Luận án Tiến sĩ: Chế tạo hạt nano Ag/Au và nanocomposite Au/TiO2 bằng plasma

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYÊN THỊ THU THỦY LUẬN ÁN TIEN SĨ VAT LIEU VA LINH KIEN NANO HA NOI - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYEN THỊ THU THUY Chuyén nganh: Vat liéu va linh kién nano Mã số: 944012801.QTD LUẬN ÁN TIEN SĨ VAT LIEU VÀ LINH KIỆN NANO NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYEN THE HIỆN 2. ĐỖ HOANG TUNG HA NOI - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rang đây là công trình nghiên cứu của tôi, với sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Thế Hiện — Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội và TS Đỗ Hoàng Tùng — Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây.

Những nội dung luận án có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác pham, tap chí và các trang web được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Thủy LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Thế Hiện và TS Đỗ Hoàng Tùng, những người thầy trực tiếp dẫn dắt, chỉ bảo tận tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất và giúp đỡ tôi thực hiện luận án này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô, anh, chi, em va bạn bè trong Trường Đại học Công nghệ — Dai học Quốc gia Hà Nội đã dành cho tôi những tình cảm tốt đẹp, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu, các đồng nghiệp tại Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy nơi tôi công tác, đã luôn tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoản thành luận án này.

Tôi xin cảm ơn gia đình, những người thân của tôi đã luôn bên cạnh, động viên giúp tôi thực hiện tốt chương trình học tập và nghiên cứu dé hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm on! Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Thủy MỤC LỤC BANG KI HIỆU HOẶC CHỮ VIET TẮTT.s- 5s se ssssesses V DANH MỤC HÌNH ẢNH.-°- 5-52 s<ssSssSvseEsevsserssersersserssre vii DANH MỤC BANG BIỀU.--s <5 5£ sssss se =sessessessesersessee xiii MỞ ĐẦUU. TONG QUAN VE LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU. Vài nét chung về Khoa học và Công nghệ Nano.

Tổng quan chung về vật liệu nan0. Vật liệu nano và phân loại Vật HEU T121110. Tính chất của vật HEU MANO. Phương pháp chế tạo vật HEU NAM.

Tổng quan về hạt nano vàng, nano bạc (AuNPs, AgNPs). Một số tính chất đặc trưng của vật liệu nano vàng, nano bạc. Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng, nano bạc. Tổng quan về vật liệu Titan điôxít, composite Au/TiO:.

Cơ chế quang xúc tác của Titan điôÊxít. Các biện pháp nâng cao hiệu quả quang xúc tác Titan điôxít. Ung dụng tính quang xúc tác của Titan điôêxíf. Vật HEU COIHJDOSÍẨ© ¿Á HH/TÍÍ()2.

Phương pháp tong hợp vật liệu nano bằng lasma. Một số thông tin chung về plasma va ứng dụng của plasma. Phương pháp tương tác plasma Chất lỎIng. Uu điểm của phương pháp tương tác plasma chất lỏng so với các DhưƠnhg PAP ÀH‹ẮC.

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VA KHẢO SÁT.1 Chế tao nano bac bằng phương pháp tương tac plasma chất lỏng. Hệ tương tác plasma chất long chế tạo nano DAC. Cơ chế hình thành nano bạc trong hệ tương tác plasma chất lỏng "5". Quy trình chế tạo NANO DAC .----s< se 5es£se£E2s E222 222zczszce54 2.

Vật liệu và hóa ChấT. Chế tao nano vàng va nanocomposite Au/TiO2 bằng phương pháp tương tác plasma chất lồng. e2 se se ssss£ssessexsetsersesseessesse 55 2. Hệ thiết bị tong tác plasma chất lỏng chế tao nano vàng và NANOCOMPOSItC AÁÁ LỊ/TÌÏÖ2.

Cơ chế hình thành AuNPs trong hệ tương tác plasma chất lỏng 229496904. Quy trình ChE (A0 NANO VANE srosssseesseessesssesssesssseessesssesssesssesssssesseeees 61 2. Quy trình chế tao nanocomposite. Vật liệu và hóa ChẤTK.

