Nghiên cứu chiết tách nano vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá cây nha đam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.67 MB, 70 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
---o0o---
HOÀNG LƢƠNG NHẬT NAM
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC
NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2018
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
---o0o---
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC
NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC
Sinh viên thực hiện
: Hoàng Lƣơng Nhật Nam
Giáo viên hƣớng dẫn
: PGS.TS Lê Tự Hải
Đà Nẵng – Năm 2018
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHẠM KHOA HÓA
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên
: Hoàng Lƣơng Nhật Nam
Lớp
: 14CHP
1.
Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách nano vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng tác
nhân khử dịch chiết nƣớc lá cây nha đam.
2.
Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
a. Nguyên liệu: lá cây nha đam (lô hội).
b. Dụng cụ: bình cầu 250 ml, bình tam giác 100 ml; cốc thủy tinh 100 ml; bình
định mức 1000 ml; bình định mức 100ml; pipet 2 ml, 5 ml, 10ml; giấy lọc.
c. Các thiết bị: bếp điện, cân phân tích, máy khuấy từ gia nhiệt, máy đo pH,
máy đo UV-VIS, máy đo EDX, SEM, TEM, máy quay li tâm, tủ sấy.
3.
Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng quy trình tạo nano vàng bằng dung dịch HAuCl4 từ dịch chiết nƣớc lá
cây nha đam.
4.
Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải
5.
Ngày giao đề tài: 27/10/2017
6.
Ngày hoàn thành đề tài: 20/4/2018
Chủ nhiệm khoa
Giáo viên hƣớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng….năm 2018
Kết quả điểm đánh giá
Đà nẵng, ngày …. tháng…… năm 2018
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................... 1
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................................... 1
3. Mục đích nghiên cứu..................................................................................................... 1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................................. 1
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................... 2
6. Bố cục luận văn............................................................................................................. 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................................. 3
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO..................................................................... 3
1.1.1.
Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano....................................................... 3
a. Khái niệm........................................................................................................................ 3
b. Nguồn gốc....................................................................................................................... 3
1.1.2.
Cơ sở khoa học của công nghệ nano..................................................................... 4
1.1.3.
Ứng dụng của vật liệu nano................................................................................... 6
1.1.4.
Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano............................................................ 6
1.2. HẠT NANO VÀNG....................................................................................................... 8
1.2.1.
Giới thiệu về kim loại vàng.................................................................................... 8
a. Tổng quát........................................................................................................................ 8
b. Tính chất vật lý................................................................................................................ 8
c. Tính chất hóa học:.......................................................................................................... 9
1.2.2.
Giới thiệu về hạt nano vàng................................................................................. 10
1.2.3.
Các phƣơng pháp tổng hợp hạt nano vàng........................................................ 11
1.2.4.
Tính chất của hạt nano vàng............................................................................... 12
1.2.5.
Ứng dụng của hạt nano vàng............................................................................... 12
a. Trong y học................................................................................................................... 12
b. Trong sinh học............................................................................................................... 13
c. Trong cảm biến............................................................................................................. 13
d. Trong linh kiện điện tử.................................................................................................. 14
e.
Trong mỹ phẩm .....................................................................................
f.
Trong bảo vệ môi trường ......................................................................
1.3.
TỔNG QUAN VỀ CÂY NHA ĐAM .................................................
1.3.1. Đặc điểm của cây nha đam ...................................................................................
1.3.2. Thành phần hóa học ..............................................................................................
1.3.3. Tác dụng của cây nha đam trong đời sống ..........................................................
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................................
2.1.
2.1.1.
NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ................................
Nguyên liệu .............................................
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................................
a.
Dụng cụ và thiết bị ...............................................................................
b.
Hóa chất ...............................................................................................
2.2.
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH C
NHA ĐAM ...............................................................................................................................
2.3.
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH T
NANO VÀNG ..........................................................................................................................
2.4.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO VÀNG ..................
2.4.1. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) ............................................................................
2.4.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..............................................................
2.4.3. Phổ tán sắc năng lƣợng tia X ( EDX) ...................................................................
2.4.4. Kính hiển vi điện tử (SEM) ...................................................................................
2.5.
SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT NANO
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................
3.1.
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH C
NHA ĐAM ...............................................................................................................................
3.1.1. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng ...........................................................................................
