(Đồ án tốt nghiệp) 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 HĨA 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

SKL006167

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
MSSV: 15128030

Họ và tên sinh viên: HỒNG VĂN HÙNG
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 MÔN

thán
g

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
TÓM 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


1.4.2Những vật liệu nanocomposit

1.5Chất màu hữu cơ: methylene blue (MB) .............................

1.5.1Khái quát chung ....................

1.5.2Các phương pháp phân hủy c
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................

2.1Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm ..........................................

2.2Quy trình thí nghiệm ............................................................

2.2.1Chuẩn bị dụng cụ ..................

2.2.2Xây dựng quy trình tổng hợp

2.2.3Khảo sát tỷ lệ AgNO3:GO ....
2.2.4Tổng hợp hạt nano bạc bằng

2.2.5Khảo sát hoạt tính xúc tác ph

2.2.6Khảo sát độ bền của hạt nano

2.3Các phương pháp phân tích vật liệu ....................................

2.3.1Phân tích hình dạng và cấu tr
2.3.2Phân tích đặc điểm, tính chất
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................

3.1Vật liệu nanocomposite Ag-GO ..........................................

3.1.1Xây dựng quy trình tổng hợp

3.1.2. Đặc điểm tính chất vật liệu nanocomposite Ag-GO .....................................
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ AgNO3:GO ..................................................................
iv


3.2Hạt nano bạc tổng hợp bằng phương pháp citrate ...............

3.3Đánh giá khả năng xúc tác phản ứng phân hủy MB của vật

3.3.1So sánh hoạt tính xúc tác của

3.3.2Hoạt tính xúc tác của 2 mẫu A

3.4Kết quả khảo sát độ bền của vật liệu Ag-GO ......................
KẾT LUẬN ...................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................

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 không centrifugation theo thời gian.............35

vi


GO
MB
Ag-GO
Ag-GO-nhanh

Ag-GO-cham
Ag-GO (375)
Ag-GO (500)
Ag-GO (700)
Ag-citrate
UV-Vis

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Graphene oxide
Methylene blue
Vật liệu nanocomposite bạc trên nền graphene oxide
Mẫu Ag-GO với chất khử được thêm nhanh vào dung dịch

Mẫu Ag-GO với chất khử được thêm chậm vào dung dịch
Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 375L
Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 500L
Mẫu Ag-GO với lượng AgNO3 là 700L

TEM

Hạt nano bạc tổng hợp bằng phương pháp citrate

SEM

Quang phổ hấp thụ

FT-IR

Kính hiển vi điện tử truyền qua

XRD

Kính hiển vi điện tử quét
Quang phổ hồng ngoại
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 AgGO 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 AgNO 3 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 AgNO 3
khác nhau cho phản ứng phân hủy MB sử dụng NaBH 4. 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),
4-nitrophenol, 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
-9

(1nm = 10 m). 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

5



Sấy



Thiêu kết


1.2 Tổng quan về hạt nano bạc
2

2

6

2

6

10

2

6

10

1

Bạc là kim loại chuyển tiếp có cấu hình electron là 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s ,
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
o

hiện ở nhiệt độ cao (>2000 C) 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
2

sp 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