Nghiên cứu thực hiện phản ứng heck sử dụng xúc tác palladium cố định trên vật liệu nano từ tính trong điều kiện vi sóng

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----

NGUYỄN THỊ HỒNG ANH

NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN PHẢN ỨNG HECK
SỬ DỤNG XÚC TÁC PALLADIUM CỐ ĐỊNH
TRÊN VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH
TRONG ĐIỀU KIỆN VI SĨNG

CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 NĂM 2010
i


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày…06..tháng …08..năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN:

NGUYỄN THỊ HỒNG ANH

Phái:

Nữ

Ngày sinh:

23-10-1981

Nơi sinh: Bạc liêu

Chun ngành:

Cơng nghệ Hố học

Khố:

2007

1. TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu thực hiện phản ứng Heck sử dụng xúc tác
Palladium cố định trên vật liệu Nano từ tính trong điều kiện vi sóng „
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tổng hợp, xác định cấu trúc của xúc tác Pd gắn trên chất mang nano từ tính bằng
phương pháp IR, SEM, TEM, XRD, TGA, EA.
- Sử dụng xúc tác cho phản ứng Heck giữa iodobenzene và dẫn xuất với styrene trong
điều kiện vi sóng.
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng xúc tác, base, nhóm thế halogen,
nhóm thế lên độ chuyển hố của phản ứng
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 22-06-2009.
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26-06-2010,
5. Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Phan Thanh Sơn Nam
Nội dung và yêu cầu Luận Văn Thạc Sĩ đã được thông qua Bộ Môn.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. PHAN THANH SƠN NAM

ii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

For evaluation only.

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

PGS.TS. PHAN THANH SƠN NAM

Cán bộ các phần tử nhận xét 1 :............................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ các phần tử nhận xét 2 :........................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 11 tháng 8 năm 2010
iii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi muốn gởi lời cảm ơn đến PGS.TS. Phan Thanh Sơn Nam, người đã
trực tiếp hướng dẫn tôi làm luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin cảm ơn các thầy cơ trong
bộ mơn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, các anh chị phụ trách phịng thí nghiệm hữu cơ đã tạo
điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất cũng như tinh thần để tôi thực hiện thí nghiệm

trong điều kiện tốt nhất. Cảm ơn các bạn, các em cùng làm trong phịng thí nghiệm
402 B2 đã giúp tôi suốt thời gian tôi thực hiện luận văn tại phịng thí nghiệm.
Sau nữa tơi muốn gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp của tôi đã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi cho tơi để tơi có thời gian hồn thành khóa học của mình.
Cuối cùng tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tôi những người lo lắng,
giúp đỡ và động viên tôi để tơi vượt qua được những khó khăn để có thể hồn thành
khóa học cũng như luận văn này.
Mặc dù tơi đã rất cố gắng để hồn thành cuốn luận văn này nhưng khơng tránh
khỏi có những thiếu xót, rất mong sự thơng cảm, góp ý của q thầy cơ và các bạn.

Nguyễn Thị Hồng Anh

iv


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Vật liệu nano từ tính CoFe2O4 được điều chế và biến tính bề mặt với các nhóm
amine, sau đó phản ứng với 2-acetyl pyridine hình thành các nhóm Schiff base. Phản
ứng tạo phức giữa các Schiff base này với palladium acetate tạo thành xúc tác
palladium cố định trên các hạt nano từ tính. Xúc tác được phân tích bằng những
phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử
truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR) và
phân tích nguyên tố.
Xúc tác được sử dụng cho phản ứng Heck giữa các aryl halide với styrene trong
điều kiện có sự hỗ trợ của vi sóng. Phản ứng được khảo sát khi thay đổi các điều kiện
phản ứng khác nhau: base, hàm lượng xúc tác, nhóm thế, halogen. Sản phẩm chính thu
được sau phản ứng là trans-stilbene. Độ chuyển hóa của phản ứng được xác định bằng

GC với các chất chuẩn đối chứng là trans - stilbene và cis- stilbene, sản phẩm còn
được xác định bằng GC-MS.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng trong điều kiện vi sóng lớn hơn
đáng kể so với phản ứng trong điều kiện gia nhiệt thông thường. Xúc tác được tách ra
khỏi hỗn hợp phản ứng dễ dàng bằng cách sử dụng một nam châm và có thể tái sử
dụng mà hoạt tính khơng giảm đáng kể.

v


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

ABSTRACT
CoFe2O4 magnetic nanomaterials were prepared and surface was denatured with
amine groups, and then reacted with 2-acetyl pyridine to form the Schiff base group.
The magnetic nanoparticle-supported palladium was formed by the reaction of the
Schiff bases and palladium acetate. Structure of catalysis was analyzed by X-ray
diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron
microscopy (TEM), thermal weight analysis (TGA), infrared spectroscopy (FT-IR)
and elemental analysis.
In order to evaluate the activities of prepared catalyst, it was used to catalyze the
Heck reaction of aryl halide and styrene under microwave irradiation. The different
reaction conditions such as base, catalyst concentration and halogenide substitute. The
major product trans-stilbene was obtained in this reaction. Conversion of reaction was
determined by GC with trans-stilbene and cis-stilbene as standards. Additionally, the
product was determined by GC-MS.
The results showed that reaction rate under microwave irridiation were
significantly higher than the reaction under conventional heat. Separation of catalyst
was easily obtained from the catalytic reaction mixture by using a magnet and it can be

reused without significantly reduced activity.

