Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano lai fe3o4 ag chế tạo bằng phương pháp điện hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Nguyễn Thị Lý

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG
CỦA VẬT LIỆU NANO LAI Fe3O4 – Ag CHẾ TẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC

Thái Nguyên – 2018

i


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Quang Huy,
người thầy đã nhiệt tình chỉ bảo, định hướng và tạo mọi điều kiện thuận lợi
về mặt khoa học để tôi hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ.
Tôi xin chân thành cảm ơn anh Đào Trí Thức – NCS Trường Đại học Sư
phạm Hà Nội, cô Nguyễn Thanh Thủy và anh Phạm Văn Chung – Viện Vệ sinh
Dịch tễ Trung ương đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tận tình trong quá
trình tôi thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa
học, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí – Công Nghệ, Trường Đại học Khoa học, Đại
học Thái Nguyên; Ban Giám hiệu, tổ Lí – Hóa – Công nghệ trường THPT Hưng
Yên đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành đề tài này.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn tới Ban giám đốc; Ban chủ nhiệm
khoa; PTN Siêu cấu trúc và các anh chị thuộc Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương
đã tạo mọi điệu kiện về cơ sở vật chất, hỗ trợ về chuyên môn cho tôi trong

suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã luôn ủng hộ và cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Lý

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự giúp
đỡ về mặt chuyên môn của anh Đào Trí Thức – NCS trường Đại học Sư phạm
Hà Nội, cùng với sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Quang Huy. Kết quả
khóa luận là trung thực và không sao chép từ bất cứ tài liệu nào. Những nội
dung khóa luận có tham khảo và sử dụng các tài liệu đã công bố trên các tạp
chí và các trang web uy tín. Các trích dẫn đều được liệt kê trong danh mục
tài liệu tham khảo của luận văn.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Lý

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................
i

LỜI

CAM

...........................................................................................iii

ĐOAN
MỤC

LỤC

....................................................................................................... iv DANH
MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................... vi DANH MỤC
CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ................................................... vii MỞ ĐẦU
.......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ........................................................................... 4
1.1
Công
nghệ
........................................................................................ 4

nanô

1.1.1. Đặc tính của nano bạc ..................................................................... 4
1.1.2. Ứng dụng của nano bạc ................................................................... 7
1.2. Nano từ Fe3O4 ......................................................................................
10
1.3. Hệ vật liệu nano lai sắt từ - bạc (Fe3O4 – Ag)................................... 15
1.4. Phương pháp chế tạo hệ nano lai Fe3O4-Ag ..................................... 16

1.4.1. Phương pháp hóa học .................................................................... 16
1.4.2 Phương pháp vật lí .......................................................................... 18
1.4.3 Phương pháp quang hóa .................................................................
19
1.5 Lý do lựa chọn tổng hợp hệ vật liệu nano lai Fe3O4-Ag bằng phương
pháp điện hóa .............................................................................................
21
1.6 Kết luận.................................................................................................
22
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP......................................... 22
2.1 Vật liệu ..................................................................................................
22
iv


2.1.1 Hóa chất, nguyên vật liệu................................................................ 22
2.1.2 Thiết bị............................................................................................. 23
2.2 Quy trình tổng hợp nano bạc..............................................................
23
2.3 Quy trình tổng hợp nano từ Fe3O4 .....................................................
25
2.4 Quy trình tổng hợp nano lai Fe3O4-Ag .............................................. 26
2.5 Khảo sát đặc trưng của nano Fe3O4-Ag............................................. 28

v


2.5.1 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-vis .............................................. 28
2.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ............................. 29
2.5.3 Phương pháp đo thế Zeta ................................................................

31
2.5.4 Phương pháp phân tích thành phần (EDX) .................................... 33
2.5.5 Phương pháp nhiễu xạ tia X............................................................ 34
2.5.6 Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM) ......................................... 35
2.6 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag ................. 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................. 37
3.1 Phổ UV-vis của nano lai Fe3O4–Ag .................................................... 38
3.1.1 Nano Ag chế tạo bằng phương pháp điện hóa................................
38
3.1.2 Nano Fe3O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa....................
40
3.1.3 Nano lai Fe3O4-Ag........................................................................... 40
3.2 Hình thái và thành phần của nano lai Fe3O4-Ag .............................. 44
3.3 Nhiễu xạ tia X của nano lai Fe3O4-Ag ................................................ 48
3.4 Thế Zeta của nano lai Fe3O4-Ag ......................................................... 50
3.5 Tính chất từ của nano lai Fe3O4-Ag ................................................... 51
3.6 Hoạt tính kháng khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag ................................ 52
3.7 Kết luận.................................................................................................
55
KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................... 56
KIẾN NGHỊ ...................................................................................................
56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 58
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ................................................... 66

vi


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1.

