Nghiên cứu tổng hợp vật liệu AG GO và ứng dụng làm xúc tác phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU AG-GO VÀ
ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC PHẢN ỨNG
PHÂN HỦY CHẤT MÀU HỮU CƠ TRONG NƯỚC

GVHD: TRẦN THỊ NHUNG
SVTH: HOÀNG VĂN HÙNG
MSSV: 15128030

SKL 0 0 6 1 6 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
AG-GO VÀ ỨNG DỤNG LÀM XÚC TÁC
PHẢN ỨNG PHÂN HỦY CHẤT MÀU
HỮU CƠ TRONG NƯỚC
Mã số khóa luận: VC.19.07

SVTH: HỒNG VĂN HÙNG
MSSV: 15128030
GVHD: TS. TRẦN THỊ NHUNG

Tp. Hồ Chí Minh, 22 tháng 07 năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: HỒNG VĂN HÙNG

MSSV: 15128030

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học
Chun ngành: Hóa vơ cơ - Silicate
1. Tên khóa luận: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-GO và ứng dụng làm xúc tác
phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ trong nước.
2. Nhiệm vụ của khóa luận: Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu Ag-GO bằng
phương pháp khử hóa học, khảo sát kích thước, độ bền và hoạt tính xúc tác của
vật liệu trong phản ứng phân hủy các chất màu hữu cơ trong nước.
3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: Ngày 01 tháng 02 năm 2019
4. Ngày hồn thành khóa luận:Ngày 20 tháng 07 năm 2019
5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Trần Thị Nhung
Nội dung hướng dẫn: Toàn bộ luận văn

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thơng qua bởi

Trưởng Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học

Tp.HCM, ngày
TRƯỞNG BỘ MƠN

tháng

năm 2019

NGƯỜI HƯỚNG DẪN







LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Nhung, giảng viên Khoa Cơng nghệ Hóa Học
và Thực phẩm, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, là người đã đưa ra đề tài nghiên
cứu và giúp đỡ tôi trong suốt q trình hồn thành luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn đến khoa Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Trường ĐH Sư phạm
Kỹ thuật TPHCM đã tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình làm thí nghiệm cho đề
tài nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến tồn bộ giảng viên ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa
học, bạn bè và gia đình đã giúp đỡ tơi trong q trình hồn thành luận văn.

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của giáo viên
hướng dẫn, không trùng lặp với bất cứ luận văn nghiên cứu nào khác. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực và khách quan.
Tơi xin cam đoan các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều đã được ghi rõ nguồn
gốc.
Tp. Hồ Chí Minh, 22 tháng 07 năm 2019
SVTH

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... vii
TĨM TẮT.................................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1 Tổng quan về vật liệu nano kim loại ......................................................................3
1.1.1 Đặc điểm và tính chất ......................................................................................3
1.1.2 Ứng dụng của vật liệu nano kim loại ............................................................... 3
1.1.3 Các phương pháp tổng hợp nano kim loại .......................................................4
1.2 Tổng quan về hạt nano bạc ....................................................................................6
1.2.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng .....................................................................6
1.2.2 Các phương pháp tổng hợp nano bạc .............................................................. 6
1.3 Tổng quan về graphene oxide (GO) .......................................................................8
1.3.1 Cấu trúc, tính chất và ứng dụng .......................................................................8
1.3.2 Các phương pháp tổng hợp graphene oxide ..................................................10

1.4 Vật liệu nanocomposite Ag-GO và ứng dụng ......................................................10
1.4.1 Giới thiệu vật liệu nanocomposite .................................................................10