vi


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN ..............................................................................................v
ABSTRACT ………………………………………………………………………...vi
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................x
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................xi
MỤC LỤC CÁC SƠ ĐỒ ..........................................................................................xiii
DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT..........................................................................xiv
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................2
1.1. Tổng quan về vật liệu nano..............................................................................2
1.1.1 Giới thiệu .................................................................................................2
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano......................................................................3
1.1.4. Tổng hợp hạt nano...................................................................................4
1.1.5. Ứng dụng ................................................................................................9
1.2. Xúc tác nano..................................................................................................11
1.2.1. Giới thiệu ..............................................................................................11
1.2.2. Các hạt nano làm xúc tác cho phản ứng hóa học....................................12
1.2.3. Vật liệu nano làm chất mang xúc tác .....................................................14
1.3. Xúc tác nano từ tính.......................................................................................15
1.3.1 Giới thiệu ...............................................................................................15
1.3.2. Cơ sở của hạt nano từ tính .....................................................................16
1.3.3. Xúc tác Pd cố định trên chất mang nano từ tính.....................................17

1.4. Tổng quan về Microwave ..............................................................................21
1.4.1 Giới thiệu chung về vi sóng....................................................................21
1.4.2. Cơ chế của vi sóng. ...............................................................................22
1.4.3. Ứng dụng của vi sóng............................................................................23
1.5. Tổng quan về phản ứng Heck ........................................................................26
1.5.1. Cơ chế phản ứng Heck: .........................................................................26
1.5.2. Một số loại xúc tác Pd sử dụng trong phản ứng Heck ............................29
1.5.3. Ứng dụng của phản ứng Heck ...............................................................40
Chương 2: TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ HĨA LÝ ĐẶC TRƯNG
CỦA XÚC TÁC ................................................................................42
vii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

2.1. Giới thiệu ......................................................................................................42
2.2. Thực nghiệm .................................................................................................43
2.2.1. Nguyên liệu và thiết bị ..........................................................................43
2.2.2. Tổng hợp hạt nano từ tính CoFe2O4 .......................................................44
2.2.3. Gắn nhóm chức amino lên hạt nano từ tính CoFe2O4 .............................45
2.2.4. Gắn nhóm base Schiff lên hạt nano từ tính CoFe2O4 ..............................45
2.2.5. Tổng hợp xúc tác phức palladium trên hạt nano từ tính CoFe2O4...........45
2.3. Kết quả và bàn luận .......................................................................................46
2.4. Kết luận.........................................................................................................55
Chương 3: PHẢN ỨNG HECK SỬ DỤNG XÚC TÁC PALLADIUM CỐ ĐỊNH
TRÊN VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VI SÓNG
..........................................................................................................56
3.1. Giới thiệu ......................................................................................................56
3.2. Thực nghiệm .................................................................................................57

3.2.1. Nguyên liệu và thiết bị ..........................................................................57
3.2.2. Cách tiến hành thông thường phản ứng Heck ........................................58
3.2.3. Thu hồi xúc tác......................................................................................59
3.2.4. Công thức tính độ chuyển hóa của phản ứng .........................................59
3.3. Kết quả và bàn luận .......................................................................................60
3.3.1. Kết quả khảo sát iodobenzene ...............................................................60
3.3.2. Kết quả khảo sát Bromobenzene............................................................77
3.3.3. So sánh với phản ứng trong điều kiện gia nhiệt thông thường................86
Chương 4: KẾT LUẬN..............................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................91

viii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: BÀI BÁO ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ,
NĂM 2010, TẬP 48 – SỐ 2A, TRANG 60-67
PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NGUYÊN TỐ (EA)
PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHIỆT CỦA XÚC TÁC (TGA)
PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA XÚC TÁC (XRD)
PHỤ LỤC 5: KẾT QUẢ CHỤP PHỔ HỒNG NGOẠI (FT-IR)
PHỤ LỤC 6: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GC-MS CỦA PHẢN ỨNG HECK GIỮA
IODOBENZENE VÀ STYRENE
PHỤ LỤC 7: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GC-MS CỦA PHẢN ỨNG HECK GIỮA
IODOTOLUENE VÀ STYRENE
PHỤ LỤC 8: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GC-MS CỦA PHẢN ỨNG HECK GIỮA
IODOACETOPHENONE VÀ STYRENE

PHỤ LỤC 9: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GC-MS CỦA PHẢN ỨNG HECK GIỮA
BROMOACETOPHENONE VÀ STYRENE

ix


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Kết quả Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate ....30
Bảng 1.2. Kết quả Phản ứng Heck với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua
khác nhau ..........................................................................................31
Bảng 1.3. Kết quả Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate ....33
Bảng 1.4. Kết quả Phản ứng Heck của Aryl Bromides và Chlorides với Styrene........34
Bảng 1.5. Hiệu suất của phản ứng Heck trong CH3CN/H2O với hệ xúc tác trên .........36
Bảng 1.6. Kết quả của phản ứng Heck Bromo và Iodo ...............................................37
Bảng 1.7. Độ chuyển hóa của phản ứng Heck ............................................................38
Bảng 1.8. Phản ứng Heck của các aryl halide và axit acrylic......................................39
Bảng 3.1. Kết quả ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa của phản ứng....................61
Bảng 3.2. Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa của phản ứng
..........................................................................................................65
Bảng 3.3. Kết quả ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chuyển hóa của phản ứng............69
Bảng 3.4. Kết quả ảnh hưởng của halogen lên độ chuyển hóa của phản ứng ..............73
Bảng 3.5. Kết quả độ chuyển hóa của phản ứng sử dụng xúc tác thu hồi....................75
Bảng 3.6. Kết quả ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa của phản ứng....................78
Bảng 3.7. Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa của phản ứng
..........................................................................................................81
Bảng 3.8. Kết quả ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chuyển hóa của phản ứng. ...........83
Bảng 3.9. Kết quả độ chuyển hóa của phản ứng ở 105oC sau 6h sử dụng 0,2% xúc tác

