Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Trần Thu Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIÊP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Nghành: Khoa Học Vật Liệu (Chương trình Đào tạo chuẩn) Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Trần Thu Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Nghành: Khoa Học Vật Liệu (Chương trình Đào tạo chuẩn) ThS ThS Cán hướng kk dẫn: Sái Công Doanh Trần Thị Ngọc Anh Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Lời cho em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầySái Công Doanhvà cô Trần Thị Ngọc Anh, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo cho em điều kiện tốt suốt trình nghiên cứu thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, người trang bị cho em kiến thức khoa học tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Vật lý Chất rắn, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý cho phép sử dụng thiết bị đo như: SEM, XRD, UVVis,PL,… Em xin chân thành cảm ơn đề tài TN16.05 hỗ trợ kinh phí cho em hoàn thành khóa luận Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, tình yêu thương đến gia đình , bạn bè- nguồn động viên quan trọng vật chất lẫn tinh thần tạo động lực giúp em có điều kiện học tập nghiên cứu khoa học ngày hôm Do thời gian có hạn kinh nghiệm hạn chế nên khóa luận không tranh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý thầy cô bạn để khóa luận hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội ngày tháng năm 2017 Sinh viên Trần Thu Thủy DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể CuO Hình 2.1 Điều chế dây nano CuO thời gian nhiệt độ khác Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí kính hiển vi điện tử quét SEM 10 Hình 2.3 Sơ đồ phép đo phổ nhiễu xạ tia X 11 Hình 2.4 Nhiễu xạ kế tia X (D5005,Bucker, Đức) 11 Hình 2.5 Phổ kế UV-Vis Shimazu 2450 12 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CuO ủ nhiệt độ khác 14 Hình 3.2 Phổ Raman mẫu CuO ủ với nhiệt độ khác 16 Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu CuO ủ nhiệt độ khác 16 Hình 3.4 Phổ tán xạ Raman CuO khảo sát theo thời gian ủ 4000C 17 Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu CuO ủ nhiệt 4000C với thời gian khác 18 Hình 3.6 Sơ đồ phản ứng quang xúc tác 19 Hình 3.7a Độ chuyển hóa phản ứng màu dung dịch MB 20 Hình 3.7b Sự phụ thuộc độ chuyển hóa hản ứng màu dung dịch MB 20 Hình 3.8a Phổ EDS ảnh SEM mẫu CuO hấp phụ Co, S 21 Hình 3.8b Phổ EDS ảnh SEM mẫu CuO hấp phụ Pb 21 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu CuO 22 DANH MỤC VIẾT TẮT Tên viết tắt MB UV Tên đầy đủ Methylene Blue Ultraviolet MỤC LỤC Trong lịch sử phát triển ,con người không cố gắng tạo sản xuất với suất cao, chế tạo sản phẩm có chất lượng tốt nhằm thỏa mãn nhu cầu sống vật chất tinh thần mà đề cao yếu tố tiết kiệm, thân thiện với môi trường Ngày nay, thuật ngữ “nano” không xa lạ với chúng ta,công nghệ nano vấn đề thu hút quan tâm đông đảo nhà khoa học nước giới Khi kích thước vật liệu xuống đến cỡ nm tính chất vật liệu thay đổi lớn so với mẫu vật liệu