iii


1.4.2 Những vật liệu nanocomposite Ag-GO đã được tổng hợp ............................ 10
1.5 Chất màu hữu cơ: methylene blue (MB).............................................................. 11
1.5.1 Khái quát chung ............................................................................................. 11
1.5.2 Các phương pháp phân hủy chất màu hữu cơ................................................13
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................15
2.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm...........................................................................15
2.2 Quy trình thí nghiệm ............................................................................................ 15
2.2.1 Chuẩn bị dụng cụ ...........................................................................................15
2.2.2 Xây dựng quy trình tổng hợp hạt nanocomposite Ag-GO ............................ 15
2.2.3 Khảo sát tỷ lệ AgNO3:GO .............................................................................17
2.2.4 Tổng hợp hạt nano bạc bằng phương pháp citrate .........................................19
2.2.5 Khảo sát hoạt tính xúc tác phản ứng phân hủy MB .......................................20
2.2.6 Khảo sát độ bền của hạt nanocomposite Ag-GO ...........................................21
2.3 Các phương pháp phân tích vật liệu .....................................................................22
2.3.1 Phân tích hình dạng và cấu trúc tinh thể ........................................................22
2.3.2 Phân tích đặc điểm, tính chất .........................................................................23
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................24
3.1 Vật liệu nanocomposite Ag-GO ...........................................................................24
3.1.1 Xây dựng quy trình tổng hợp .........................................................................24
3.1.2. Đặc điểm tính chất vật liệu nanocomposite Ag-GO .....................................25
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ AgNO3:GO ..................................................................28
iv

3.2 Hạt nano bạc tổng hợp bằng phương pháp citrate ...............................................30
3.3 Đánh giá khả năng xúc tác phản ứng phân hủy MB của vật liệu.........................31
3.3.1 So sánh hoạt tính xúc tác của mẫu Ag-GO-500 với mẫu so sánh Ag-citrate 31
3.3.2 Hoạt tính xúc tác của 2 mẫu Ag-GO-375 và Ag-GO-700 ............................. 33
3.4 Kết quả khảo sát độ bền của vật liệu Ag-GO.......................................................34
KẾT LUẬN ...................................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 38

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu tạo của graphene, graphene oxide và reduced graphene oxide .................9
Hình 1.2 Cấu tạo graphene oxide và các nhóm chức ......................................................9
Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của các nhóm màu a) Azo, b) Anthraquinone, c)
Triarylmethane, d) Phthalocyanine ...............................................................................12
Hình 1.4 Cấu trúc hóa học Mehtylene blue ...................................................................13
Hình 3.1 Phổ UV-Vis các mẫu Ag-GO của 3 quy trình khác nhau .............................. 24
Hình 3.2 Phổ UV-Vis mẫu Ag-GO ...............................................................................26
Hình 3.3 Ảnh a) SEM và b) TEM của mẫu Ag-GO ......................................................26
Hình 3.4 Phổ XRD của GO và mẫu Ag-GO .................................................................27
Hình 3.5 Phổ FT-IR của GO và mẫu Ag-GO ................................................................ 28
Hình 3.6 Phổ UV-Vis của 3 mẫu Ag-GO với 3 tỷ lệ AgNO3:GO khác nhau ...............29
Hình 3.7 Ảnh TEM của 3 mẫu a) Ag-GO (375), b) Ag-GO (500), c) Ag-GO (700)....30
Hình 3.8 Phổ UV-Vis của mẫu Ag-citrate.....................................................................31
Hình 3.9 Phổ Uv-Vis đánh giá khả năng xúc tác của mẫu Ag-GO-500 và Ag-citrate .32
Hình 3.10 Phổ UV-Vis đánh giá khả năng xúc tác phản ứng phân hủy của 2 mẫu AgGO .................................................................................................................................33
Hình 3.11 Phổ UV-Vis của mẫu Ag-GO qua centrifugation theo thời gian .................35
Hình 3.12 Phổ UV-Vis của mẫu Ag-GO khơng centrifugation theo thời gian .............35

vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
GO

Graphene oxide

MB

Methylene blue

Ag-GO

Vật liệu nanocomposite bạc trên nền graphene oxide

Ag-GO-nhanh

Mẫu Ag-GO với chất khử được thêm nhanh vào dung dịch

Ag-GO-cham

Mẫu Ag-GO với chất khử được thêm chậm vào dung dịch

Ag-GO (375)

Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 375L

Ag-GO (500)

Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 500L

Ag-GO (700)

Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 700L

Ag-citrate

Hạt nano bạc tổng hợp bằng phương pháp citrate

UV-Vis

Quang phổ hấp thụ

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

FT-IR

Quang phổ hồng ngoại

XRD

Nhiễu xạ tia X

vii


TÓM TẮT
Với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-GO và ứng dụng làm xúc tác phản ứng
phân hủy chất màu hữu cơ trong nước”, khóa luận tốt nghiệp này tập trung vào việc
tổng hợp vật liệu nanocomposite của hạt nano bạc trên nền graphene oxide và ứng dụng
xúc tác cho phản ứng phân hủy methylene blue (MB). Chúng tơi đã tiến hành khảo sát
các quy trình tổng hợp vật liệu khác nhau bao gồm: quy trình tổng hợp Ag-GO qua hai
bước và quy trình tổng hợp qua một bước. Kết quả cho thấy hạt nanocomposite Ag-GO
được tạo thành qua phương pháp một bước và chất khử được thêm vào nhanh là phương
pháp tổng hợp tối ưu nhất.
Hạt nanocomposite Ag-GO sau đó được tiến hành đo đạc hình dạng, cấu trúc tinh thể
và tính chất quang học bằng phương pháp: kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển
vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại (FT-IR) và
quang phổ hấp thụ (UV-Vis). Vật liệu nanocomposite Ag-GO có các hạt nano bạc có
kích thước 40 – 70nm phân bố đồng đều trên tấm GO. Quang phổ hấp thụ nằm trong
khoảng 405 – 410nm, tương ứng với phổ hấp thụ của hạt nano bạc. Các đo đạc độ bền
cho thấy hạt nano bạc trên nền GO bền trong thời gian dài (1 tháng), các hạt nano bạc
không bị kết tụ. Vật liệu nanocomposite Ag-GO với các hàm lượng AgNO3 phản ứng
lần lượt là 375L, 500L và 700L cũng được khảo sát, kết quả cho thấy mẫu Ag-GO
(500) cho hạt bạc có kích thước đồng đều, kích thước 40 – 70nm và phân bố đều trên
nền GO.
Sau đó chúng tơi tiến hành đo hoạt tính xúc tác của Ag-GO với các hàm lượng AgNO3
khác nhau cho phản ứng phân hủy MB sử dụng NaBH4. Hạt nano Ag tổng hợp bằng
phương pháp citrate được sử dụng làm mẫu đối chiếu. Kết quả cho thấy mẫu Ag-GO
(500) có hoạt tính xúc tác tốt nhất trong các mẫu Ag-GO và gấp đôi so với mẫu đối chiếu
Ag-citrate.

viii

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các hợp chất hóa học đã trở thành ngun nhân chính gây ơ
nhiễm mơi trường nước, đặc biệt là các chất thải nhuộm không qua xử lý mà đi thẳng ra
môi trường. Các chất màu hữu cơ như methylene blue (MB), methyl orange (MO), 4nitrophenol, rhodamine B,… rất có hại đối với mơi trường và việc xử lý chúng một cách
nhanh chóng là vấn đề thách thức với các nhà khoa học [1]. Các nghiên cứu hiện nay
tập trung vào việc phát triển các xúc tác thân thiện với mơi trường và có khả năng phân
hủy các hợp chất hữu cơ nhanh với hiệu suất cao.
Những thành tựu gần đây của khoa học và công nghệ vật liệu đã đưa công nghệ nano
trở thành công nghệ nổi bật bậc nhất của thế kỷ XXI, giúp cải tiến và phát triển các sản
phẩm và quy trình trong cơng nghiệp. Trong đó, các hạt nano kim loại (như Ag, Au, Pt,
Cu, Zn...) được nghiên cứu nhiều nhờ các đặc tính nổi bật của chúng so với kim loại
khối và rất hữu dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [2]. Với diện tích bề mặt riêng lớn
và các tính chất đặc biệt như khả năng cộng hưởng plasmon bề mặt, khả năng kháng
khuẩn, các hạt nano kim loại thể hiện hoạt tính xúc tác cao nhờ vào hiệu ứng kích thước,
hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lượng tử của vật liệu nano.
Hạt nano bạc được biết tới nhiều bởi các ứng dụng của nó như diệt khuẩn, xúc tác phản
ứng, xử lý môi trường và trong các lĩnh vực điện tử và sinh học khác. Hạt nano bạc có
các đặc tính hóa lý đặc biệt như: Hoạt tính xúc tác của hạt nano bạc được kiểm sốt dễ
dàng bởi kích thước, hình dạng; hạt nano bạc thể hiện độc tính tương đối thấp với cơ thể
người. Ngồi ra, kim loại bạc cũng có giá thành tương đối thấp, nhỏ hơn 1/50 so với
Vàng (Au) và Platin (Pt), khoảng 1/25 so với Paladi (Pd) [3]. Tất cả các điều trên làm
cho việc tổng hợp vật liệu dựa trên nền hạt nano kim loại bạc thu hút được rất nhiều sự
quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hạt nano bạc đã được sử như chiếu xạ
siêu âm, chiếu xạ vi sóng, điều chế quang hóa, khử hóa học,…[4]. Trong đó, phương
1