..........................................................................................................86
Bảng 3.10. Kết quả độ chuyển hóa ở 800W sau 60phút sử dụng 0,2% xúc tác ...........87

x


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phương bottom-up trong tổng hợp nano .......................................................2
Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano ................................................................................3
Hình 1.3. Micelle thuận (a) và micelle ngược (b) . .......................................................8
Hình 1.4. Tổng hợp các hạt nano Pd bằng cách sử dụng phương pháp vi nhũ w/o........8
Hình 1.5. Độ chuyển hóa của thí nghiệm tái sinh sử dụng Pd-PEG 2000.......................13
Hình 1.6. Ảnh hưởng của từ trường lên mơmen từ .....................................................16
Hình 1.7. Gradient nhiệt độ nghịch trong gia nhiệt vi sóng (trái) so với gia nhiệt bằng
dẫn nhiệt (oil-bath heating)(phải).......................................................21
Hình 1.8. Tác dụng của vi sóng lên phân tử nước.......................................................22
Hình 1.9. Xúc tác NiFe2O4-DA-Pd.............................................................................36
Hình 2.1. Sự kết hợp của các phân tử bề mặt với các phần tử ưa nước .......................47
Hình 2.2. Hạt nano CoFe2O4 có thể bị hút bởi một nam châm....................................47
Hình 2.3. TGA và DTA của hạt nano CoFe 2O4 .........................................................48
Hình 2.4: TGA và DTA của hệ amino hóa. ................................................................49
Hình 2.5: TGA và DTA của hệ cố định base Schiff....................................................49
Hình 2.6: TGA và DTA của hệ xúc tác Pd gắn trên chất mang nano từ tính ...............50
Hình 2.7. Ảnh SEM của chất xúc tác palladium .........................................................51
Hình 2.8. Ảnh TEM của chất xúc tác palladium.........................................................51
Hình 2.9. Phổ XRD của xúc tác paladium..................................................................52
Hình 2.10. Quang phổ FT-IR của hạt nano CoFe2O4 ..................................................53

Hình 2.11. Quang phổ FT-IR của hệ amino hóa .........................................................53
Hình 2.12. Quang phổ FT-IR của hệ base shiff ..........................................................54
Hình 2.13. Quang phổ FT-IR của xúc tác...................................................................54
Hình 2.14: Đường cong từ trễ M(H) của xúc tác Pd(II)-CoFe2O4 MNPs ở 305K. .....55
Hình 3.1. Hệ thống thực hiện phản ứng Heck trong lò vi sóng ...................................58
Hình 3.2. Hệ thống thực hiện phản ứng Heck trong điều kiện gia nhiệt thơng thường.
..........................................................................................................58
Hình 3.3. Ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa......................................................63
Hình 3.4. Ảnh hưởng của base lên độ chọn lọc ..........................................................63
Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa................................66
Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chọn lọc ....................................67
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chuyển hóa ..............................................70
xi


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chọn lọc...................................................71
Hình 3.9. Ảnh hưởng của halogen lên độ chuyển hóa ................................................74
Hình 3.10. Ảnh hưởng của halogen lên độ chọn lọc...................................................74
Hình 3.11. Độ chọn lọc của phản ứng trong quá trình tái sử dụng xúc tác ..................76
Hình 3.12. Độ chuyển hóa của phản ứng trong quá trình tái sử dụng xúc tác..............77
Hình 3.13. Ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa....................................................79
Hình 3.14. Ảnh hưởng của base lên độ chọn lọc ........................................................79
Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa ..............................82
Hình 3.16. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chọn lọc...................................82
Hình 3.17. Ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chuyển hóa ............................................84
Hình 3.18. Ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chọn lọc.................................................85
Hình 3.19. Độ chuyển hóa của phản ứng dưới điều kiện gia nhiệt thường..................87

Hình 3.20. Độ chọn lọc của phản ứng dưới điều kiện gia nhiệt thường ......................88
Hình 3.21. Độ chuyển hóa của phản ứng dưới điều kiện gia nhiệt vi sóng..................88
Hình 3.22. Độ chọn lọc của phản ứng dưới điều kiện gia nhiệt vi sóng ......................89

xii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

MỤC LỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Phản ứng của 4-iodo-anisole với ethyl acrylate sử dụng xúc tác Pd-PEG 2000
như xúc tác sử dụng Pd-PEG 2000........................................................12
Sơ đồ 1.2. Phản ứng hydro hóa của cyclohexene sử dụng xúc tác Pd-PEG 2000 như xúc
tác sử dụng Pd-PEG 2000 .....................................................................13
Sơ đồ 1.3. Phương pháp phân bố xúc tác Pd trên chất mang ống nano .......................14
Sơ đồ 1.4. Hydroformyl hóa của 4-vinylanisole bằng xúc tác trên chất mang.............18
hạt nano từ tính..........................................................................................................18
Sơ đồ 1.5. Ru(BINAPPO3H2)(DPEN)Cl2 trên chất mang Fe3O4 nano.........................18
Sơ đồ 1.6. Hệ xúc tác mà Pd được cố định trên nano từ tính phủ lớp màng polystyrene
..........................................................................................................19
Sơ đồ 1.7. Tổng hợp hạt nano từ tính phủ silica với thiol- (trên) và amine- (dưới) .....20
Sơ đồ 1.8. Tổng hợp xúc tác phức Pd - đi (2-pyridyl) methanol gắn trên chất mang
silica từ tính.......................................................................................20
Sơ đồ 1.9. Phản ứng kết hợp các dẫn xuất phenothiazine tạo HIV-1 TAR RNA.........24
Sơ đồ 1.10. tổng hợp của β-Hydroxy sulfoside...........................................................24
Sơ đồ 1.11. Phản ứng cộng đóng vịng Diels-Alder....................................................25
Sơ đồ 1.12. Sơ đồ cơ chế phản ứng Heck...................................................................26
Sơ đồ 1.13. Phản ứng giữa aryl halogenua và một olefine..........................................29
Sơ đồ 1.14. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate...............29