khối như: nhiệt độ nóng chảy, từ tính, tính chất quang học, màu sắc, tính dẫn điện, dẫn nhiệt… Một số thành tựu khoa học nano phát triển mạnh như:Công nghiệp điện tử, quang tử (các linh kiện chấm lượng tử, vi xử lí tốc độ nhanh, linh kiện lưu giữ thông tin…), công nghệ hóa học(xúc tác, hấp thụ, chất màu),pin mặt trời,y-sinh học nông nghiệp(thuốc chữa bệnh nano, mô nhân tạo…), hàng không_vũ trụ_quân sự(vật liệu siêu nhẹ, siêu bền , chịu xạ…) [1] Đồng oxit (CuO) vật liệu bán dẫn loại p điển hình, độ rộng vùng cấm hẹp 1,2eV CuO có cấu trúc tinh thể đơn tà với số mạng: a= 4,689A 0, b= 3,426A0, c= 5,132A0, α=γ=900, β= 99,540 Các cấu trúc nano đồng oxit có nhiều tính chất ưu việt như: Khả dẫn nhiệt tốt, có khả kháng khuẩn, …Do tính chất đặc biệt vậy, CuO ứng dụng nhiều công nghệ như: làm chất xúc tác cho phản ứng quang hóa, chế tạo cảm biến khí, khả hấp phụ kim loại nặng nước, ứng dụng pin mặt trời nhiên hiệu suất thấp….Vì chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ” Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo bố cục khóa luận chia làm phần: CHƯƠNG I: Tổng quan CHƯƠNG II: Thực nghiệm CHƯƠNG III: Kết thảo luận CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu nano 1.1.1 Định nghĩa Vật liệu nano vật liệu có kích thước nhỏ, có chiều có kích thước nm (nhỏ 100 nm) Khoa học nano là nghành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp vào vật liệu kích thước nguyên tử, phân tử đại phân tử… Công nghệ nano việc thiết kế, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dạng kích thước quy mô nm[2] 1.1.2 Phân loại Về hình dáng vật liệu nano phân thành loại chính: ● Vật liệu nano không chiều – chiều có kích thước nano, ba chiều điện tử dao động tự do(chấm lượng tử) ● Vật liệu nano chiều-2 chiều có kích thước nano, chiều điện tử dao động tự (dây nano, nano) ● Vật liệu nano hai chiều-1 chiều có kích thước nano, điện tử dao động tự chiều (màng nano) 1.1.3 Ứng dụng Công nghệ nano đời tạo nên bước phát triển nhảy vọt cho ngành công nghiêp, nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm…Các ứng dụng khoa học công nghê nano như: ● Trong Y học: Một ứng dụng khoa học công nghệ nano lĩnh vực y học điều trị bệnh ung thư: Nhiều phương pháp khác điều trị thử nghiệm để hạn chế phát triển khối u tiêu diệt chúng cấp độ tế bào Nghiên cứu sử dụng hạt nano vàng để chống lại nhiều loai ung thư cho kết khả quan Các hạt nano vàng đưa đến khối u bên thể tăng nhiệt độ laser có bước sóng thích hợp chiếu từ bên để tiêu diệt khối u Các nhà khoa học nghiên cứu dự án nanorobot vô đặc biệt Với robot có kích thước siêu nhỏ vào bên thể người để đưa thuốc điều trị đến phận cần thiết Việc cung cấp thuốc trực tiếp tăng khả hiệu điều trị Trong tương lai không xa, công nghệ nano giúp người chống lại bệnh ung thư quái ác, bao gồm bệnh ung thư khó chữa ung thu não Các bác sĩ dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ bệnh nhân hay dùng hóa chất độc hại [2] ●Trong công nghệ điện tử Công nghệ nano đóng góp không nhỏ lĩnh vực điện tử Những vi xử lí làm từ vật liệu nano sử dụng phổ biến thị trường, số