Luận văn Nghiên cứu tổng hợp một số dạng Cu₂O, Cu₂O/Au Nano và khả năng ứng dụng của chúng

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu tổng hợp một số dạng Cu₂O, Cu₂O/Au Nano và khả năng ứng dụng của chúng

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu2O, Cu2O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội–Năm 2014
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẠNG Cu2O, Cu2O/Au NANO VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: - HDC: PGS.TS. TRIỆU THỊ NGUYỆT - HDP: TS. NGẠC AN BANG Hà Nội–Năm 2014
3. LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Triệu Thị Nguyệt đã giao đề tài và đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin được gửi lời cám ơn chân thành tới TS. Ngạc An Bang đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, Tôi xin chân thành cám ơn ThS. Sái Công Doanh đã trực tiếp giúp đỡ, trao đổi kinh nghiệm để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các anh chị nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao hoc, các em sinh viên trong Trung tâm khoa học vật liệu, trường Đại học Khoa hoc Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm. Tôi chân thành cảm ơn Đề tài QG – 13 - 03 đã hỗ trợ cho tôi thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các cô chú kỹ thuật viên Bộ môn Hóa vô cơ đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bài luận văn này. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này Hà Nội, Ngày 06 tháng 11 năm 2014 Học viên Vũ Thị Nhớ
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 3 1.1. Đồng (I) oxit (Cu2O) .............................................................................................. 3 1.1.1. Các phương pháp tổng hợp Cu2O nano ........................................................... 4 1.1.1.1. Phương pháp khử trong dung dịch ........................................................ 4 1.1.1.2. Phương pháp đồng kết tủa ..................................................................... 5 1.1.1.3. Phương pháp sử dụng bức xạ và sóng siêu âm. .................................... 5 1.1.2. Ứng dụng của Cu2O nano ............................................................................ 5 1.1.2.1. Xúc tác oxi hóa khử .............................................................................. 5 1.1.2.2. Xúc tác quang hóa ................................................................................. 6 1.1.2.3. Xúc tác cho quá trình polime hóa ......................................................... 7 1.1.2.4. Chế tạo cảm biến ................................................................................... 8 1.1.2.5. Cu2O với quá trình chuyển hóa năng lượng .......................................... 9 1.2. Vàng (Au) ......................................................................................................... 10 1.2.1. Các phương pháp tổng hợp Au nano ............................................................. 10 1.2.1.1. Phương pháp phát triển mầm .............................................................. 11 1.2.1.2. Phương pháp thủy nhiệt ...................................................................... 11 1.2.1.3. Phương pháp khử nhiệt ....................................................................... 11 1.2.2. Ứng dụng của Au nano .............................................................................. 12 1.2.2.1. Xúc tác quang hóa ............................................................................... 12 1.2.2.2. Xúc tác oxi hóa khử ............................................................................ 13 1.2.2.3. Chế tạo pin năng lượng mặt trời ......................................................... 14 1.2.2.4. Ứng dụng trong sinh, y học. ................................................................ 14 1.3. Cấu trúc dị thể Au –Cu2O nhân – vỏ ................................................................ 15 1.3.1. Các phương pháp tổng hợp Au – Cu2O nhân – vỏ ........................................ 16 1.3.1.1. Phương pháp khử hóa học................................................................... 16 1.3.1.2. Phương pháp sử dụng bức xạ sóng siêu âm ........................................ 16 1.3.1.3. Phương pháp ủ nhiệt ........................................................................... 16 1.3.2. Ứng dụng của Au – Cu2O nhân – vỏ ......................................................... 16 1.3.2.1. Xúc tác quang hóa. ............................................................................... 17 1.3.2.2. Chế tạo cảm biến khí. ........................................................................... 17