pháp khử hóa học với các chất khử như ascorbic acid, ethylene glycol, natri benzoate,
NaBH4,… được dùng như là phương pháp đơn giản và hiệu quả. Tuy nhiên, các hạt nano
bạc thường không bền trong dung dịch và dễ bị kết tụ lại với nhau, làm giảm hoạt tính
xúc tác phản ứng của vật liệu.
Graphene oxide (GO) với các đặc tính như diện tích bề mặt lớn, độ ổn định hóa học cao,
bề mặt dễ hấp thụ và cố định các hạt nano kim loại. GO đóng vai trị như một chất nền
và các hạt nano bạc được gắn lên tạo thành vật liệu nanocomposite, giúp cho các hạt bạc
bền và không bị kết tụ [5].
Với những lý do như trên, đề tài luận văn “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ag-GO và
ứng dụng làm xúc tác phản ứng phân hủy chất màu hữu cơ trong nước” đã được
hình thành. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu Ag-GO bằng
phương pháp khử hóa học, khảo sát kích thước, độ bền và hoạt tính xúc tác của vật liệu
trong phản ứng phân hủy các chất màu hữu cơ trong nước.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về vật liệu nano kim loại
1.1.1 Đặc điểm và tính chất
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các tính chất của vật liệu ở kích thước
nano so với tính chất của chúng ở quy mô lớn hơn. Công nghệ nano là ngành cơng nghệ
liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ
thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomét (1nm = 10-9m).
Công nghệ nano thường dựa trên những nghiên cứu của khoa học nano, ranh giới giữa
khoa học nano và công nghệ nano không rõ ràng, tuy nhiên đều nghiên cứu về vật liệu
nano.
Vật liệu nano là nền tảng của khoa học nano và công nghệ nano, được định nghĩa là vật
liệu mà trong cấu trúc có ít nhất kích thước của một chiều nhỏ hơn 100nm. Ở cấp độ
nano, vật liệu hoạt động rất khác so với quy mô lớn hơn, các hạt nano thường có tính

chất vật lý, hóa học và điện tử độc đáo. Các tính chất về điện tử, quang học, hoạt động
xúc tác và từ tính của hạt nano rất khác so với vật liệu khối của chúng. Bằng cách tăng
diện tích bề mặt của hạt so với khối lượng của nó có thể thay đổi đặc tính của hạt và
tương tác của nó so với mơi trường xung quanh [6].
Vật liệu nano và vật liệu khối khác nhau là do hai hiệu ứng cơ bản sau: Hiệu ứng bề mặt
và hiệu ứng lượng tử. Hai yếu tố này có thể thay đổi tính chất của vật liệu như khả năng
phản ứng, năng lượng cũng như đặc tính điện tử bề mặt. Ở kích thước nano, diện tích bề
mặt của vật liệu tăng lên nhiều lần giúp cho khả năng tiếp xúc giữa vật liệu với chất
phản ứng tăng lên, làm tăng khả năng xúc tác của vật liệu [7].
1.1.2 Ứng dụng của vật liệu nano kim loại
Vật liệu nano kim loại là một trong những mảng quan trọng trong ngành công nghệ nano
trên thế giới thu hút được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu. Kim loại (như vàng, bạc,
sắt, đồng, kẽm) ở kích thước nano có các tính chất đặc biệt như quang học, điện, từ,

