mở nhiều fíng
dụng quan trọng trong thực tế bởi hiệu suất phát quang cao, thời gian sống dài
và bền trong các điều kiện fíng dụng khác nhau.
phVợhìpav,ậtđạ,pnmhEụugcivátiàêđuặfícncủtgíandhkụhcnóủgaatlvruậoậtnnlgitệốp
uth,nâpgnhhâitnệícpthá“nmNvgộậhtt
islêiốệnukchvfíáàunotgổsnignhhợqpuivnậotlolinệ”u nnhaằnmo ZtổnnOg


nước và bước đầu đánh giá khả năng tăng độ nhạy phép phân tích ofloxacin,
norfloxacin và ciprofloxacin trong mẫu thuốc bằng phương pháp huỳnh quang.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu nano

1.1.1. Khái niệm, phân loại vật liệu nano
Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, sợi, các ống, các tấm
mỏng… có kích thước nanomet, là đối tượng nghiên cfíu của khoa học và
công nghệ nano.
Xét theo trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái
rắn, lỏng, khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cfíu hiện nay chủ yếu là
vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí.
Về hình dáng của vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
- Chấm lượng tfí (quamtum dots) là hạt có hiệu fíng lượng tfí, có ít nhất một
chiều có kích thước nano.
- Vật liệu nano một chiều 1-D là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano
(dây nano, ống nano, thanh nano…).
- Vật liệu nano hai chiều 2-D là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano
(màng mỏng, lớp phủ nano…).
- Vật liệu nano ba chiều 3-D là vật liệu trong đó ba chiều có kích thước nano
(cluster nano, keo nano,…).
Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó
chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano, hoặc cấu trúc của nó có nano
một chiều, hai chiều, ba chiều đan xen lẫn nhau. Ví dụ nanocoposit bạc/silica,
bạc/uretan…[1]
1.1.2. Tính chất và fíng dụng của vật liệu nano
Ngày nay, người ta chfíng minh được một loạt các tính chất của vật liệu
nano phụ thuộc vào kích thước của các hạt như tính chất từ, tính chất quang,
điểm sơi, nhiệt dung riêng và hoạt tính phản fíng bề mặt [1].
Các tính chất vật lí, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước. Nếu vật liệu nhỏ hơn kích thước này, tính chất của nó hồn tồn thay
đổi, đó là kích thước tới hạn.


Bảng 1.1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

Tính chất
Điện

Thơng số
Bước sóng điện
từ Qng đường tự do

Hiệu fíng đường ngầm

Quang

Quãng đường tán xạ spin
Hố lượng
tfí Độ dài
suy giảm
Độ sâu bề mặt kim loại

Siêu dẫn

C
ơ

10100
1100

trung bình

T
ừ

Độ dài tới hạn (nm)

110
1100
1100
10100
10100

Độ dài liên kết cặp
Coop
er

0,1100

Độ thẩm thấu Melsner

1100

Tương tác bất định

1100
0
110
1100
110

xfí Biên hạt
Bán kính khởi động đfít
vỡ
Độ nhăn bề mặt

Xúc tác

Hình học topo bề mặt

110

Siêu phân

Độ dài
Kuhn Cấu
trúc nhị cấp
Cấu trúc tam
cấp

1100

tfí

110
10-


100
0
Miễn dịch

Nhận biết phân tfí

1-10

Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so
sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất vật liệu. Ví dụ điện trở của
một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích cỡ vĩ mơ ta thấy hằng ngày.
Nhưng nếu giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do
trung bình


của điện tfí trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm thì
định luật Ohm khơng cịn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có kích thước
nano sẽ tn theo quy tắc lượng tfí.
Khi vật liệu có kích thước nano thì số ngun tfí nằm trên bề mặt sẽ
chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số ngun tfí. Chính vì vậy các hiệu fíng có
liên quan tới bề mặt gọi tắt là hiệu fíng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho
tính chất của vật liệu có kích thước nano khác biệt so với vật liệu khối.
1.1.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano
Trong cơng nghệ nano có hai phương thfíc chính là từ trên xuống (top –
down) nghĩa là chia nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có
kích thước nano và phương thfíc từ dưới lên (bottom – up) nghĩa là lắp ghép
những hạt cỡ phân tfí hay nguyên tfí lại để thu được kích thước nano. Từ hai
phương thfíc này ta có thể tiến hành bằng nhiều giải pháp công nghệ và kỹ
thuật để chế tạo vật liệu cấu trúc nano. Hiện nay, có bốn nhóm phương pháp
chính để tổng hợp vật liệu nano. Mỗi phương pháp đều có các ưu nhược điểm
riêng và có phương pháp chỉ có thể áp dụng đối với một số vật liệu nhất định.
1.1.3.1. Phương pháp hóa ướt
Bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo, phương
pháp thủy nhiệt, sol-gel, đồng kết tủa.
Theo phương pháp này các dung dịch chfía các ion khác nhau được
trộn với nhau theo một thành phần thích hợp. Dưới tác động của nhiệt độ, áp