Sơ đồ 1.21. Phản ứng Heck với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua ........31
Sơ đồ 1.15. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate...............32
Sơ đồ 1.17. Tổng hợp xúc tác Pd/(SiO2/Fe3O4). (A) Fe3O4 nanoparticle; (B)
SiO2/Fe3O4; (C) APTS phủ trên hạt nano SiO2/Fe3O4; (D)
Pd/(SiO2/Fe3O4).................................................................................35
Sơ đồ 1.18. Tổng hợp xúc tác Pd trên hạt nano từ tính và sử dụng cho phản ứng Heck
của 4-bromonitrobenzene với styrene ................................................38
Sơ đồ 1.19. Phản ứng Heck của các aryl halide và axit acrylic ...................................39
Sơ đồ 1.20. Phản ứng tổng hợp Rosavin.....................................................................40
Sơ đồ 1.21. Phản ứng tổng hợp CP-724,714...............................................................41
Sơ đồ 1.22. Phản ứng tổng hợp flavonoid ..................................................................41
Sơ đồ 2.1. Tổng hợp các chất xúc tác paladium cố định trên hạt nano từ tính.............46
Sơ đồ 3.1. Qui trình tổng quát thực hiện phản ứng Heck. ...........................................59
Sơ đồ 3.2. Phản ứng Heck của halogenua aryl và styrene...........................................60
xiii


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT
CMC

Critical micelle concerntration

PEFC

Polymer electrolyte fuel cell

TEM

Transmission electron microscope

SEM

Scanning electron microscope

XRD

X-ray diffraction

APTS

3-aminopropyl triethoxysilane

MPS

(3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane

AAPS

N-(2-aminoethyl)-3 aminopropyltrimethoxysilane

SiMNPs Silica-coated magnetic nanoparticles
PEG

polyethylene glycol

CNT

carbon nanotube

CMPS

chloromethyl polystyrene

DMF

Dimethylformamide

SDS

Sodium dodecyl sulfate

GC

Gas Chromatography

GC-MS

Gas chromatography – mass spectroscopy

FT-IR

Fourier transform infrared

TGA

Thermogravimetric analysis

DTA

Differential thermal analysis

EA

Elemental analysis

MNPs

Magnetic nanoparticles

NPs

Nano particles

CP-724,714

2-methoxy

-N-(3-

{4-[3-methyl-4-(6-methyl-pyridin-3-yloxy)

phenylamino] quinazo lin-6-yl}-E-allyl) acetamide

xiv


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

For evaluation only.

LỜI MỞ ĐẦU
Phản ứng Heck là một trong những loại phản ứng ghép mạch xây dựng nên
khung C–C để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ mới có nhiều giá trị ứng dụng trong
đời sống ở nhiều lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, nông nghiệp…
Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy phản ứng Heck cho hiệu suất cao khi thực
hiện với các loại xúc tác phức khác nhau của Pb, ưu điểm nổi bật của các xúc tác phức
là hạn chế tối thiểu việc sinh ra các sản phẩm phụ, hiệu suất cũng nâng lên. Tuy nhiên
nếu các xúc tác này được gắn trên các chất mang thì khả năng tách và thu hồi xúc tác
được cải thiện. Với sự phát triển của công nghệ nano hiện nay thì việc đưa xúc tác
phức trên về dạng nano là có thể, điều này đồng nghĩa với khả năng xúc tác được cải
thiện mà vẫn đảm bảo việc thu hồi xúc tác. Mặt khác, Phản ứng Heck trước đây
thường được thực hiện trong điều kiện gia nhiệt thông thường ở nhiệt độ khá cao nên
thời gian phản ứng dài và cho hiệu suất chưa cao.
Với luận văn này, chúng tôi muốn nghiên cứu thực hiện phản ứng Heck với xúc
tác Pb cố định trên vật liệu nano từ tính dưới điều kiện vi sóng. Với mong muốn khảo
sát điều kiện tối ưu để thực hiện phản ứng Heck sao cho vừa nâng cao giá trị của sản
phẩm hạn chế ít nhất sản phẩm phụ, tái sử dụng xúc tác để đem lại lợi ích về kinh tế.
Hơn nữa, ở Việt nam hiện nay việc nghiên cứu phản ứng này vẫn chưa rộng rãi
và vẫn chưa được đưa vào trong chương trình giáo dục hay sản xuất. Chúng tơi cũng
mong muốn góp phần vào hồn thiện thêm về việc nghiên cứu phản ứng này và hy
vọng trong thời gian sớm nhất nó sẽ được đưa vào trong chương trình giáo dục hay áp
dụng trong sản xuất thực tế ở Việt nam.
Kết quả luận văn được đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ : “Phan
Thanh Son Nam, Nguyen Thi Hong Anh, microwave-assisted heck reaction using
palladium complex immobilized on magnetic nanoparticles (CoFe2O4) as a catalyst”,
2010, tập 48 (số 2A), trang 60-67.

1

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vật liệu nano
1.1.1 Giới thiệu
Công nghệ nano bao gồm những kỹ thuật sử dụng vật liệu có kích thước từ
0,1nm đến 100nm. Để tổng hợp vật liệu nano có thể sử dụng hai phương thức, một là
phương thức từ trên xuống dưới (top-down) nghĩa là chia nhỏ khối vật liệu lớn để cuối
cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano và hai là phương thức từ dưới lên trên
(bottom-up) nghĩa là xây dựng từ những hạt cỡ phân tử hay nguyên tử để thu được
kích thước nano. Đặc biệt những năm gần đây, việc thực hiện công nghệ nano theo
phương thức bottom-up trở thành kỹ thuật thu hút được nhiều sự quan tâm [1].