Các thông số ảnh hưởng đến quá trình hình thành hat nano của phương pháp tương tac plasma chất lồng. Độ dẫn của dung (ÍÍCh. Khoảng CÁCH GIEN CUC rsssrssrssressssrssvssvsssssssscesssscsscssssssssssssssssessssssosees 64 2.3, Điện thé GNM cesvesssesssesssvsssvssssssssesssesssvsssvsssvssssssssesssvsssvsssesssessssesssessees 65 2. Nông độ tÍÊN CHA eessesssvsssvserssessvsssvsssvsssvsssvssssssssssssvsssssssssssssssssessassees 66 2.

Khảo sát thành phan của hat mano. Khảo sát thành phan bang phổ tán sắc tia XX. Khảo sát thành phan, ty lệ cấu tạo bang phổ quang điện tử tia X mm”. Khao sát thành phan băng phổphát xạ quang học.

Khảo sát hình dạng và kích thước hat nan0. Khảo sát hình thái bê mặt của các hạt nano bang hiển vi điện tử “KT — ,S IV }M. Khao sat hinh dang, kich thuéc hat nano qua hiển vi điện tử TEM 4294. Nghiên cứu một số tinh chất của hat Mano.

Nghiên cứu tính chất quang bằng phổ LJV-Vis. Khảo sát tính bên vững của hat nano thông qua phép do thézeta 2294562096 0904. Nghiên cứu hiệu UNG QUANG XUC ÍẮC.--<<e5<es<ss«essessessessessee 70 2. Khao sát khả năng diệt khuẩn của hat nano bạc.

NGHIEN CUU CHE TAO NANO BAC BANG PHUONG PHAP TUONG TAC PLASMA CHAT LONG VA KHAO SAT HOAT TÍNH KHANG KHUAN CUA CHỨNG. Anh hưởng của độ dẫn dung dịch. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực .-----s--s-s se se <sess 79 3. Anh hưởng của cường độ dòng điện.

Anh hưởng của hiệu điện thế đỉnh: .---s--s se se sssses<e 85 3. Đánh giá kha năng diệt khuẩn của dung dich nano bac đã chế tao. NGHIEN CUU CHE TAO HAT NANO VANG, NANOCOMPOSITE Au/TiO2 BẰNG PHƯƠNG PHAP TƯƠNG TAC PLASMA CHAT LONG VA KHAO SAT TINH CHAT CUA CHUNG 92 4. Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình chế tao hạt nano vàng thông qua khảo sát tính chất quang.

Quang phổ phát xạ của microplasma trong quá trình tương tác plasma chat //). Anh hướng của nông độ tiên chất đến kích thước hạt. Ảnh hướng của cường độ dòng điện lên tốc độ hình thành hạt nano AVA, KEE TUM mẽ nh h. Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến quá trình chế tạo nanocomposite Au/TiO¿ và khảo sát tính chất quang xúc tác.

Nghiên cứu các thông số của quá trình biến tính TiO: thông qua 4. Anh hướng của thời gian biến tính TiO: lên khả năng gắn nano vàng khi chế tạo nanocomposite .---ss<ssss2e2ssse522 105 4. Khảo sát ảnh hưởng của biến tính TiO: đến hiệu suất quang xúc tác của nanocomposite Au/T1O› được CHE fẠ0. Sự phân hủy quang xtc tác của MB bởi nano TiO2 và NANOCOPOSILC ,Á LH/TÏÏ)),.5, Sự phân hủy quang xtc tác của MB bởi nanocomposite Au/TiOz KALCO MAE EDTA.

Sự phan hủy quang xtc tác của MB bởi nanocomposite Au/TiOz KAI CÓ HH ÌÏ2()). Anh hướng của pH đến sự phan hủy quang xúc tác của MB bói HAHOCOIHDOSÍÍC AÁÁ LỊ/ TÌÍÖ2. Danh giá khả năng tai SIÏ CUNY. KOC TUB mann nh.