sản phẩm bàn phím, chuột phủ lớp nano kháng khuẩn Đặc biệt công nghệ lượng, pin nano tương lai có cấu trúc nanowhisker, cấu trúc khiến cực pin có diện tích bề mặt lớn nhiều lần, giúp lưu trữ nhiều điện kích thước pin ngày thu hẹp ● Trong công nghiệp may mặc Bằng việc gắn hạt nano bạc vào quần áo diệt khuẩn gây mùi hôi khó chịu quần áo trở thành thực Các hạt nano bạc tiêu diệt vi khuẩn tiêu diệt tế bào chúng Lợi ích áp dụng số mẫu quần áo thể thao, đồ lót, bít tất… ● Trong lĩnh vực nông nghiệp Ý tưởng ứng dụng vật liệu nano bạc với khả tiêu diệt vi khuẩn vào việc phòng trị nguồn bệnh vi khuẩn, virut gây trồng , vật nuôi, bảo quản nông sản nhà sáng chế nghiên cứu sản xuất thành công Ngoài ra, công nghệ nano ứng dụng rộng rãi sản xuất mặt hàng chăm sóc sức khỏe, gia dụng, mĩ phẩm [2]… 1.2 Dây nano đồng oxit CuO 1.2.1 Cấu trúc tinh thể CuO Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể CuO Đồng oxit CuO bán dẫn loại p với độ rộng vùng cấm hẹp khoảng 1,2 eV CuO có cấu trúc đơn tà với số mạng: a = 4,689A0, b = 3,426A0, c = 5,132A0, α= γ = 900, β = 99,540 CuO có màu đen, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1020 0C CuO không tan nước dễ dàng tan dung dịch axit dung dịch NH CuO dễ bị khí H2, CO, NH3 khử thành kim loại nhiệt độ cao theo phương trình phản ứng sau: CuO + H2 —> Cu + H2O (1) CuO + CO —> Cu + CO2 (2) Đồng oxit xử lí chất độc hại xianua, hidrocacbon, đioxin… thông qua trình oxi hóa Dưới phương trình mô tả phân hủy phenol penta clo phenol tác dụng đồng oxit [1]: C6H5OH + 14CuO —> 6CO2 + 3H2O + 14Cu(3) C6Cl5OH + 2H2O + 6CO2 + 9CuO —> 5HCl + 9Cu (4) 1.2.2 Ứng dụng CuO CuO lần thu hút ý nhà hóa học chất xúc tác tốt phản ứng hữu gần người ta phát thêm nhiều ứng dụng là: Các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, cảm biến khí, pin mặt trời… 10 Hình 2.3 ảnh hệ nhiễu xạ tia X, cấu tạo hệ nhiễu xạ tia X bao gồm nguồn tia X sử dụng cực âm đồng (Niken, sắt, cobal…) để phát xạ có λ bước sóng =1.54056 Ǻ, máy đơn sắc cho phép khử tia khác, detector cho phép nhận tia nhiễu xạ mẫu Phép phân tích tia X cho ta thông tin kích thước tinh thể cách sử dụng công thức Debye – Scherre: D= 0.9λ β cosθ Trong β độ bán rộng tính theo radian, λ bước sóng chùm tia X sử dụng θ góc nhiễu xạ 2.3.3 Phổ háp thụ quang học UV-Vis Hệ số hấp thụ đặc trưng cho môi trường hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng theo biểu thức sau: I (1 − R ) α = ln d IT Trong đó: α hệ số hấp thụ d chiều dày mẫu I0 cường độ chùm sáng tới IT cường độ chùm sáng truyền qua R hệ số phản xạ Phổ hấp thụ đo máy đo Shimadu UV 2450 PC trung tâm Khoa học vật liệu, khoảng đo từ 200-900nm 18 Hình 2.5: Phổ kế UV-Vis Shimazu 2450 Phổ tán sắc lượng EDS Kỹ thuật ghi nhận phổ tia X phân tích theo lượng (EDS- Energy Dispersive Xray Spectrometer) áp dụng cho thiết bị hiển vi điện tử lần J.C Russ cộng thực Khi so sánh với mẫu chuẩn điều kiện, kỹ thuật EDS định lượng thành phần nguyên tố với độ xác cỡ 0,1 % Hiện kỹ thuật sử dụng phổ biến việc sử dụng thuận tiện cho kết nhanh, xác Khi chùm điện tử có lượng đủ lớn tương tác