Hình 1.1. Phương bottom-up trong tổng hợp nano
Trong vài năm gần đây khoa học nano và công nghệ nano có những phát triển
mạnh mẽ và hiện nay cấu trúc nano được sử dụng ở dạng hoạt động như bóng bán dẫn,
bộ khuyếch đại, chất dẫn thuốc ...trong khi trước đây cấu trúc nano thường được sử
dụng ở dạng thụ động như trong sơn, các hạt nano, kim loại cấu trúc nano, polyme và
gốm sứ.

2


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Vật liệu nano có thể phân loại dựa trên đường kính của cấu trúc nano:

Vật liệu nano ba chiều như các phần tử lượng tử hoặc các tinh thể nano, các
fullerene, các hạt, các kết tủa và chất keo có đường kính ba chiều ở giới hạn nanomet.
Vật liệu nano hai chiều bao gồm các ống nano, các dendrimer, dây nano có
đường kính hai chiều ở giới hạn nanomet.
Vật liệu nano một chiều như lớp phủ bề mặt, màng mỏng và các giao diện có
kích thước nano. Các loại vật liệu nano này đã được sử dụng trong nhiều thập niên ở
các lĩnh vực thiết bị điện tử, hóa học và kỹ thuật [2]
Như vậy một vật liệu nano được định nghĩa là vật liệu với ít nhất một chiều có
kích thước nhỏ hơn 100 nm [3]. Vật liệu nano được khoa học rất quan tâm bởi vì nó
được xem như là cầu nối giữa các vật liệu dạng khối và cấu trúc nguyên tử hoặc phân
tử.

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano [4]
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano
Vật liệu nano có điểm đặc biệt là tỷ lệ giữa diện tích bề mặt với thể tích tăng lớn
so với các vật liệu thông thường, điều này mở ra những hướng phát triển mới trong
khoa học dựa trên bề mặt vật liệu. Một số vật liệu dạng khối do kích cỡ của nó lớn và
có tính chất vật lý ổn định nên không được giới khoa học quan tâm nhiều, nhưng khi
vật liệu ở kích thước nano thì tính chất vật lý lại thường được chú ý. Khi vật liệu giảm
xuống kích thước nano có thể xuất hiện những tính chất mới, điều này làm cho chúng
có các ứng dụng đặc biệt. Ví dụ: hệ huyền phù đục trở thành trong suốt (đồng); vật liệu
3


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

trơ trở thành chất xúc tác (platinum); vật liệu ổn định thành dễ cháy (nhôm); chất rắn
chuyển thành chất lỏng ở nhiệt độ phòng (vàng); chất cách điện thành chất dẫn
(silicon). Một vật liệu như vàng là chất trơ về mặt hóa học ở kích thước bình thường

nhưng ở kích cỡ nano lại có thể sử dụng như là một chất xúc tác hóa học mạnh.
Hạt nano có những đặc điểm như: (i) bề mặt của nguyên tử lớn, (ii) năng lượng
bề mặt lớn (iii) sự giảm khuyết tật [6] Từ những đặc điểm này mà hạt nano có những
tính chất đặc trưng như sau:
(1) Hạt nano thường có nhiệt độ nóng chảy hay nhiệt độ chuyển pha thấp.
Nguyên nhân của hiện tượng này là do năng lượng bề mặt tăng khi kích thước hạt
giảm. Nhưng việc xác định nhiệt độ nóng chảy của các hạt nano vẫn khơng dễ dàng,
tuy nhiên, có thể để thực hiện qua thực nghiệm để xác định ảnh hưởng của kích thước
lên nhiệt độ nóng chảy của các hạt nano [6].
(2) Tính chất cơ học của hạt nano có thể đạt được độ bền lý thuyết vì những
khiếm khuyết cấu trúc giảm. Theo thực nghiệm cho thấy độ bền và độ cứng của các
kim loại cấu trúc nano phụ thuộc vào các phương pháp được sử dụng để thay đổi kích
thước hạt. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về tính chất cơ học của các hạt nano khác
nhau nhưng ảnh hưởng của kích thước hạt lên tính chất cơ học vẫn chưa rõ ràng. [6].
(3) Tính chất quang học của hạt nano có thể có sự khác biệt đáng kể so với các
tinh thể ở dạng khối. Dựa vào sự ảnh hưởng của kích thước có thể phân loại sự thay
đổi này thành hai nhóm. Nhóm thứ nhất liên quan đến tăng khoảng cách giữa các mức
năng lượng và nhóm thứ hai liên quan đến cộng hưởng plasmon bề mặt. Cộng hưởng
plasmon bề mặt là hiện tượng tất cả các điện tử tự do trong vùng dẫn bị kích thích, dẫn
đến sự dao động cùng pha. Khi kích cỡ của một hạt nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới
thì sẽ tạo ra sự cộng hưởng plasmon. Do sự cộng hưởng plasmon bề mặt nên các hạt
nano kim loại có thể có các màu sắc khác nhau khi thay đổi kích thước. Ví dụ, keo hạt
nano vàng thường là màu đỏ (khi kích thước hạt nhỏ hơn 100 nm) [6]
(5) Từ tính của vật liệu cấu trúc nano có sự khác biệt đáng kể với vật liệu dạng
khối. Khi kích cỡ hạt giảm xuống mức nanomet, chuyển động nhiệt sẽ lớn hơn năng
lượng định hướng nên vật liệu từ có tính chất “superparamagnetism” [6].
1.1.4. Tổng hợp hạt nano
Hạt nano đã được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng có thể
được chia thành 3 phương pháp cơ bản: pha rắn, pha khí và dung dịch. Hiện nay, các
4