3


nhiệt và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống bao gồm năng lượng, thiết
bị điện tử, y tế, sinh học, xúc tác hóa học,…
Ví dụ, trong lĩnh vực năng lượng, các nano oxit kim loại vào trong pin Li-ion nhằm tăng
cường khả năng lưu trữ và tốc độ xử lý. Pin Li-ion với điện cực là nano kim loại Co, Ni,
Cu hay Fe có cơng suất điện lên tới 700 mAh/g, duy trì cơng suất 100% trong 100 chu
kỳ với tốc độ nạp cao [8].
Trong lĩnh vực y tế, gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt
nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư. Trong đó, hạt nano vàng được kích thích bằng
ánh sáng laser xung, do hiện tượng hấp thụ cộng hưởng plasmon mà hạt nano dao động
trở nên nóng bỏng, có khi lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vàng. Q
trình tăng nhiệt này gây ra một sóng xung kích (shock wave) tiêu diệt tế bào ung thư
trong đường kính hàng m [9].
Trong lĩnh vực điện tử, cơng nghệ nano đã góp phần đáng kể cho sự tiến bộ lớn trong

lĩnh vực máy tính và điện tử, dẫn đến các hệ thống di động nhanh hơn, nhỏ hơn và nhiều
hơn nữa có thể quản lý và lưu trữ lượng thông tin lớn hơn. Có thể kể đến một số sản
phẩm bổi bật như: Các bóng bán dẫn, các cơng tắc cơ bản cho phép tất cả các máy tính
hiện đại, đã trở nên nhỏ và nhỏ thông qua công nghệ nano; Các màn hình và tivi có độ
phân giải cực cao hiện đang được bán sử dụng dấu chấm lượng tử để tạo ra màu sắc rực
rỡ hơn trong khi sử dụng năng lượng hiệu quả hơn…
Trong lĩnh vực xúc tác, hạt nano kim loại được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng hóa
học với việc giảm năng lượng hoạt hóa, diện tích bề mặt và độ ổn định. Rất nhiều nghiên
cứu về cấu trúc nano kim loại để phát triển hoạt tính xúc tác, giảm giá thành và khả năng
tái chế tốt hơn.
1.1.3 Các phương pháp tổng hợp nano kim loại
Các hạt nano kim loại được tổng hợp dựa theo các phương pháp khác nhau, tùy theo
mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật. Các phương pháp tổng hợp này có thể chia thành

4


2 nhóm chính là phương pháp Top – Down (trên xuống dưới) và phương pháp Bottom
– Up (dưới lên trên).
1.1.3.1 Phương pháp Top – Down.
Phương pháp Top – Down có nghĩa là chia nhỏ một hệ thống lớn để tạo ra các đơn vị
nhỏ hơn có kích thước nanomet. Ngun lý cơ bản của phương pháp này là dùng các kỹ
thuật vật lý như nghiền hay biến dạng để vật liệu thể khối với cấu trúc thô trở thành cỡ
hạt có kích thước nano. Phương pháp này được chia thành 3 loại chính: Phương pháp
nghiền, phương pháp biến dạng và phương pháp quang khắc.
Phương pháp này khá đơn giản nhưng hiệu quả và rẻ tiền, có thể tiến hành cho nhiều
loại vật liệu có kích thước khá lớn nhưng tính đồng nhất của vật liệu không được cao và
tạo ra một lượng phế thải khá lớn.
1.1.3.2 Phương pháp Bottom – Up
Nguyên lý cơ bản của phương pháp là hình thành các vật liệu có kích thước nano từ các

ngun tử hoặc ion. Phương pháp này có ưu điểm là có thể tổng hợp được vật liệu có
kích thước nano, thuận tiện trong quy mơ phịng thí nghiệm, tuy nhiên u cầu phải có
trình độ về khoa học cao.
Bao gồm nhiều phương pháp nhỏ khác nhau như: Phương pháp sol-gel, phương pháp
lắng đọng pha hơi, phương pháp hồ quang plasma, phương pháp mạ điện, phương pháp
khử sinh học,… Trong đó nổi bật nhất là phương pháp sol-gel, thường dùng để chế tạo
các vật liệu nano điển hình là các oxit kim loại.
Phương pháp này đi từ các phân tử huyền dạng keo rắn trong chất lỏng để tạo thành một
mạng lưới liên tục dựa trên nền tảng pha rắn thông qua các phản ứng hóa học. Các giai
đoạn chính trong phương pháp sol-gel là:
Thủy phân – ngưng tụ  Gel hóa  Định hình  Sấy  Thiêu kết