3.1.2. Khảo sát thời gian chiết .........................................................................................
3.2.
KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHÓM CHỨC CHÍNH TRON
NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM .................................................................................................
3.3.1.
Định tính nhóm chất tannin ...................
3.3.2.
Định tính nhóm chất flavonoid............................................................................. 33
3.3.3.
Định tính nhóm chất saponin............................................................................... 33
3.3.4.
Định tính nhóm chất akaloid................................................................................ 34
3.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO NANO
VÀNG.................................................................................................................................... 34
3.3.1.
Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá cây nha đam................................................ 34
3.3.2.
Khảo sát nhiệt độ tạo nano vàng......................................................................... 36
3.3.3.
Khảo sát nồng độ dung dịch HAuCl4.................................................................. 37
3.3.4.
Khảo sát pH môi trƣờng..................................................................................... 39
3.4. CƠ CHẾ TẠO NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƢỚC LÁ CÂY NHA ĐAM............................................................ 41
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT NANO VÀNG.........................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................................. 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 45
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi, với sự hƣớng
dẫn của PGS.TS. Lê Tự Hải. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là do tôi tự tìm
hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác. Những nội dung khóa luận có tham khảo và sử dụng
các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web đƣợc
liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận.
Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2018
Sinh viên thực hiện
Hoàng Lƣơng Nhật Nam
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Tự Hải (Khoa Hóa
Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng) đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
em thực hiện đề tài.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến tập thể các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Khoa
Hóa Trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng đã cung cấp cho em kiến thức tiền đề để
em hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ em
rất nhiều trong suối thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2018
Sinh viên thực hiện
Hoàng Lƣơng Nhật Nam
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EDX
Phổ tán sắc năng lƣợng tia X
TEM
Kính hiển vi điện tử truyền
UV-VIS
qua Quang phổ hấp thụ phân
SEM
tử Kính hiển vi điện tử quét
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, công nghệ nano rất đƣợc quan tâm và phát triển với tốc độ
chóng mặt đã làm thay đổi diện mạo của các ngành khoa học. Công nghệ nano đã có
những ứng dụng to lớn và hữu ích trong các ngành điện tử, năng lƣợng, y học, mỹ phẩm
và nhiều lĩnh vực khác. Việc tổng hợp các hạt có kích thƣớc nano giúp cho việc ứng dụng
vào các lĩnh vực khoa học một cách dễ dàng hơn. Các hạt nano thƣờng gặp là nano bạc,
nano đồng, nano vàng… và mỗi loại sẽ có ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực
nghiên cứu. Đối với hạt nano vàng có nhiều ứng dụng tốt trong lĩnh vực y học, hóa mỹ
phẩm,….[13][14][15] Với tình hình thực tế, nghiên cứu chiết tách và ứng dụng phƣơng
pháp hiện đại để xác định tìm hiểu hạt nano vàng và ứng dụng của nó có nhiều triển vọng
và có ý nghĩ về khoa học và thực tiễn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano vàng từ dung
dịch HAuCl4 bằng tác nhân khử dịch chiết nƣớc lá cây nha đam”
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Lá cây nha đam (Aloe vera) đƣợc thu mua tại chợ Thanh Khê trên địa bàn thành
phố Đà Nẵng.
3. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng quy trình tổng hợp nano vàng bằng dung dịch HAuCl4 từ dịch chiết
nƣớc lá cây nha đam.
Đƣa ra phƣơng pháp tổng hợp nano vàng bằng phƣơng pháp hóa học xanh.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
Thu thập các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài.
Tìm hiểu các phƣơng pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên cứu.
Xử lý các thông tin về lý thuyết để đƣa ra các vấn đề thực hiện trong quá trình
nghiên cứu.
1
Nghiên cứu thực nghiệm:
Phƣơng pháp chiết tách: phƣơng pháp chƣng ninh sử dụng dung môi là nƣớc
Phƣơng pháp phân tích công cụ: phƣơng pháp hấp thụ phân tử (UV-VIS)
Phƣơng pháp đo TEM, EDX, SEM.
Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm trƣờng Đại học Sƣ phạm
–
Đại học Đà Nẵng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu này giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về phƣơng pháp điều chế hạt nano
vàng bằng phƣơng pháp hóa học xanh, lành tính, ít độc, ít tốn kém.
Tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn là lá cây nha đam để tổng hợp hạt nano vàng.
6. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn gồm 3 chƣơng nhƣ sau:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1.
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano
a. Khái niệm:[1]
Thuật ngữ “công nghệ nano” đƣợc biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX. Chữ nano
-9
đƣợc gắn vào trƣớc các đơn vị đo để tạo ra các đơn vị ƣớc giảm đi 1 tỷ lần (10 ). Ví dụ:
-9
-9
nano gam = 10 g; nano mét = 10 m. Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức
nano mét.
Bảng 1.1: So sánh kích thƣớc của một số vật
Độ dài sợi tóc
Tế bào máu
Vi khuẩn E.coli
Ánh sáng thấy đƣợc
Virus đậu mùa
Đƣờng kính AND
1 nguyên tử
Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
Cơ sở khoa học nano
Phƣơng pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet
Chế tạo vật liệu nano
Ứng dụng vật liệu nano
b. Nguồn gốc:[2]
Cha đẻ của công nghệ nano chính là Richard Feynman. Năm 1959, Feynman có bài
phát biểu nổi tiếng “ There is a plenty room at the bottom” (còn những khoảng trống ở
cấp vĩ mô). Trong đó, ông cho biết quan điểm về khả năng nghiên cứu và thao tác ở cấp
3
độ nguyên tử. Với tầm nhìn tƣơng lai rằng chúng ta có thể chế tạo, sắp xếp cấu trúc
nguyên tử để tạo nên những vật liệu mới và những cấu trúc siêu nhỏ. Mặc dù là ngƣời đề
xƣớng ra lý thuyết công nghệ nano, nhƣng vào lúc đó Feynman vẫn chƣa thể tiến hành
nghiên cứu và ứng dụng nó vào thực tế.
Đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” đƣợc giáo sƣ Norio Taniguchi của Đại
học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu trúc vi
hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chƣa đƣợc biết đến rộng rãi. Từ đó, dựa trên
tiền đề về công nghệ nano của Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đƣợc tiến sĩ K.
Eric Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacring,
and Computation”. Từ đây, thuật ngữ công nghê nano bắt đầu trở nên phổ biển, hàng loạt
phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực cho cuộc sống.[10]
1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano[2][11]
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:
Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc trung
3
bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1µm có khoảng 10
12
nguyên tử) và có thể bỏ qua các
thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất
lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ một đại
nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử.
Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nm (nanomet), các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm
tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy, các hiệu ứng có liên quan đến bề
mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có
kích thƣớc nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thƣớc. Nếu
vật liệu mà nhỏ hơn kích thƣớc này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Ngƣời ta
4
gọi đó là kích thƣớc tới hạn của các tính chất của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim
loại tuân theo định luật Ohm ở kích thƣớc vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích
thƣớc của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử trong kim
loại mà thƣờng có giá trị từ vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó
điện trở của vật có kích thƣớc nano sẽ tuân theo các quy tắc lƣợng tử. Không phải bất cứ
vật liệu nào có kích thƣớc nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất
mà nó đƣợc nghiên cứu. Các tính chất khác nhau nhƣ tính chất điện, tính chất từ, tính
chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm. Chính
vì thế mà ngƣời ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công
nghệ nano.
Bảng 1.2: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu
Lĩnh vực
Tính chất điện
Tính chất từ
Tính chất quang
Tính siêu dẫn
Tính chất cơ
Xúc tác
Siêu phân tử
Miễn dịch
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano[2]
Trong ngành công nghiệp điện tử hiện nay, những bộ vi xử lý đƣợc làm từ vật liệu
nano khá phổ biến trên trị thƣờng, một số sản phẩm nhƣ chuột, bàn phím cũng đƣợc phủ
một lớp nano kháng khuẩn. Công nghệ nano cũng đóng góp không nhỏ trong lĩnh vực
điện tử, đặc biệt là công nghệ năng lƣợng nhƣ việc chế tạo pin nano trong tƣơng lai có
thể có diện tích bề mặt lớn hơn nhiều lần và lƣu trữ đƣợc nhiều điện năng hơn.