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

nhà khoa học đã khảo sát một số qui trình tổng hợp hạt nano có sự kết hợp các phương
pháp trên [7].
1.1.4.1. Tổng hợp pha rắn
Tổng hợp pha rắn bao gồm quá trình xử lý nhiệt (để đạt được cấu trúc tinh thể)
và q trình nghiền hạt (để giảm kích thước hạt đến kích thước như mong muốn).
Trước đây phương pháp này chỉ tạo ra các hạt có kích thước hạt trung bình có giới hạn
100 nm, gần đây những cải tiến trong kỹ thuật nghiền cho phép quá trình có thể đạt
kích thước hạt cỡ 30 nm từ những vật liệu có kích thước khoảng 200 mm [7]
1.1.4.2. Tổng hợp pha hơi
Các bột có thể điều chế bằng oxy hóa, khử, phân tách hay bằng các phản ứng hóa
học khác, dung nhiệt độ cao tạo ra bằng lò đốt, plasma, laser, ngọn lửa…ưu điểm của
phương pháp pha hơi là sản phẩm có độ tinh khiết cao do dễ dàng làm sạch các chất
phản ứng và không bị nhiễm bẩn do tiếp xúc với bình chứa. Các phương pháp được
phân loại căn cứ theo nguồn nhiệt sử dụng [1].


Ngưng tụ khí trơ
Ngưng tụ khí liên quan đến sự hình thành của các hạt nano, tức là ngưng tụ các

nguyên tử và phân tử trong khí trơ [7]. Để kiểm sốt được kích thước, hình dạng, và
mức độ kết tụ hạt, có thể điều chỉnh độc chân khơng, thời gian làm nguội vi hạt sau khi
hình thành. Một số các hạt nano của các ngun tử kim loại có kích thước trung bình
khoảng 10 nm hoặc nhỏ hơn được hình thành khi kim loại nhanh chóng bị mất năng
lượng bằng cách va chạm với các nguyên tử khí. Các hạt nano kim loại như Al, Co,
Cr, Cu, Fe, Ga, Mg, và Ni đã được tổng hợp thành công theo kỹ thuật này [7].



Tổng hợp dựa trên nguồn Plasma
Nhiệt Plasma (ví dụ, khí ion hóa), là một nguồn nhiệt làm các vật liệu nóng chảy

đã được áp dụng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp vật liệu. Trong thực tế, q trình
phun Plasma của vật liệu lên trên cơ chất để tạo thành lớp phủ bảo vệ đã được tiến
hành thành công trong qui trình sản xuất cơng nghiệp trong nhiều thập kỷ. Kết quả này
như là cơ sở cho các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng nhiệt plasma như là một nguồn
nhiệt làm bốc hơi các vật liệu kim loại và gốm sứ. Các hạt nano của một số kim loại
được tổng hợp với quy mô thiết bị khi sử dụng một súng bắn tia plasma có cường độ
10 kW [7]


Tổng hợp dựa trên Ngọn lửa
5


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Việc sử dụng năng lượng đốt cháy hydrocarbon (hoặc hydro)-ngọn lửa oxy để
nhiệt phân các chất hóa học ban đầu và điều chế các hạt nano phổ biến trong kỹ thuật
tổng hợp hạt nano đã được sử dụng. Trong thập kỷ qua, nghiên cứu đã được định
hướng cao hơn hướng tới tính đồng nhất và kiểm sốt q trình nhiệt phân trong một
ngọn lửa, với dự đốn hình thành các hạt nano với một phân bố kích thước hẹp và sự
kết tụ nhỏ nhất [7].
Nhiệt phân kiểu phun sương



Nhiệt phân kiểu phun sương kết hợp các khía cạnh của qui trình pha khí và kết
tủa dung dịch đã được sử dụng gần đây. Các dung dịch ban đầu của các muối kim loại
được nguyên tử hóa thành những giọt nhỏ và phun vào khu nhiệt. Bên trong khu vực
đốt nóng, dung môi bay hơi và các phản ứng xảy ra trong từng hạt để tạo thành các hạt
kích thước trong khoảng 100-1000 nm [7].
1.1.4.3. Tổng hợp trong dung dịch
Các quá trình trong dung dịch có thể được sử dụng để tổng hợp những hạt nano
được biến tính bề mặt với các hợp chất hữu cơ làm tăng khả năng ứng dụng của chúng
trong y học, sinh học, hóa học và cải thiện độ bền của hạt nano. Ngoài ra, kỹ thuật
tổng hợp hạt nano này giúp điều chỉnh hình dạng và kích thước của NPs một cách dễ
dàng.


Q trình sol-gel
Phương pháp sol-gel dựa trên phản ứng polymer hóa các monomer vô cơ, bao

gồm 4 bước cơ bản: thủy phân, ngưng tụ, sấy khô và nhiệt phân. Tác chất ban đầu
được sử dụng thường là các alkoxide của kim loại – M(OR)x, bị thủy phân trong nước
hay alcohol và sau đó ngưng tụ lại để hình thành MOx/2. Sản phẩm ở dạng gel được
rửa sạch, sấy khô để tách dung môi và nung ở nhiệt độ cao để phân hủy các phân tử
hữu cơ cịn sót lại, cuối cùng thu được hạt nano oxide kim loại [8]. Tồn bộ q trình
này có thể được mơ tả dưới phản ứng: M(OR)x + x/2H2O  MOx/2 + xROH.
Kích thước của hạt có thể được điều chỉnh bằng việc thay đổi thành phần, pH và
nhiệt độ của dung dịch. Phương pháp này được sử dụng phổ biến để tổng hợp NPs
oxide kim loại như TiO2, SnO2, CuO, ZnO, Al2O3 …[9]



Kết tủa dung dịch

6


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Theo phương pháp này, đầu tiên, một muối kim loại của chloride, nitrate hay
acetate được hòa tan trong nước. Sau khi thêm dung dịch base như NaOH hay
NH4OH, tủa hydroxide kim loại hình thành. Kết tủa dạng keo được rửa sạch và làm
khơ, sau đó được nung ở nhiệt độ cao để hình thành hạt oxide kim loại. Ưu điểm nổi
bật của phương pháp này là quy trình đơn giản, ít tốn kém và nó thường được sử dụng
để tổng hợp nhiều loại NPs oxide chứa một hay nhiều kim loại. Tuy nhiên, quá trình
kết tủa trong dung dịch lại rất khó để kiểm sốt và phân bố kích thước hạt NPs thường
khá rộng.