suất, các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau các q trình lọc, sấy
khơ ta thu được các vật liệu nano.
Phương pháp này có thể chế tạo được các loại vật liệu mới có cấu trúc
đồng đều, đa dạng có thể là vật liệu hữu cơ, vô cơ, kim loại, phương pháp này
làm việc ở nhiệt độ thấp hiệu quả, kinh tế, đơn giản để sản xuất khối lượng
lớn vật liệu.
F. W. M. Ling, H. A. Abdulbari, and S. Y. Chin, đã chế tạo các hạt nano
silica bằng phương pháp sol-gel. Trong nghiên cfíu của họ, các hạt nano silica


sẽ được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel truyền thống và kỹ thuật sol-gel
đã


sfía đổi bằng cách tạo ra một lị phản fíng vi lỏng polydimethylsiloxan. Lị
phản fíng vi lỏng được thiết kế với một điểm nối tạo vi giọt, nơi các chất phản
fíng được trộn lẫn để tạo ra các giọt trong đó mỗi giọt như một lị phản fíng
độc lập. Q trình tổng hợp bao gồm tetraetyl orthosilicat làm tiền chất, axit
axetic làm chất xúc tác và nước làm chất thủy phân. Kính hiển vi điện tfí
truyền qua được sfí dụng để đo và đánh giá kích thước và sự phân bố của các
hạt nano của hai phương pháp sol-gel được thực hiện. Các hạt nano silica
được tổng hợp từ phương pháp sol-gel thông thường cho thấy phân tán đơn
sắc kém và khơng có dạng hình cầu hồn hảo, có kích thước trung bình là 95
± 4 nm. Ngược lại, các hạt nano silica đơn phân tán cao được sản xuất bằng
cách sfí dụng một lị phản fíng siêu nhỏ với kích thước trung bình là 6 ± 1,3
nm và các hạt ở dạng hình cầu hồn hảo. Các hạt nano được tạo ra từ hệ thống
vi dịng cho thấy kích thước giảm 93,68% [27].
1.1.3.2. Phương pháp cơ học
Gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phương pháp
này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn.

Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu khơng phải hữu cơ,
ví dụ kim loại.
Phương pháp này đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể
chế tạo với lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên các hạt có thể bị kết tụ lại với nhau,
phân bố kích thước hạt khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo
và khó có thể đạt kích thước nhỏ
Tan, G. L, & Yu, X. F đã tổng hợp tinh thể nano CdSe bằng phương
pháp nghiền bi sfí dụng máy trộn SPEX 8000 M trong hơn 20 giờ. Sau đó phủ
kín bề mặt tinh thể nano CdSe tạo thành bằng phối tfí hỗn hợp hữu cơ - vô cơ
của trictylphosphine/bactylphosphine oxit/axit nitric đã thu được dung dịch
phân tán nhiều màu sắc, kích thước các hạt nano nằm trong phạm vi từ 2 đến
8 nm [41].
1.1.3.3. Phương pháp bốc bay
Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân khơng
(vacuum deposition) vật lí, hóa học.