Bên cạnh đó, công nghệ nano còn ứng dụng trong may mặc với ý tƣởng quần áo có
khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi nhờ áp dụng nano bạc. Một ứng dụng khác của công
nghệ nano có thể biến các nguồn năng lƣợng nhƣ gió, năng lƣợng mặt trời và với công
nghệ nano có thể biến chiếc áo có thể sạc điện cho chiếc điện thoại thông minh, đây thực
sự là ý tƣởng đang trong quá trình thử nghiệm này chắc hẳn sẽ là bƣớc đánh dấu bƣớc
phát triển to lớn của công nghệ nano.
Công nghệ nano còn giúp lƣu trữ, bảo quản thức ăn tốt hơn nhờ việc tạo các vật liệu
thực phẩm có khả năng diệt khuẩn.
Không chỉ dừng ở những ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano hiện nay, cho thấy
việc phát triển ứng dụng nano trong tƣơng lai đem lại nhiều lợi ích trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau, đồng thời nhận định ứng dụng công nghệ nano là vô hạn.
1.1.4. Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu nano[2][11]
Phƣơng pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt
thô thành cỡ hạt kích thƣớc nano. Đây là các phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất hiệu
quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thƣớc khá lớn (ứng dụng làm
6
vật liệu kết cấu). Trong phƣơng pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột đƣợc trộn lẫn với
những viên bi đƣợc làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có
thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các
viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thƣớc nano. Kết quả thu đƣợc là
vật liệu nano không chiều (các hạt nano). Phƣơng pháp biến dạng đƣợc sử dụng với các
kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn (có thể >10) mà không làm phá hủy
vật liệu, nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy theo từng trƣờng hợp cụ thể, nếu nhiệt độ
gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì đƣợc gọi là biến dạng nóng, còn ngƣợc lại thì
đƣợc gọi biến dạng nguội. Kết quả thu đƣợc là các vật liệu nano một chiều (dây nano)
hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay ngƣời ta thƣờng dùng các
phƣơng pháp quang khắc để tạo các cấu trúc nano.[17]
Phƣơng pháp từ dƣới lên
Nguyên lý: vật liệu nano đƣợc hình thành từ các nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ
dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lƣợng của sản phẩm cuối
cùng. Hiện nay, đa phần các vật liệu nano đều đƣợc chế tạo từ phƣơng pháp này.
Phƣơng pháp từ dƣới lên bao gồm: phƣơng pháp vật lí, phƣơng pháp hóa học, phƣơng
pháp kết hợp, phƣơng pháp vi sinh và phƣơng pháp vi nhũ.[16]
Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển
pha.
Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý: bốc bay nhiệt (
đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phƣơng pháp chuyển pha: vật liệu đƣợc nung nóng rồi
cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển
pha vô định hình- tinh thể (kết tinh) ( phƣơng pháp nguội nhanh). Phƣơng pháp vật lý
thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.
Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phƣơng pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà
ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân
loại các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng
(phƣơng pháp kết tủa, sol-gel,…) và từ pha khí (nhiệt phân,…). Phƣơng pháp này có thể
7
tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,…
Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật
lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí,… Phƣơng pháp này có thể tạo các
hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano,bột nano,…
Phƣơng pháp sinh học: là phƣơng pháp sử dụng các vi sinh vật nhƣ nấm, vi khuẩn,
vi rút có khả năng khử để khử ion về dạng kim loại. Dƣới tác dụng của những tác
nhân này, ion sẽ chuyển thành hạt nano.
1.2.