Ag 0h

2.

Ag 5h

Nano bạc ngay sau khi quá trình điện hóa hóa hoàn
tất
Nano bạc sau 5 giờ khi quá trình điện hóa hoàn tất

3.

Ag 24h

Nano bạc sau 24 giờ khi quá trình điện hóa hoàn tất

4.

Fe3O4- Ag 0h

Nano lai Fe3O4- Ag sử dụng nano bạc ngay sau khi quá
trình điện hóa hoàn tất

5.

Fe3O4- Ag 5h

Nano lai Fe3O4- Ag sử dụng nano bạc sau 5 giờ khi
quá trình điện hóa hoàn tất

6.

Fe3O4- Ag 24h

Nano lai Fe3O4- Ag sử dụng nano bạc sau giờ 24 khi
quá trình điện hóa hoàn tất

7.

UV-vis

Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến

8.

TEM

Hiển vi điện tử truyền qua

9.

EDX

Tán xạ năng lượng tia X

10.

VSM

Từ kế mẫu rung

11.

XRD

Giản đồ nhiễu xạ tia X

12.

AgNPs

Nano bạc

vi
i


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc (nguồn: Internet) ..................... 6
Hình 1.2: Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh
điện và phá vỡ cấu trúc màng (nguồn Internet)................................................
7
Hình 1.3: Một ứng dụng của nano bạc trong may mặc (nguồn: Internet)..... 10
Hình 1.4: Mô hình lõi vỏ của một hạt nano từ [37] ....................................... 12
Hình 1.5: Các phần tử mang thuốc trong mạch máu (1) thấm qua mạch máu
bệnh lý (2) vào khoảng trống khối u (3) và giải phóng thuốc(4) .................... 13
Hình 1.6: Quy trình 2 bước tổng hợp hệ vật liệu lai Fe3O4 – Ag [7]............. 20
Hình 2.1: Mô hình hệ điện hóa tổng hợp nano Ag ………………………...24
Hình 2.2: Hệ điện hóa thực tế điều chế nano bạc .......................................... 24

Hình 2.3: Quy trình tổng hợp nano lai Fe3O4-Ag ........................................... 27
Hình 2.4: Máy đo phổ UV-vis (HALO DB-20series) ..................................... 29
Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010, JEOL) ...................... 30
Hình 2.6: Thiết bị đo thế Zeta (Malvern - UK) ............................................. 32
Hình 2.7: Thiết bị phân tích EDX (EMAX-Horiba) gắn trên kính hiển vi điện tử
quét (S-4800, Hitachi) (Nguồn: Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương)........... 33
Hình 2.8: Máy nhiễu xạ ta X (D8-Advance, Bruker) (Nguồn: Khoa Hóa học,
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) ................... 34
Hình 2.9: Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) (MicroSence EZ9 -Mỹ)................. 36
Hình 3.1: Phổ UV-vis của dung dịch nano bạc sau chế tạo bằng phương pháp
điện hóa ứng với các thời điểm 0h, 5h và 24h………………………………….38
Hình 3.2: Phổ UV-vis của dung dịch nano từ Fe3O4 ..................................... 40
Hình 3.3: Phổ UV-vis của dung dịch nano bạc, Fe3O4 và nano lai Fe3O4-Ag sau
thời gian điện hóa 0 giờ............................................................................ 41
Hình 3.4: Phổ UV-vis của dung dịch nano bạc, Fe3O4 và nano lai Fe3O4-Ag sau
vii


thời gian điện hóa 5 giờ............................................................................ 42

vii


Hình 3.5: Phổ UV-vis của dung dịch nano bạc, Fe3O4 và nano lai Fe3O4-Ag sau
thời gian điện hóa 24h. ............................................................................. 43
Hình 3.6: Hình ảnh TEM của nano bạc sau khi điện hóa 5h (a) và 24h (b). 45
Hình 3.7: Phổ EDX của hạt nano Ag 5h ....................................................... 46
Hình 3.8: Hình ảnh TEM của nano Fe3O4 (a) và nano lai Fe3O4-Ag5h(b).. 47
Hình 3.9: Phổ EDX của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag ...................................... 48
Hình 3.10: Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano Fe3O4 ....................................... 49

