Luận án tổng hợp vật liệu nano đơn, lưỡng kim loại Au, Ag và ứng dụng

Nanoparticles Au có kích thước từ 1-100 nm. Chúng thể hiện hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt độc đáo. Màu sắc dung dịch thay đổi theo kích thước hạt. Nano vàng hình cầu có màu đỏ rượu đặc trưng. Nanoparticles Ag có tính kháng khuẩn mạnh mẽ. Bề mặt riêng lớn tăng khả năng tương tác với vi khuẩn. Năng lượng bề mặt cao khiến hạt dễ kết tụ. Cần chất ổn định để duy trì độ phân산.

Phương pháp tổng hợp quyết định hình thái hạt nano. Kích thước và hình dạng ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất. Phương pháp khử hóa học cho phép kiểm soát tốt. Tổng hợp xanh thân thiện với môi trường. Sử dụng chất khử sinh học giảm độc tính. Phương pháp chiếu xạ tạo sản phẩm tinh khiết cao. Tuy nhiên khó tổng hợp số lượng lớn. Lựa chọn phương pháp phù hợp với mục đích ứng dụng.

Chất ổn định ngăn hạt nano kết tụ. Chitosan và dextran là polimer tự nhiên ưu việt. Chúng có tính phân hủy sinh học cao. Không gây độc hại cho môi trường. Chitosan biến tính tan tốt trong nước. Dextran vừa làm chất khử vừa ổn định. Cả hai đều tăng tính tương thích sinh học. Giúp vật liệu nano an toàn cho ứng dụng y sinh.

AgNO3 là tiền chất phổ biến cho nano bạc. NaBH4 khử ion Ag+ thành Ag0. Chitosan bao phủ bề mặt ngăn kết tụ. Phản ứng xảy ra rất nhanh ở nhiệt độ phòng. Dung dịch chuyển từ trong suốt sang vàng nhạt. Hạt nano bạc hình cầu có kích thước đồng đều. Kích thước điều khiển bằng nồng độ chitosan. Nồng độ cao cho hạt nhỏ hơn. Sản phẩm ổn định trong nhiều tháng.

HAuCl4 là nguồn cung cấp ion Au3+. Dextran vừa khử vừa ổn định hiệu quả. Nano vàng hình cầu có màu đỏ rượu đặc trưng. Để tạo hình đa nhánh cần chất định hướng. CTAB thường được sử dụng cho mục đích này. Nano vàng đa nhánh có nhiều đỉnh nhọn. Tăng diện tích bề mặt cho ứng dụng xúc tác. Hình thái phức tạp cần kiểm soát nhiều tham số.

Nano lưỡng kim kết hợp ưu điểm của cả hai kim loại. Có thể tổng hợp đồng thời hoặc tuần tự. Phương pháp đồng thời khử cả hai muối cùng lúc. Phương pháp tuần tự tạo cấu trúc lõi-vỏ. Tỷ lệ Ag/Au quyết định tính chất cuối cùng. Hoạt tính kháng khuẩn được tăng cường đáng kể. Dextran ổn định tốt cả hai loại kim loại.

Tia gamma Co-60 có năng lượng 1.17 và 1.33 MeV. Năng lượng này đủ mạnh phân ly phân tử H2O. Tạo ra các gốc tự do: e-aq, H•, OH•. Gốc e-aq và H• có tính khử mạnh. Gốc OH• có tính oxi hóa. Cần thêm chất bắt gốc OH• như isopropanol. Chỉ để lại các gốc khử hoạt động. Quá trình xảy ra đồng đều trong toàn dung dịch.

Dung dịch muối kim loại được chuẩn bị với chất ổn định. Chiếu xạ với liều từ 5-50 kGy. Gốc tự do khử ion kim loại dần dần. Màu sắc dung dịch thay đổi theo thời gian chiếu. Nano bạc cho màu vàng, nano vàng cho màu đỏ. Hạt có kích thước từ 5-20 nm. Phân bố kích thước hẹp hơn phương pháp hóa học. Sản phẩm ổn định lâu dài.