HẠT NANO VÀNG
1.2.1. Giới thiệu về kim loại vàng[5]
a. Tổng quát:
Vàng là tên nguyên tố hoá học có ký hiệu Au và số thứ tự nguyên tử 79 thuộc nhóm
14
10
1
11 chu kì 6 trong bảng tuần hoàn, có cấu hình electron là [Xe]4f 5d 6s . Là kim
loại chuyển tiếp (hoá trị 3 và 1) mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng và chiếu
sáng. Vàng
không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhƣng lại chịu tác dụng của nƣớc cƣờng toan
(3HCl + HNO3) để tạo thành axit cloroauric, cũng nhƣ chịu tác động của dung dịch
xyanua của các kim loại kiềm. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá và
trong các mỏ bồi tích và là một trong số kim loại đúc tiền. Vàng đƣợc dùng làm một tiêu
chuẩn tiền tệ ở nhiều nƣớc và cũng đƣợc sử dụng trong các ngành trang sức, nha khoa và
điện tử. [18][19]
b. Tính chất vật lý:
Vàng là nguyên tố kim loại có màu vàng khi thành khối, nhƣng có thể có màu đen,
hồng ngọc hay tía khi đƣợc cắt nhuyễn. Nó là kim loại dễ uốn, dát nhất; thực tế 1 gam
2
vàng có thể đƣợc dập thành tấm 1m . Lá vàng có thể bị dập đủ mỏng để trở thành bán
trong suốt. Ánh sáng truyền qua có màu xanh lục, vì vàng phản chiếu mạnh mẽ với màu
vàng và màu đỏ. Những tấm lợp bán trong suốt cũng phản chiếu mạnh ánh sáng hồng
ngoại làm cho chúng trở nên hữu ích nhƣ tấm tia hồng ngoại trong các tấm lót của những
bộ đồ chịu nhiệt và mặt nạ che mặt trời cho không gian. [9]
8
Vàng có tính dẫn nhiệt và điện tốt (chỉ kém bạc và đồng), không bị tác động bởi
không khí và phần lớn hóa chất.
Vàng là kim loại mềm, thƣờng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác làm cho nó cứng
hơn; hợp kim vàng với đồng có màu đỏ; hợp kim vàng với sắt có màu xanh lá; hợp kim
vàng với nhôm có màu tía; hợp kim vàng với bạch kim có màu trắng.
3
o
Mật độ: 19,3g/cm (ở 0 C, 101 kPa)
Hình 1.1. Lá vàng được dập mỏng
c. Tính chất hóa học:
Trong không khí vàng không bị biến đổi, vàng chỉ phản ứng với halogen
khô khi
đun nóng. Vàng tan trong dung dịch HCl đặc bão hòa Clo hoặc trong dung dịch nƣớc
cƣờng toan do tác dụng của clo nguyên tử
Au + HNO3 +4HCl = HAuCl4+ 2H2O + NO
Vàng tan trong dung dich xyanua bazo khi có mặt oxy. Khi không có mặt chất oxy
hóa, vàng bền với kiềm.
Số oxi hóa của vàng trong các hợp chất của nó thay đổi từ -1 đến +5,
nhƣng Au(I)
và Au(III) là phổ biến nhất. Trạng thái oxi hóa thƣờng gặp của vàng là +1 và +3
9
1.2.2. Giới thiệu về hạt nano vàng[3][20]
Nano vàng đƣợc mở rộng nghiên cứu ứng dụng, phát triển và tổng hợp kích thƣớc và
hình dạng của nó, mở ra nhiều cơ hội mới và nhiều hƣớng ứng dụng cho nano vàng. Gần
đây có rất nhiều phƣơng pháp phát triển nhằm điều khiển chính xác về kích thƣớc và
hình dạng của nano vàng. Do các nano vàng có dạng bất đẳng hƣớng đƣợc đặc biệt
nghiên cứu vì chúng có các tính chất hóa lý đặc trƣng tùy thuộc vào kích thƣớc và hình
dạng của hạt nano vàng. Các tính chất đặc biệt này là tiền đề để phát triển ứng dụng trong
các lĩnh vực nhƣ: xúc tác, sinh học, năng lƣợng. Trong các dạng nano bất đẳng hƣớng
nhƣ dạng thanh, dạng cầu gai, dạng khối lập phƣơng, dạng tam giác… Tƣơng tác giữa
các hạt và lắp ráp các mạng nano vàng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính
chất của các hạt nano. Các hạt nano vàng biểu hiện các kích cỡ khác nhau, từ 1 nm đến 8
μm và chúng cũng có các hình dạng khác nhau nhƣ hình cầu, mặt cắt bát diện, hình bát
diện, hình răng cƣa, hình tam giác, hình xoắn nhiều mặt, hình vuông bất thƣờng, tứ diện,
nanotriangles, nanoprisms, lục giác và nanorod.
Hình 1.2: Hình ảnh của các hạt nano ở các hình dạng khác nhau.
Ƣu điểm chính của hạt nano vàng là chúng không gây độc tế bào và lợi ích quan trọng
nhất là bề mặt của chúng, vì chúng có diện tích bề mặt lớn do bề mặt của chúng sẵn sàng
để thay đổi với các phân tử mục tiêu hoặc các chỉ thị sinh học cụ thể và có thể ứng dụng
trong y sinh.
10