Các phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc
lớp bao phủ bề mặt. Tuy vậy người ta cũng có thể sfí dụng để chế tạo hạt
nano. Hạn chế của phương pháp này là không quá hiệu quả để có thể sản xuất
ở quy mơ thương mại.
Nhóm các tác giả Yousheng Zhang, Lisheng Wang, Xiaohua Liu, Yunjie
Yan, Changqiang Chen và Jing Zhu đã thực hiện tổng hợp các thanh và mảng
oxit nano/micro kẽm bằng phương pháp bốc hơi nhiệt. Một ống thạch anh
được đặt trong lò ống nằm ngang khơng có hệ thống chân khơng. Bột kẽm
được đặt ở trung tâm của ống thạch anh, sau đó được gia nhiệt. Nhiệt độ ở
tâm ống tăng với tốc độ không đổi 25℃/phút đến khi đạt đến 650-850℃
trong thời gian từ 60 ~120 phút thu được sản phẩm. Hầu hết các sản phẩm
ZnO được tổng hợp là đơn tinh thể lục giác. Các thanh nano có đường kính
25nm ~ 2,1µm và chiều dài từ vài trăm nano đến 40µm [44].

1.1.3.4. Phương pháp hình thành từ pha khí
Ngun tắc của phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha
khí, gồm các phương pháp nhiệt phân, nổ điện, đốt laser, bốc bay nhiệt độ
cao, plasma
- Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn
giản như cacbon, silicon
- Phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới
hạn trong phịng thí nghiệm vì hiệu suất thấp
- Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo nhiều loại
vật liệu khác nhau nhưng lại khơng thích hợp chế tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt
độ của nó q cao có thể lên tới 900℃
Phương pháp hình thành từ pha khí dùng chủ yếu để tạo lồng cacbon
(fullerene) hoặc ống cacbon, rất nhiều công ty sfí dụng phương pháp này để
chế tạo vật liệu nano ở quy mơ thương mại.
Nhóm các tác giả G. Cota-Sanchez, G. Soucy, A. Huczko, J. Beauvais
và D. Drounin đã nghiên cfíu tổng hợp fullerene và ống cacbon bằng thiết bị
cảm fíng plasma Tenka PL-50 ở mfíc cơng suất 40 Kw. Hỗn hợp bột cacbon-


Fe được sfí dụng làm nguyên liệu ban đầu. Qua khảo sát kết quả cho thấy rằng
sự tạo thành fullerene và ống nano cacbon được tăng cường rõ ràng khi sfí
dụng hỗn hợp nguyên liệu chfía 4 mol% Fe và tốc độ nạp liệu khoảng
1g/phút. Trong điều kiện này thu được ống nano cacbon có hàm lượng C 60
cao, bằng 7,4% tổng sản phẩm thu được [11].
1.1.4. Ứng dụng
Công nghệ nano cho phép thao tác và sfí dụng vật liệu ở cỡ phân tfí,
làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết
bị đến kích thước cực nhỏ. Cơng nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật
liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ơ nhiễm bằng một quy trình mới
gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường. Công nghệ

nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong
mọi lĩnh vực như sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin,
quân sự,… và tác động đến toàn xã hội.
Trong sinh học các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập
vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở quy mơ phân tfí hat tế bào. Hiện
nay con người đã chế tạo ra các hạt nano có đặc tính sinh học có thể hỗ trợ
chuẩn đốn bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư,…
Năng lượng: nâng cao chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính
hiệu quả và dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn
điện để vận chuyển điện đường dài…
Điện tfí-cơ khí: chế tạo các linh kiện điện tfí nano có tốc độ xfí lí cực
nhanh, chế tạo các hệ máy tính nano, sfí dụng vật liệu nano để làm các thiết bị
ghi thơng tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các vật liệu nano
siêu nhẹ-siêu bền…
1.2. Tổng quan về vật liệu nano ZnO và nano ZnO pha tạp đất hiếm
Tinh thể ZnO tồn tại dưới 3 dạng cấu trúc: Tinh thể lục giác wurtzite,
cấu trúc tinh thể lập phương giả kẽm và dạng lập phương muối ăn (rất hiếm
khi nhìn thấy). Tinh thể lục giác wurtzite là ổn định nhất và phổ biến nhất, cấu
trúc dạng lập phương giả kẽm được làm ổn định bằng cách làm ZnO lớn lên


trên chất nền có cấu trúc lưới lập phương. Trong cả hai trường hợp, cả kẽm và
tâm