Ưu điểm: sản phẩm tinh khiết, không dùng hóa chất độc. Kích thước đồng đều, tính chất ổn định. Thân thiện môi trường, dễ kiểm soát. Nhược điểm: cần thiết bị chuyên dụng đắt tiền. Không phù hợp sản xuất công nghiệp lớn. Tốc độ tổng hợp chậm hơn phương pháp hóa học. Cần nhân viên được đào tạo chuyên sâu.

Nano bạc giải phóng ion Ag+ liên tục. Ion này gắn vào màng tế bào vi khuẩn. Phá hủy cấu trúc màng, tăng tính thấm. Xâm nhập vào tế bào, tương tác với DNA. Ngăn cản sao chép và phiên mã. Ức chế chuỗi hô hấp tế bào. Tạo gốc tự do ROS gây chết tế bào. Vi khuẩn khó phát triển kháng tính.

Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá nghiêm trọng. Magnaporthe grisea gây mất mùa lớn. Thử nghiệm bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch. Đo đường kính vòng vô k균 sau 24-48 giờ. Nano bạc cho vòng ức chế lớn nhất. Nồng độ 10-50 ppm đã có hiệu quả. Nano lưỡng kim Ag-Au hiệu quả hơn AgNP đơn. Chitosan tăng cường khả năng kháng khuẩn.

Nano bạc có thể phun lên cây lúa. Bảo vệ khỏi vi khuẩn gây bệnh. Nồng độ thấp, an toàn cho cây trồng. Không gây ô nhiễm môi trường như thuốc hóa học. Phân hủy sinh học sau thời gian. Giảm thiểu dư lượng trong nông sản. Tiềm năng thay thế thuốc trừ bệnh truyền thống.

Nitrobenzen là hợp chất độc hại phổ biến. Gây tổn thương gan, thận, hệ thần kinh. Oxi hóa tạo axit picolinic cực độc. Khử tạo nhiều sản phẩm khác nhau. Phenylhydroxylamin, azoxybenzen gây đột biến. Azobenzen, nitrosobenzen có độc tính cao. Chỉ anilin có độc tính chấp nhận được. Cần phương pháp khử chọn lọc cao.

Nano vàng đa nhánh có nhiều đỉnh nhọn. Diện tích bề mặt lớn gấp nhiều lần hình cầu. Các đỉnh là vị trí hoạt động xúc tác. Hấp phụ mạnh phân tử nitrobenzen. Tạo điều kiện cho phản ứng khử. Chọn lọc chuyển hóa thành anilin. Ít tạo sản phẩm phụ không mong muốn. Hiệu suất xúc tác cao hơn nano vàng cầu 30-40%.

Dextran bảo vệ nano vàng khỏi kết tụ. Xúc tác ổn định trong suốt phản ứng. Có thể thu hồi bằng ly tâm. Rửa sạch và sử dụng lại. Sau 5 chu kỳ, hoạt tính giảm chỉ 10%. Hình thái hạt vẫn giữ nguyên. Không bị hòa tan hay biến đổi. Tiềm năng ứng dụng công nghiệp cao.

Cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) là hiện tượng đặc trưng. Electron tự do dao động cùng tần số ánh sáng. Tạo đỉnh hấp thụ mạnh vùng khả kiến. Nano bạc: đỉnh 400-450 nm, màu vàng. Nano vàng: đỉnh 520-540 nm, màu đỏ. Kích thước tăng, đỉnh dịch đỏ. Hình thái khác nhau cho phổ khác nhau. Nano đa nhánh có nhiều đỉnh hấp thụ.

TEM cho ảnh độ phân giải cao đến nm. Quan sát rõ hình thái từng hạt nano. Đo kích thước chính xác, phân bố. Xác định hình cầu, thanh, đa nhánh. SEM quan sát bề mặt mẫu. Độ phân giải thấp hơn TEM. Nhưng dễ chuẩn bị mẫu, quan sát nhanh. Kết hợp EDS xác định thành phần nguyên tố.

XRD xác nhận cấu trúc tinh thể kim loại. Bạc: các đỉnh ở 38.1°, 44.3°, 64.4°, 77.5°. Vàng: các đỉnh ở 38.2°, 44.4°, 64.6°, 77.6°. Cường độ đỉnh tỷ lệ với độ kết tinh. EDS xác định tỷ lệ Ag/Au chính xác. Phát hiện tạp chất nếu có. Kết hợp với TEM cho thông tin toàn diện.