5. 1.3.2.3. Chế tạo cảm biến glucozơ ................................................................... 18 1.4. Các phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 18 1.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X ...................................................................... 18 1.4.2. Phương pháp quang phổ UV – VIS ........................................................... 19 1.4.3. Kính hiển vi điện tử quét SEM .................................................................. 20 1.4.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..................................................... 21 1.4.5. Quang phổ tia X (PIXE) ............................................................................ 22 CHƢƠNG 2: MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ....................................................................................................................... 24 2.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu. ...................................................................... 24 2.2. Hóa chất ............................................................................................................... 24 2.2.1. Hóa chất ......................................................................................................... 24 2.2.2. Pha hóa chất ................................................................................................... 24 2.3. Thực nghiệm ..................................................................................................... 25 2.3.1. Điều chế Cu2O nano .................................................................................. 25 2.3.2. Điều chế hạt nano vàng .............................................................................. 26 2.3.3. Điều chế thanh vàng: ................................................................................. 27 2.3.4. Điều chế Au – Cu2O nhân – vỏ.................................................................. 28 2.3.5. Sử dụng Cu2O nano và Au – Cu2O nano xúc tác cho quá trình khử màu xanh metylen ........................................................................................................... 29 2.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 31 2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................... 31 2.4.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)................................................................ 31 2.4.3. Phương pháp quang phổ UV –Vis ............................................................. 31 2.4.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...................................................... 31 2.4.5. Phương pháp quang phổ tia X (PIXE) ....................................................... 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 32 3.1. Tổng hợp Cu2O ................................................................................................. 32 3.2. Tổng hợp nhân vàng kích cỡ nanomet ............................................................. 35 3.2.1. Hạt nano vàng ............................................................................................ 36 3.2.2. Thanh nano vàng ........................................................................................ 37 3.3. Điều chế cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu2O ................................................. 39 3.3.1. Cấu trúc dị thể với nhân là hạt nano vàng ................................................. 39
6. 3.3.2. Cấu trúc dị thể với nhân là thanh vàng ...................................................... 47 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt. .............................................. 52 3.4.1. Ảnh hưởng của CTAB và PVP khi sử dụng nhân là hạt nano vàng .......... 52 3.4.1.1. Chất hoạt động bề mặt CTAB ............................................................. 52 3.4.1.2. Chất hoạt động bề mặt PVP ................................................................ 55 3.4.2. Ảnh hưởng của CTAB và PVP khi sử dụng nhân là thanh nano vàng ......... 57 3.4.2.1. Chất hoạt động bề mặt CTAB. .............................................................. 57 3.4.2.2. Chất hoạt động bề mặt PVP .................................................................. 61 3.5. Sử dụng Cu2O, Au - Cu2O nano xúc tác cho quá trình khử màu dung dịch metylen xanh .............................................................................................................. 64 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 67
7. DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Điều kiện tổng hợp Cu2O nano ... 26 Bảng 2: Điều kiện tổng hợp cấu trúc nhân – vỏ Au – Cu2O ..... 28 Bảng 3: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ metylen xanh ... 30 Bảng 4: Kết quả điều chế Cu2O với lượng chất khử khác nhau ... 32 Bảng 5: Kết quả tổng hợp cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au –Cu2O với nhân là hạt nano vàng .. 40 Bảng 6: Kết qủa phân tích đế silic và mẫu phân tán trên đế silic . 44 Bảng 7: Kết quả tổng hợp nhân – vỏ Au – Cu2O với nhân là thanh nano 48 vàng Bảng 8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của CTAB với việc tạo cấu trúc dị thể Au - Cu2O với nhân là hạt nano vàng 52 Bảng 9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân là hạt nano vàng 55 Bảng 10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của CTA tới việc tạo cấu trúc dị thể Au –Cu2O với nhân là thanh nano vàng . 57 Bảng 11: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của PVP tới việc tạo cấu trúc dị thể Au – Cu2O với nhân là thanh vàng 61 Bảng 12: Ảnh hưởng của xúc tác và thời gian đến độ chuyển hóa của xanh metylen................................................................................................................. 64