Hình 3.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X của nano từ Fe3O4 (a) và nano lai Fe3O4- Ag
sau thời gian điện hóa 0 h (b), 5h (c),24h (d). .......................................... 50
Hình 3.12: Thế Zeta của nano lai Fe3O4-Ag 5h ............................................ 51
Hình 3.13: Đường cong từ hóa của Fe3O4 và nano lai Fe3O4-Ag 5h ........... 52
Hình 3.14: Vi khuẩn E.coli dưới kính hiển vi điện tử truyền qua (a) và thử
nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của nano lai Fe3O4-Ag 0h, 5h và 24h (b) ..... 53

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Đường kính vòng tròn kháng khuẩn của các mẫu: nước cất, nano
Ag và nano lai 0h, 5h, 24h .............................................................................. 54

viii


MỞ ĐẦU
Những năm gần đây vật liệu nano lai được các nhà khoa học đặc biệt
quan tâm nghiên cứu và phát triển, do loại vật liệu này có khả năng kết hợp
được tính chất đặc thù của các vật liệu thành phần [1,2]. Vật liệu nano lai có
tềm năng ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực như điện tử, xúc tác,
quang tử, công nghệ sinh học, công nghệ xử lý môi trường… [3,4]. Đối với hệ
vật liệu nano lai Fe3O4-Ag (sắt từ - bạc), các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi
tích hợp giữa nano Fe3O4 với nano Ag, đỉnh phổ hấp thụ thay đổi theo kích
thước và hình dạng của Ag [5]. Trong lĩnh vực quang xúc tác hay xử lý môi
trường, Fe3O4 có khả năng hấp thụ kim loại nặng và hiệu suất chuyển đổi
quang cao. Bên cạnh đó, Ag có đặc tính kháng khuẩn cao, nên chúng có thể
bổ trợ khả năng kháng/ diệt khuẩn một cách đáng kể [6]. Mặt khác, nhờ có
từ tính của Fe3O4 nên hệ nano lai có thể thu hồi và tái sử dụng, góp phần
giảm thiểu tác động đến ô nhiễm môi trường.
Có nhiều phương pháp chế tạo vật liệu nano lai Fe3O4-Ag [5,7]. Thông
thường, các hạt nano từ Fe3O4 được tổng hợp một cách độc lập bằng phương

pháp vi nhũ tương, đồng kết tủa, mixel đảo, khử polyol hay nhiệt phân [7],
sau đó chúng được phân tán và chức năng hóa bề mặt với các dung môi thích
hợp nhằm bao bọc và ngăn cản sự kết đám. Quy trình này đảm bảo tạo ra
dung dịch nano ổn định về mặt từ tính, kích thước và độ phân tán trước khi
đem kết hợp với nano bạc. Việc gắn kết này chủ yếu được thực hiện bằng
cách khử muối bạc (AgNO3) bằng các chất khử mạnh như NaBH4 hay glucozơ
trong dung dịch nano sắt từ đã được điều chế trước đó. Tuy nhiên, các
phương pháp trên có thể vẫn còn những hóa chất tồn dư trong quá trình khử
nano bạc trên bề mặt hạt từ, giá thành và sự sẵn có của muối bạc cũng là
một vấn đề cần quan tâm. Ngoài ra, quy trình cũng khó kiểm soát được sự
hình thành nano bạc (kích thước và hình thái) khi lai với hạt nano từ. Năm
1


2016, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã công bố trên tạp chí Materials
Letters quy trình chế tạo nano bạc từ thanh