Phương pháp vi nhũ
Phương pháp vi nhũ được chia thành 2 dạng cơ bản: vi nhũ thường – normal

micelle (nhũ dầu trong nước – o/w) và vi nhũ ngược – reverse micelle (nhũ nước trong
dầu – w/o). Đặc điểm quan trọng của phương pháp này là sử dụng các chất hoạt động
bề mặt với nồng độ vượt ngưỡng nồng độ micelle tới hạn (CMC) để hình thành các
cấu trúc dạng micelle có đường kính vào khoảng 10-100 nm [10]

7


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Hình 1.3. Micelle thuận (a) và micelle ngược (b) [9].

Trong cấu trúc của micelle ngược, đầu phân cực của phân tử chất hoạt động bề
mặt hướng vào vi hạt ái nước ở bên trong và mạch carbon ái dầu hướng ra mơi hữu cơ
[13]. Q trình hình thành micelle ngược có thể chia thành hai trường hợp chính. Mỗi
tác chất nằm trong một dung dịch micelle riêng biệt. Khi trộn 2 dung dịch lại, nhờ vào
đặc tính hơp nhất của micelle ngược, các tác chất phản ứng với nhau và hình thành
NPs bên trong micelle. Hoặc, chỉ có một tác chất nằm trong dung dịch micelle còn tác
chất thứ hai được hòa tan trong nước. Khi trộn 2 dung dịch với nhau, phản ứng tạo
NPs diễn ra nhờ sự trao đổi thành phần pha nước bên trong các micelle, đồng thời
micelle chứa tác chất thứ hai được hình thành và sự hợp nhất các micelle diễn ra ngay
sau đó. Thơng thường, NPs của các kim loại được tạo nên từ phản ứng khử muối của
kim loại tương ứng trong micelle ngược bằng việc sử dụng các tác nhân khử thích hợp
[9]

Hình 1.4. Tổng hợp các hạt nano Pd bằng cách sử dụng phương pháp vi nhũ w/o[11].

8


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Cấu trúc của micelle thuận bao gồm mạch hydrocarbon của phân tử chất hoạt
động bề mặt hướng vào trong micelle cịn đầu phân cực hướng ra mơi trường ái nước
[10]. Qua nghiên cứu cho thấy, độ dài mạch alkyl của chất hoạt động bề mặt và nhiệt
độ phản ứng làm thay đổi đáng kể kích thước của vi hạt. Chất hoạt động bề mặt được
sử dụng phổ biến cho quá trình micelle thuận là sodium dodecyl sulfate (SDS,
CH3(CH2)10CH2OSO3Na). Nhìn chung, kỹ thuật thực hiện phương pháp này đơn giản

hơn quá trình micelle ngược nhưng sự phân bố kích thước hạt cũng rộng hơn, Phương
pháp micelle thuận được sử dụng rộng rãi để tổng hợp NPs có cấu trúc dạng “spinel
ferrite” bao gồm các oxide sắt, CoFe2O4, NiFe2O4, MgAl2O4 …[9]
1.1.5. Ứng dụng
Bằng cơng nghệ nano, tính chất của nhiều vật liệu được cải tiến dựa vào những
thay đổi trong tính chất vật lý khi ở kích thước nanomet. Với sự phát triển của khoa
học nano, các sản phẩm của công nghệ nano trong các lĩnh vực y dược, mỹ phẩm, hóa
học…đã nhanh chóng được ứng dụng trên quy mơ cơng nghiệp sẽ áp dụng. Trong luận
văn này chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng quan trọng của vật liệu nano.
1.1.5.1 Y học
Vật liệu nano được biến tính với các phân tử sinh học khi kích cỡ của vật liệu
nano tương đương với phân tử sinh học, được sử dụng làm các loại thuốc trị liệu, gắn
DNA và chip DNA. Những lần vi xét nghiệm để dị tìm và giúp nhận dạng các mẫu
DNA được thực hiện bằng cách tạo ra các thiết bị khác tới 100,000 các dãy DNA đã
biết. Khi các dãy DNA chưa biết mà gắn với bất kỳ mảng chip DNA nào sẽ xảy ra liên
kết (sự lai tạo) và dãy chưa biết được nhận dạng bằng vị trí của nó trên mảng [1, 12].
1.1.5.2. Thơng tin và Truyền thông.
1.1.5.2.1. Lưu trữ thông tin
Các hạt màu siêu mịn tạo ra chất lượng mực cao hơn về màu sắc, độ bao phủ,
tính bền màu. Trong thực tế, các hạt nano đã được ứng dụng audio, băng đĩa, chúng
phụ thuộc vào tính chất từ và quang học của các hạt mịn. Các tiến bộ không ngừng sẽ
được tạo ra bằng kích thước ngày càng nhỏ hơn và bằng cách điều chỉnh độ kháng từ
và hấp thụ quang học, vì vậy có thể tạo được mật độ lưu trữ dày lớn hơn [1, 12].