ôxít đều là tfí diện, cấu trúc muối (loại NaCl) chỉ được nhìn thấy ở áp
suất tương đối cao khoảng 10 Gpa.
1.2.1. Tính chất của nano ZnO
*Tính chất cơ học: ZnO là vật liệu tương đối mềm với độ cfíng xấp xỉ
4,5 theo thước đo Mohs. Hằng số đàn hồi của nó nhỏ hơn những vật liệu bán

dẫn III-V như GaN. Nhiệt dung và độ dẫn điện cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp
và nhiệt độ nóng chảy cao của ZnO thuận lợi cho việc chế tạo đồ gốm. Giữa
các vật liệu bán dẫn cấu trúc tfí diện xếp chặt, ZnO có ten xơ áp điện cao nhất.
Tính chất này làm nó trở thành một vật liệu kỹ thuật quan trọng cho nhiều
fíng dụng áp điện, mà fíng dụng đó địi hỏi một sự kết hợp có tính chất cơ
điện lớn [10].
*Tính chất điện: Nano ZnO có vùng dẫn tương đối rộng khoảng 3,3 eV
và năng lượng kích thích liên kết tương đối lớn (60eV) so sánh với năng
lượng nhiệt (26 meV) tại nhiệt độ phòng. Lợi thế kết hợp với một vùng dẫn
rộng bao gồm điện áp đánh thủng cao hơn, khả năng chịu được điện trường
lớn, điện tfí truyền thấp hơn vả sự hoạt động ở nhiệt độ cao và năng lượng
cao. Vùng dẫn của ZnO có thể điều chỉnh lớn hơn tới 3-4 eV bằng cách hợp
kim hóa nó với oxít magiê hoặc oxit cadimi [14], [20], [36].
*Tính chất quang: Vật liệu cấu trúc nano ZnO có tính chất quang rất
tốt. Cấu trúc nano ZnO có fíng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang. Nano ZnO
dạng thanh rất hữu dụng trong tia laze tới bơm quang học rất nhanh, để làm
đảo ngược mật độ trong nhiều mfíc năng lượng và sản sinh chùm tia laze năng
lượng cao. ZnO là chất bán dẫn có vùng dẫn rộng điều đó thể hiện tính phát
quang trong vùng gần tfí ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy. Tính chất quang
của các hạt ZnO trong vùng ánh sáng nhìn thấy phụ thuộc lớn vào phương
pháp tổng hợp của chúng cũng như số lượng các khuyết tật bề mặt.
Bảng 1.2: Bảng các thông số vật lí của ZnO
Thơng số

Giá
trị

Cơng thfíc phân
tfí

ZnO


Khối lượng mol
phân tfí

81,4084 g/mol


Hình dạng

Vơ định hình

Khối lượng riêng

5,606 g/cm3

Nhiệt độ nóng
chảy

1975
℃

Nhiệt độ sôi

2360
℃

Độ tan trong
nước

0,16mg/100ml

Hệ số khúc xạ

2,004
1

Hằng số điện môi

8,66

Mật độ điện tfí

0,24

Mật độ lỗ trống

0,59

1.2.2. Một số phương pháp tổng hợp nano kẽm oxit
1.2.2.1. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel dựa trên sự pha trộn các dung dịch nên cho phép
hòa trộn đồng đều các chất ở cấp độ phân tfí, đây là phương pháp tốt để tạo ra
các mẫu có chất lượng cao. Ban đầu, các chất sau khi đã cân đúng khối lượng
được hịa tan trong dung mơi rồi khuấy đều ở nhiệt độ thích hợp. Cuối cùng
thu được các sản phẩm dạng keo ẩm gọi là gel. Gel sau khi được xfí lí nhiệt
độ trở thành sản phẩm dạng bột.
Xi Chen, Qi Wang và các cộng sự đã nghiên cfíu tổng hợp các hạt nano
ZnO bằng phương pháp sol-gel. Đầu tiên, 140 mmol KOH được hòa tan trong

80 ml ethanol, sau đó làm lạnh xuống 4℃, 100 mmol Zn(CH3COO)2.2H2O
hịa tan trong 600 ml ethanol ở 78℃. Sau đó, thêm từ từ dung dịch KOH vào
dung dịch Zn(CH3COO)2.2H2O và để phản fíng trong 30 phút thu được dung
dịch chấm lượng tfí (QDs) ZnO. Tiếp theo, trộn dung dịch ZnO QDs với
CH3(CH2)4CH3 theo tỷ lệ thể tích 1:2, rồi nhỏ từ từ từng giọt dung dịch hỗn
hợp gồm 1,6 ml (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) và 6 ml nước khfí