2


bạc khối sử dụng phương pháp điện hóa. Trong phương pháp này, ion bạc
được bứt ra từ cực anot đi đến catot thông qua dung dịch chứa các phân tử
muối natri citrate. Nhờ tác động của động năng quay, trong quá trình dịch
chuyển, ion bạc nhận một electron từ muối citrate hoặc từ catốt để hình
thành nguyên tử bạc, các nguyên tử này kết hợp với nhau hình thành tinh
thể và tạo mầm để phát triển thành các hạt nano. Giả thiết rằng, trong quá
trình hình thành các hạt nano, khi cho tiếp xúc với hạt nano từ, chúng sẽ gắn
và tạo mầm tnh thể ngay trên bề mặt hạt nano từ này, hình thành lên 1 lớp
nano Ag hoặc (các) hạt Ag bám dính với hạt từ. Từ những lý do trên, với điều
kiện thiết bị hiện có của phòng thí nghiệm, tôi chọn nội dung nghiên cứu:

“Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano lai Fe3O4-Ag chế
tạo bằng phương pháp điện hóa” làm đề tài luận văn. Nghiên cứu này nhằm
đưa ra một hệ lai với phương pháp chế tạo không quá phức tạp, và đặc biệt
sản phẩm hướng tới khi ứng dụng để xử lý môi trường chứa các mầm bệnh
truyền nhiễm.
Mục têu nghiên cứu:
- Tổng hợp thành công hệ vật liệu nano lai Fe3O4-Ag, sử dụng nano bạc
điều chế bằng phương pháp điện
hóa.
- Nghiên cứu tính chất quang của hệ vật liệu trên và thử nghiệm khả năng
kháng khuẩn gây bệnh đường ruột Escherichia coli (E.coli) của hệ vật liệu.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp thực
nghiệm
Bố cục luận văn:
 Mở đầu
 Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu sơ bộ về nano bạc, nano oxit sắt từ Fe3O4 và đặc tính của
3


chúng.
Trình bày tổng quan về các phương pháp chế tạo hệ vật liệu nano lai từ
- bạc Fe3O4-Ag và ứng dụng. Tổng hợp tài liệu công bố mới nhất để chỉ ra

4


ưu nhược điểm của các phương pháp chế tạo vật liệu nano lai từ - bạc
hiện có và đề xuất vấn đề nghiên cứu mà luận văn sẽ giải quyết.

 Chương 2: Vật liệu và phương pháp
Trình bày về nguyên vật liệu, hóa chất, trang thiết bị thí nghiệm cần
thiết; quy trình tổng hợp vật liệu nano lai Fe3O4-Ag bằng phương pháp điện
hóa. Thực hiện các phép đo như: UV-vis, TEM, EDX, XRD, thế Zeta, VSM để
nghiên cứu về hình thái, cấu trúc, thành phần hóa học, khảo sát tính chất
quang và từ của hệ vật liệu.
Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn được dùng là phương
pháp
khuếch tán đĩa thạch.
 Chương 3: Kết quả và bàn luận
Trình bày kết quả về những yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành, cấu
trúc, hình thài, phân tích các tính chất hình thành, các đặc trưng quang học
và thử nghiệm khả năng kháng vi khuẩn gây bệnh đường ruột (E.coli) của
nano lai Fe3O4-Ag chế tạo được.
 Kết luận chung và kiến nghị
Tóm tắt những kết quả nổi bật mà luận văn đã đạt được. Những kiến
nghị
của luận văn.

5


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1 Công nghệ nanô
Hơn hai thập kỉ trở lại đây, khoa học và công nghệ nano được quan
tâm và phát triển một cách mạnh mẽ. Công nghệ này nghiên cứu và chế tạo
ra vật liệu có kích thước nhỏ cỡ nano mét (1 – 100nm). Ở dải kích thước này,
vật liệu bộc lộ nhiều đặc tính mới lạ mà ở kích thước khối của chúng không
có được
[8].