9


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1.1.5.2.2. Máy tính hóa học / quang học
Các mạng hai chiều hoặc ba chiều của các hạt nano kim loại hoặc bán dẫn biểu
hiện tính chất từ và quang đặc biệt. Các vật liệu này hứa hẹn rất nhiều ứng dụng trong
ngành công nghiệp điện tử, bao gồm cả các máy tính quang học [1, 12].

1.1.5.3. Mơi trường
1.1.5.3.1. Làm sạch nước
Các bột kim loại tinh khiết hoạt động (Fe, Zn) có khả năng phản ứng cao với các
chlorocarbon trong mơi trường nước. Các kết quả này đã dẫn đến việc thực hiện thành
công màng chắn bột bột-cát kim loại xốp cho làm sạch nước ngầm [1, 12]. Trong khu
vực xử lý nước thải, công nghệ nano cung cấp khả năng loại bỏ hiệu quả các chất ô
nhiễm và vi trùng. Ngày nay các hạt nano, màng nano và bột nano được sử dụng để
phát hiện và loại bỏ các hợp chất hóa học và các chất sinh học bao gồm các kim loại
(ví dụ như cadmium, đồng, chì, thuỷ ngân, niken, kẽm), các chất dinh dưỡng (ví dụ
như phosphate, ammonia, nitrat và nitrit), xianua, hữu cơ, tảo (ví dụ khuẩn độc tố
xianua) vi rút, vi khuẩn, ký sinh trùng và chất kháng sinh. Vật liệu nano cho kết quả
tốt hơn so với các kỹ thuật khác được sử dụng trong xử lý nước vì diện tích bề mặt cao
(bề mặt / tỷ lệ thể tích). Nó có thể được sử dụng trong tương lai cho quá trình lọc nước
ở quy mơ lớn [13].

1.1.5.4. Hóa học
1.1.5.4.1. Cấu trúc nano của bản điện cực.
Các vi tinh thể kim loại kích thước nano có thể lớn lên bằng kết tủa điện phân
nhanh nhờ vào tốc độ tạo nhân cao và vì vậy giảm sự lớn lên của vi tinh thể. Kim loại
từ như sắt, sau đó có thể tạo nên chất rắn từ đậm đặc có tính chất từ mềm (độ kháng từ
thấp và độ từ hóa bão hịa cao). Những vật liệu rất hữu hiệu cho các biến thế [1, 12].

1.1.5.4.2. Công nghệ vật liệu
Có một số tác động kỳ diệu sinh ra khi bột nano được cho vào chất nền polymer
làm tăng cường độ bền của hỗn hợp rất nhiều. Các vật liệu nhẹ hơn, bền hơn, lớp phủ

10


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

chống mòn, vật liệu thay thế cho các chi tiết vật thể, chất dẻo chịu lửa, vật thay thế cho
kim loại và có thể nhiều loại hơn nữa. [1, 12].
1.1.5.4.3. Xúc tác
Tầm quan trọng của vật liệu cấu trúc nano trong hóa học là sử dụng làm xúc tác
khơng đồng nhất, phụ thuộc vào các hạt nano kim loại. Các hạt nano có bề mặt riêng
lớn, do đó thường biểu hiện hoạt động bề mặt cao hơn so với vật liệu dạng khối, nó
được sử dụng làm chất xúc tác hữu hiệu trong phạm vi rộng từ tế bào nhiên liệu tới bộ
chuyển đổi xúc tác và các thiết bị quang xúc tác [12].

1.1.5.4.4. Công nghệ sơn
Người ta đã chứng minh rằng khi sơn được thêm chất phụ gia bằng các hạt nano
hấp thụ ánh sáng, ví dụ như TiO2, sơn sẽ tự lau sạch. Cơ chế này liên quan đến oxy
hóa quang chất gây bẩn bằng TiO2 trong nước. Vật liệu hữu cơ béo mà bám chặt trên
sơn có thể bị oxy hóa bằng cặp lỗ - điện tử tạo thành khi hạt nano TiO2 hấp thụ ánh
sáng mặt trời. Vì vậy, vật liệu hữu cơ được loại bỏ khỏi màng sơn [1].
1.2. Xúc tác nano
1.2.1. Giới thiệu
Công nghệ xúc tác đóng một vai trị quan trọng trong sản xuất, chuyển đổi năng
lượng và bảo vệ môi trường. Ngày nay, chúng ta phải đối mặt với rất nhiều thách thức
trong việc tạo ra nhiên liệu thay thế, làm sạch mơi trường, đối đầu với những ngun
nhân của sự nóng lên toàn cầu và bảo vệ chúng ta khỏi các chất độc hại và các tác
nhân truyền nhiễm. Xúc tác là trung tâm để giải quyết những vấn đề này, nhưng sự
phức tạp và nhu cầu đa dạng của các chất xúc tác đòi hỏi một cuộc cách mạng trong
phương pháp tổng hợp và sử dụng. Xúc tác nano là một trong những lĩnh vực thú vị

đang thu hút nhiều chú ý trong khoa học nano. Mục tiêu chính của loại xúc tác này là
kiểm sốt phản ứng hóa học thơng qua thay đổi kích thước, chiều, thành phần hóa học
và hình thái của trung tâm phản ứng và bằng cách thay đổi động học sử dụng các trung
tâm phản ứng ở dạng nano.
Hiện nay các hạt nano được sử dụng như chất xúc tác dị thể có hiệu quả do có
diện tích bề mặt riêng lớn. Ngồi ra, các hạt nano cịn có xu hướng được sử dụng như
chất mang hoạt động mạnh. Khi sử dụng chất nền là vật liệu nano dẫn đến hoạt độ của
xúc tác cao hơn khi sử dụng các chất mang truyền thống như vật liệu xốp [14].
11