5


1.2 Tổng quan về hạt nano bạc
Bạc là kim loại chuyển tiếp có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1,
thuộc chu 5, nhóm IB. Bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt với các thông số ô
mạng cơ sở là a = b = c = 4,08Å.
1.2.1 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng
Hạt nano bạc ngày càng được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như y sinh,
hóa học, cảm biến, điện tử,… cho thấy tầm quan trọng của bạc trong cuộc sống. Bạc ở
kích thước nano có các tính chất quang học, hóa học, sinh học khác biệt so với vật liệu
bạc nguyên khối. Các đặc tính nổi bật này được đặc trưng bởi kích thước và hình dạng
của hạt nano bạc.
Nhờ hiện tượng plasmon bề mặt mà hạt nano bạc có thể hấp phụ ánh sáng ở một bước
sóng đặc trưng, thường trong khoảng 400nm. Khi hạt nano bạc được tiếp xúc với một
bước sóng cụ thể của ánh sáng, trường điện từ dao động của ánh sáng làm dao động các
điện tử dẫn đến q trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Vì vậy hình thành một dao
động lưỡng cực theo hướng điện trường của ánh sáng, gọi là hiện tượng plasmon cộng

hưởng.
Trong nghiên cứu khoa học, hạt nano bạc được biết đến với 2 ứng dụng chủ yếu là khả
năng xúc tác cho phản ứng hóa học và làm vật liệu diệt khuẩn.
1.2.2 Các phương pháp tổng hợp nano bạc
1.2.2.1 Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học là phương pháp phổ biến và được dùng nhiều nhất trong tổng hợp
hạt nano bạc. Ưu điểm của phương pháp hóa học là dễ dàng thực hiện trong quy mơ
phịng thí nghiệm và có thể kiểm sốt được kích thước của hạt nano bạc thông qua các
yếu tố ảnh hưởng như hàm lượng tác chất, nồng độ, loại hóa chất khử sử dụng,… Phương
pháp khử hóa học được chia thành các phương pháp nhỏ sau:
Phương pháp khử hóa học: Phương pháp này dùng các tác nhân khử để khử ion bạc
thành các hạt bạc. Các tác nhân khử thường dùng là natri bohidrua, natri citrat, glyxerol,
6


hydrazin, axit ascorbic,… Thông thường hạt nano bạc được điều chế từ muối bạc nitrate
(AgNO3) bằng phản ứng khử, hạt bạc tạo thành thường không bền nên được phân tán
lên các chất nền.
Phương pháp phản ứng thế: Phương pháp này sử dụng để tổng hợp các dung dịch chứa
nano bạc, sử dụng một kim loại có thế oxy hóa khử thấp hơn để khử các ion bạc thành
bạc kim loại ở kích thước nano. Thơng thương hạt nano bạc được tạo thành trong dung
dịch và phải sử dụng các chất là bền như các polymer, chất hoạt động bề mặt...
Phương pháp khử bức xạ: Dùng tia bức xạ gamma khử ion bạc thành bạc kim loại,
phương pháp này thân thiện với mơi trường vì khơng sử dụng chất khử hóa học. Tuy
vậy, phương pháp này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và chưa được áp dụng rộng
rãi.
Phương pháp điện hóa: Phương pháp tổng hợp hạt nano bạc trong bình điện phân, sử
dụng tấm Pt làm cực dương và dây bạc làm cực âm. Trong quá trình điện phân ion bạc
sẽ được giải phóng từ điện cực bạc, dưới tác dụng của chất khử các hạt nano bạc được
hình thành.