Khi ở kích thước nano mét, số nguyên tử nằm trên bề mặt vật liệu
chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Do vậy, những hiệu ứng liên
quan đến bề mặt trở nên quan trọng, làm cho tính chất của vật liệu có sự
khác biệt so với vật liệu ở dạng khối [9].
Trong lĩnh vực công nghệ nano, nano bạc được đặc biệt quan tâm
nghiên cứu, phát triển và ứng dụng phục vụ đời sống của con người.
1.1.1. Đặc tính của nano bạc
Tính chất quang học
Tính chất quang của nano bạc bắt nguồn từ điện tử tự do khi hấp thụ
ánh sáng. Kim loại có mật độ điện tử tự do lớn, các điện tử này sẽ dao dộng
duới tác dụng của điện từ truờng ngoài. Bình thuờng, các sai hỏng mạng hay
bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại, khi quãng đuờng tự do trung
bình của điện tử nhỏ hơn kích thước của chúng có thể dẫn đến các dao động
bị dập tắt nhanh chóng. Khi quãng đường tự do trung bình lớn hơn kích
thuớc của kim loại thì hiện tượng dập tắt không còn nữa, điện tử sẽ dao dộng
cộng hưởng với ánh sáng kích thích [6,10]. Tính chất quang của hạt nano bạc
có được do sự dao dộng tập thể của các điện tử, dẫn đến quá trình tương tác
với bức xạ sóng điện từ. Khi dao dộng như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại
trong hạt nano, làm cho chúng bị phân cực điện, tạo thành một lưỡng cực
6


điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng huởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như hình dạng, kích thước của

7


hạt và môi truờng xung quanh. Ngoài ra, nồng độ hạt nano cũng ảnh huởng
đến thuộc tính chất quang học của chúng. Nếu nồng độ loãng thì có thể coi

gần như hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh huởng của quá
trình tương tác giữa các hạt.
Tính chất điện
Bạc có tính dẫn điện tốt do có mật độ điện tử tự do cao. Ðối với vật
liệu khối, các lý luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng luợng của chất
rắn. Ðiện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong
mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Các điện
tử chuyển động trong kim loại duới tác dụng của điện truờng có liên hệ với
nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại.
Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng giam cầm điện tử làm
rời rạc hóa cấu trúc vùng năng luợng. Hệ quả của quá trình luợng tử hóa này
đối với hạt nano bạc là tương quan I – U không còn tuyến tính nữa, mà xuất
hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade), làm
cho đuờng I – U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một luợng e/2C
cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện
trở khoảng nối hạt nano bạc với điện cực.
Tính kháng khuẩn
Hiện nay, tính kháng khuẩn của nano Ag đã được khẳng định nhưng cơ
chế kháng khuẩn của nó thì chưa thống nhất. Có ba quan điểm
chính:
- Quan điểm thứ nhất: Bạc tác dụng trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào
vi khuẩn. Màng này có cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau
bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng. Ion bạc vừa được giải phóng ra từ bề
mặt hạt nano, chúng tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả
năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi
khuẩn. Các tế bào động vật – tế bào nhân chuẩn thuộc nhóm sinh vật bậc cao
8


có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào nhân sơ - vi khuẩn. Tế bào

nhân chuẩn có

9


hai lớp lipoprotein với các liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử. Do
đó cản trở các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng ít bị tổn thương khi tiếp xúc
với các ion bạc. Điều này có nghĩa nano bạc hầu như không gây hại đến con
người và động vật nói chung.

Hình 1.1: Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc (nguồn: Internet)
- Quan điểm thứ hai: khi ion Ag+ tương tác với lớp màng của tế bào vi khuẩn
gây bệnh, nó sẽ phản ứng với nhóm Sunphohydril - SH của phân tử enzym
vận chuyển oxy và vô hiệu hóa enzym này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp
của tế bào vi khuẩn [11,63,64].

Các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn
bằng cách sản sinh ra oxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt
nano
bạc:
2Ag+ + O2-  2Ag0 + O0
- Quan điểm thứ ba: Tế bào vi khuẩn bị vô hiệu hóa là do kết quả của quá
10


trình
tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang tích âm của tế bào vi khuẩn và
ion

11

Ag+ được hấp phụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào
vi khuẩn, tương tác và ức chế các bào quan và vật liệu di truyền, dẫn đến tế
bào bị vô hiệu hóa [11].