126 DANH MỤC BAI BAO CÓ LIÊN QUAN DEN LUẬN ÁN. 128 TÀI LIEU THAM KHẢO .-- <5 se se ssessessevssesserseesserse 129 IV BANG Ki HIỆU HOẶC CHỮ VIET TAT KY HIEU NOI DUNG KH&CN Khoa hoc va Céng nghé VLKT&CNN | Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano CVD Chemical Vapor Deposition (phương pháp lắng đọng hơi hóa học) PVD Physical Vapor Deposition (phương pháp lắng đọng hơi vật lý) TiOz Titan điôxít AgNPs Silver nanoparticles (Hat nano bac) AuNPs Gold nanoparticles (Hat nano vang) Au/TiO2 Nanocomposite Ar Khi Argon SPR Surface Plasmon Resonance (Cộng hưởng plasmon bề mặt) PLI Plasma Liquid Interaction (Tuong tac plasma chat long) HAuCl¿ Muối vàng clorua AgNOa Muối bạc nitrat UV Ultraviolet (Tử ngoại) vis Visible (Khả kiến) MB Methylene blue (Xanh metylen) SEM Scanning Electron Microscope (Kính hién vi điện tử quét) TEM Transmission Electron Microscopy (Kính hiên vi điện tử truyền qua) XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy (phổ quang điện tử tia X) EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xa năng lượng tia X) UV-Vis Ultraviolet - Visible spectroscopy (quang phố hap thu) AE, Độ rộng vùng cam W Hàm công Er Mức năng lượng HOMO Quỹ đạo phân tử cao nhất bị chiếm chỗ LUMO Quỹ đạo phân tử thấp nhất không bị chiếm chỗ Rpas Tốc độ hình thành nano bạc Ragnp Tốc độ hòa tan điện cực CagnP Nong độ nano bạc N% Ty lệ nano hóa Co Nông độ trước khi chiếu xa (g/l) CŒ; Nông độ tại thời điểm t khi chiếu xạ (g/1) f Thời gian k (min) Hệ số tốc độ bậc nhất giả V Thế đánh thủng Pp Ap su at d Khoảng cách giữa 2 điện cực y Hệ số Townsend I Cường độ dong phóng điện PF Hệ số công suất P Công suất tiêu thụ n Chiét suat vi DANH MỤC HÌNH ANH Hình 1. Kính cửa số với nhiều màu sắc thường thấy trong các nhà thờ Thiên Chúa giáo ở Châu Âu thời Trung Cé được chế tạo bằng thủy tinh pha tạp các hat nano vàng, nano bạc và nano đồng [§].----- ¿2 2+s+s+£s+zx+rxzsez 5 Hình 1. Các vật liệu nano được nghiên cứu nhiều nhất, thống kê theo số công trình đã công bó, ghi nhận trong cơ sở dit liệu KH&CN Nano [70].

Thống kê số lượng bằng phát minh sáng chế đã công bó, ghi nhận trong cơ sở dữ liệu KH&CN Nano [7(|]. Những lĩnh vực ứng dụng của Công nghệ va Vật liệu Nano được trích dẫn thường xuyên nhất được liệt kê trong cơ sở đữ liệu về KH&CN Nano, ghi nhận từ 08 quốc gia tiêu biểu [70].----- 2-2 22 +2+E2+E£2E++EE+EE+rxerxerxerree 9 Hình 1. Số bài báo khoa học trên lĩnh vực KH&CN Nano của Việt Nam đã được lập chỉ mục trong cơ sở dữ liệu Web of Science (WoS) từ năm 2000 đến năm 2021, trích lục thống kê của Statnano. Phân loại các vật liệu nano (a) OD các hat cầu hoặc các đám hạt; (b) 1D day nano, thanh nano; (c) 2D mang mỏng nano, tam nano và các mang, lưới nano; (d) 3D vật liệu nano nói chung có kích thước cả ba chiều không gian 0100130950548: 101010177.

Các phương pháp, kỹ thuật chế tạo vật liệu nano trong các tiếp cận: “Từ dưới lên” và “Tir trên xuống” [6]. Sự hình thành vật liệu ở các dạng cau trúc tinh thể từ các phần tử cầu 0000. Cốc thủy tinh lưỡng sắc Lycurgus có màu xanh lục mờ nhìn dưới ánh sáng phản xạ và màu ruby đỏ tím dưới ánh sáng truyền qua [9]. Biến đổi của câu trúc vùng năng lượng của một chất rắn khi kích thước mẫu giảm từ dạng khối thành hạt nano (cho tới mức độ nguyên tử đơn lẻ).

Minh họa Hiệu ứng giam giữ lượng tử - giải thích cho hiện tượng dịch chuyển mau lam [54]_.----- 2 25 E+EE+EE+E£E££E+EE+EE+EEzEerkerxrrsres 24 Hình 1. Sơ đồ minh họa dao động tập thé của các điện tử dẫn qua hạt nano trong trường điện từ của ánh sáng tới, giải thích hiện tượng hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt SPR [83].----2¿ £©52+S£+EE+EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEkerkerkees 25 Hình 1.