1.2.2.2 Phương pháp vật lý
Phương pháp vật lý sử dụng các kỹ thuật vật lý ở điều kiện chính xác cao để tạo ra các
hạt nano có độ tinh khiết cao, tuy nhiên yêu cầu các thiết bị kỹ thuật cao đáp ứng quy
trình chế tạo. Các phương pháp vật lý chính như sau:
Phương pháp bay hơi vật lý: Phương pháp bay hơi vật lý bao gồm các kỹ thuật ngưng
tụ khí trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dịng hơi. Các kỹ thuật bay hơi vật lý được thức
hiện ở nhiệt độ cao (>2000oC) tạo ra các sản phẩm có độ tinh khiết cao, kích thước hạt
nano nhỏ (khoảng 15 – 50nm).
Phương pháp ăn mòn laze: Phương pháp này sử dụng chùm laze bắn lên vật liệu khối
đặt trong dung dịch chứa chất hoạt hóa bề mặt. Hạt nano bạc được tạo thành với kích
thước nhỏ (khoảng 10nm) và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt.

7


Phương pháp phân hủy nhiệt: Phương pháp sử dụng tổng hợp hạt nano bạc dạng rắn,
phân hủy nhiệt các hợp chất phức bạc hữu cơ. Hạt nano bạc tạo ra có kích thước khoảng
10nm.
Phương pháp bức xạ vi sóng điện từ: Phương pháp tổng hợp các dung dịch chứa nano
bạc, dung dịch ban đầu chứa ion bạc, chất khử và chất ổn định và được chiếu xạ vi sóng.
Dưới tác dụng của sóng điện từ q trình khử và hình thành hạt nano bạc được diễn ra.
1.2.2.3 Phương pháp điện hóa
Phương pháp tổng hợp hạt nano bạc trong bình điện phân, sử dụng tấm Pt làm cực dương
và dây bạc làm cực âm. Trong quá trình điện phân ion bạc sẽ được giải phóng từ điện
cực bạc, dưới tác dụng của chất khử các hạt nano bạc được hình thành.
1.3 Tổng quan về graphene oxide (GO)
1.3.1 Cấu trúc, tính chất và ứng dụng
Graphene là graphite (than chì) đơn lớp được tạo thành từ các nguyên tử carbon lai hóa
sp2 sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng 1 mặt phẳng (2D) hay còn gọi là cấu trúc tổ
ong. Graphene với nhiều tính chất đặc biệt như độ bền cơ học cao, tính dẫn điện và 1 số

đặc tính khác, vì vậy nó được nghiên cứu ứng dụng trong việc tạo nanocomposite với
polymer. Tuy nhiên, việc sử dụng graphene nguyên sơ khơng được thuận lợi, do khó
khăn trong tổng hợp, khó hịa tan và dễ bị kết tụ trong dung dịch [10]. Do đó, các dẫn
xuất từ vật liệu graphene nguyên sơ như graphene oxide (GO) hay vật liệu graphene
oxide bị khử (r-GO) được ưu tiên sử dụng.

8


Hình 1.1 Cấu tạo của graphene, graphene oxide và reduced graphene oxide
Nhờ có thêm các nhóm chức chứa oxy đã làm tăng rất nhiều khả năng phản ứng của GO,
đồng thời làm tăng khoảng cách giữa các lớp GO và tăng khả năng ưa nước của GO giúp
dễ hòa tan hơn. Qua đó, GO được ứng dụng nhiều hơn trong các lĩnh vực khác nhau như
công nghệ vật liệu, công nghệ sinh học, y sinh, môi trường,… Cụ thể, GO được sử dụng
trong các thiết bị điện tử, thiết bị lưu trữ năng lượng, cảm biến sinh học, bộ lọc nước,
cơng nghệ sơn,… Graphene oxide (GO) có cấu trúc carbon lục giác tương tự graphene
và có chứa các nhóm chức như hydroxyl (-OH), epoxide (C-O-C), carbonyl (-C=O),
carboxylic acid (-COOH),…

Hình 1.2 Cấu tạo graphene oxide và các nhóm chức

9