Hình 1.2: Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh
điện và phá vỡ cấu trúc màng (nguồn: Internet)
Trong ba quan điểm trên, thì quan điểm thứ hai về cơ chế tác động
của nano bạc lên tế bào nhân sơ (đơn bào) được hầu hết các nhà khoa học
thừa nhận. Khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc là kết quả của quá trình
biến đổi (giải phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt hạt nano
thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn và
diệt khuẩn theo những cơ chế đã nói ở trên.
1.1.2. Ứng dụng của nano bạc
Công nghệ nano và nano bạc đã được ứng dụng trong đời sống
những năm gần đây, tạo nên những bước nhảy vọt đột phá trong ngành y tế,
điện tử, tin học, thiết bị gia dụng, thực phẩm và hàng tiêu dùng…
Dựa trên những công bố trên các tạp chí uy tín về nano bạc [12,13], có
thể thấy chúng có nhiều lợi ích như:
12


- (1) Có khả năng diệt hơn 650 loại vi khuẩn, vi rút và nấm thường gặp
nên có thể thay thế một số kháng sinh truyền thống và thuốc.
- (2) Độc tính rất thấp đối với tế bào nhân chuẩn, an toàn cho người
và động vật.
- (3) Có thể ứng dụng để tạo ra các chế phẩm phòng bệnh sử dụng cả
bên trong và ngoài cơ thể.
- (4) Nguồn nhiên liệu dễ kiếm, chi phí có thể tiết kiệm.

a) Hiệu ứng diệt khuẩn
Nano bạc có kích thước từ 1 – 10 nm có hoạt tính rất mạnh đối với vi
khuẩn. Với kích thước nhỏ thì nano bạc có khả năng dễ dàng tác động và
thâm nhập qua lớp màng của vi khuẩn. Ở kích thước nano thì diện tích bề
mặt của vật liệu lớn hơn rất nhiều so với ở dạng khối, làm cho khả năng
tương tác với vi khuẩn tăng lên [14,15].
Các nano kim loại ở kích thước 5nm chúng sẽ có khả năng gây nên các
hiệu ứng lượng tử. Đó là sự biến đổi cấu trong trúc điện tử của bề mặt. Khả
năng hoạt động của bề mặt hạt nano phân tử được tăng cường mạnh mẽ.
Kích thước hạt nano giảm thì phần trăm tiếp xúc của các phân tử tương tác
tăng lên
[16].
Các hạt nano bạc thường có dạng hình khối, số lượng các mặt hình
khối cho thấy khả năng tác dụng với vi khuẩn ở mức độ cao hay thấp. Số
lượng mặt càng nhiều thì khả năng diệt khuẩn càng cao. Đồng thời, trong quá
trình sử dụng hạt nano bạc thường ở trong dung dịch phân tán. Nơi mà một
lượng nhỏ ion bạc đã được che dấu và đóng góp một phần cho khả năng diệt
khuẩn của phân tử nano bạc [17].

13


b) Xử lý môi trường
Làm chất xúc tác
Trong xúc tác, với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao là
một lợi thế của nano bạc. Khi được làm xúc tác thì các hạt nano được phủ
lên các chất mang như silica phẳng … chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano
bạc bám trên các chất mang. Đồng thời, có thể làm tăng độ bền, tăng tính
chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi quá nhiệt cũng như kết khối cục bộ
giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác. Ngoài ra, hoạt tính xúc tác

có thể điều khiển bằng kích thước của các hạt nano bạc dùng làm xúc tác
[18,19].
Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu
cơ, chuyển hóa ethylen thành ethylen oxit dùng cho các phản ứng khử các
hợp chất nitro, làm chất phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của xúc
tác FCC. Ngoài ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử
thuốc nhuộm bằng NaBH4,… [19]
Xử lý nước thải
Để xử lý nguồn nước, thông thường người ta hay dùng các tác nhân
hóa học như: clo, các dẫn xuất của nó, idod. Hoặc sử dụng các tác nhân vật
lý: tia UV, bức xạ. Hay các chất khác như các màng zeolit, polyme, ion kim
loại… có khả năng diệt khuẩn. Bên cạnh đó, việc sử dụng các hạt nano kim
loại trong lĩnh vực này cũng là hướng đi mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng lớn
[20].
Hiện nay, người ta sử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra loại màng lọc
nước
có tính năng diệt khuẩn cao [21,22].
c) Trong ngành dệt may
Khi đưa nano bạc vào xơ sợi thì các hạt nano bạc có khả năng bám dính
phân tán và phân tán vào trong vải sợi như cotton, pan, polyeste,
14


polyeste/cotton, PP/PE, polyamid, len, silk và nylon… [23].

15