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ô cơ sở của mạng tinh thể Cu2O ....................................................................... 3 Hình 2: Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét ..................................................... 20 Hình 3: Sơ đồ nguyên lí (1) và súng phóng điện tử (2) của kính hiển vi điện tử truyền qua ....................................................................................................................... 22 Hình 4: Sơ đồ nguyên lí phổ PIXE ................................................................................ 23 Hình 5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ xanh metylen .. 30 Hình 6: Giản đồ XRD của mẫu N1 ................................................................................ 32 Hình 7: Giản đồ XRD của mẫu N2 ................................................................................ 33 Hình 8: Giản đồ XRD của mẫu N3 ................................................................................ 33 Hình 9: Giản đồ XRD của mẫu N4 ................................................................................ 34 Hình 10: Ảnh SEM của mẫu N1, N2, N3, N4 ............................................................... 35 Hình 11: Giản đồ XRD của hạt nano Au ....................................................................... 36 Hình 12: Ảnh TEM và phổ UV - Vis của hạt nano Au .................................................. 37 Hình 13: Giản đồ XRD của thanh nano Au ................................................................... 38 Hình 14: Ảnh TEM và phổ UV – Vis của thanh nano vàng .......................................... 38 Hình 15: Giản đồ XRD của mẫu D1 ............................................................................. 40 Hình 16: Giản đồ XRD của mẫu D2 .............................................................................. 41 Hình 17: Giản đồ XRD của mẫu D3 ............................................................................. 41 Hình 18: Giản đồ XRD của mẫu D4 .............................................................................. 42 Hình 19: Phổ PIXE phân tích đế silic tinh khiết ........................................................... 43 Hình 20: Phổ PIXE phân tích mẫu D7e ......................................................................... 43 Hình 21: Ảnh SEM của mẫu D1, D2, D3, D4 ............................................................... 45 Hình 22: Ảnh TEM của mẫu D1 .................................................................................... 46 Hình 23: Phổ UV –Vis của mẫu D1, D2, D3, D4 .......................................................... 47 Hình 24: Giản đồ XRD của mẫu D6 .............................................................................. 48 Hình 25: Giản đồ XRD của mẫu D8 .............................................................................. 49 Hình 26: Ảnh SEM của mẫu D5, D6, D7, D8 ............................................................... 50
9. Hình 27: Ảnh TEM của mẫu D5, D6 ............................................................................. 51 Hình 28: Phổ UV –Vis của mẫu D5, D6, D7, D8 ........................................................ 52 Hình 29: Giản đồ XRD của mẫu D4b ............................................................................ 53 Hình 30: Giản đồ XRD của mẫu D4c ............................................................................ 54 Hình 31: Ảnh SEM của mẫu D4d, D4c ......................................................................... 54 Hình 32: Giản đồ XRD của mẫu D5a ............................................................................ 56 Hình 33: Giản đồ XRD của mẫu D5b ............................................................................ 56 Hình 34: Ảnh SEM của mẫu D5a, D5b ......................................................................... 57 Hình 35 : Giản đồ XRD của mẫu D6c ........................................................................... 58 Hình 36: Giản đồ XRD của mẫu D6d ............................................................................ 59 Hình 37: Ảnh SEM của mẫu D6c, D6d ......................................................................... 59 Hình 38: Ảnh TEM của mẫu D6c .................................................................................. 60 Hình 39: Phổ UV –Vis của mẫu D6c ............................................................................. 60 Hình 40: Giản đồ XRD của mẫu D7c ............................................................................ 62 Hình 41: Giản đồ XRD của mẫu D7d ............................................................................ 62 Hình 42: Ảnh SEM của mẫu 7c, D7d ............................................................................ 63 Hình 43: Độ chuyển hóa của phản ứng mất màu MB theo thời gian ............................ 65
10. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CTAB Cetyl trimetyl ammoni bromide MB Xanh metylen PVP Polyvinylpyrrolidone PIXE Quang phổ tia X SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TSC Natri xitrat SDS Natri dodecyl sunfat XRD Phổ nhiễu xạ tia X viii