với bề mặt mẫu Do tương tác nên bề mặt mẫu phát tia X liên tục tia X đặc trưng cho nguyên tố có mặt vị trí mà chùm điện tử tương tác với mẫu Bằng cách thu nhận tia X đặc trưng kết hợp với ảnh hiển vi cho điện tử thứ cấp tán xạ ngược, ta thấy rõ tranh phân bố nguyên tố mẫu 19 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khả sát dây nano đồng oxit CuOtheo nhiệt độ ủ Các dây nano CuO sau chế tạo tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X Phổ nhiễu xạ đo máy Brucker D5005 sử dụng ống phát đồng có bước sóng λ=1.54056 Ǻ Phổ nhiễu xạ tia X mẫu dây nano đồng oxit nhiệt độ ủ khác thời gian trình bày hình 3.1: (002-111) (113) (200) (200) 300 CuO Cu2O Cu(OH)2 o Cu (021) 200 (020) c êng®é(a.u.) 400 400 C o 300 C 100 nhiÖt®éphßng o 10 100 C 20 30 40 50 60 70 2Theta(degree) Hình 3.1: Phổ nhiễu xạ tia X mẫu CuO ủ nhiệt độ khác thời gian Trên phổ nhiễu xạ tia X quan sát thấy tất mẫu xuất đỉnh nhiễu xạ có cường độ lớn vị trí 43.0 51.00 cho đỉnh nhiễu xạ lớp đế Cu Tại nhiệt độ phòng (20 0C) quan sát đỉnh nhiễu xạ yếu vị trí 35.8 39.00 cấu trúc mạng đơn tà CuO Bên cạnh có xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng tinh thể Cu(OH)2 vị trí 16.70 23.90 Kết phù hợp với phương trình phản ứng chương II Với mẫu ủ nhiệt từ 1000 C trở lên không thấy xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng Cu(OH)2 Các mẫu ủ nhiệt độ 300 400 C xác định ba đỉnh nhiễu xạ vị trí 35.80 39.00, 61.20 tương ứng với vạch đặc trưng 20 mặt (002), (200) (113) mạng đơn tà CuO Cường độ đỉnh nhiễu xạ tương ứng với vị trí 35,8 39,00 sắc nét vị trí đỉnh phù hợp với phổ chuẩn nên cho dây nano đồng oxit mẫu có cấu trúc đơn tà tinh thể CuO Bên cạnh đó, nhiệt độ 4000C quan sát thấy đỉnh nhiễu xạ đặc trưng (200) tinh thể Cu2O vị trí 2θ = 42.00và vị trí 2θ = 36.50 đỉnh nhiễu xạ đặc trưng hai pha tinh thể CuO Cu 2O Chúng tiến hành chế tạo mẫu dây nano đồng oxit nhiệt độ ủ 500 0C, nhiên kết thu từ ảnh SEM cho thấy xuất dây nano đồng oxit nên không đưa phần Kích thước tinh thể dây nano CuO xác định cách sử dụng công thức Debye-Scherre: D= (7) Với mạng đơn tà, số mạng tính công thức: =( + +) (8) Từ xác định đươc số mạng CuO là: A = 4,689 A0, b = 3,426 A0, c = 5,132 A0, α = γ = 900, β = 99,540 Bên cạnh việc sử dụng phổ nhiễu xạ tia X phổ tán xạ Raman công cụ hữu hiệu để đánh giá cấu trúc tinh thể Hình 3.2 phổ tán xạ Raman mẫu đồng oxit ủ thời gian nhiệt độ khác Trên phổ tán xạ Raman dễ dàng quan sát thấy mode dao động đặc trưng cấu trúc CuO vị trí 290 cm -1 330 cm-1 tương ứng với mode dao động A g Bg tinh thể CuO Cũng giống kết từ phổ nhiễu xạ tia X, kết từ phổ tán xạ Raman cho thấy mẫu ủ nhiệt độ nhỏ 400 0C hình thành pha CuO cm -1duy Tuy nhiên nhiệt độ ủ mẫu 4000C quan sát thấy mode dao động vị trí 220 cm-1 cho mode dao động đặc trưng tinh thể Cu2O Kết phù hợp với kết từ phổ nhiễu xạ tia X Từ kết phổ nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Raman tiến hành khảo sát trình chuyển pha từ cấu trúc đơn tà CuO sang cấu trúc lập phương Cu2O Chúng trình bày chi tiết phần sau khóa luận 21 Ag * Bg Intensity (a.u.) o 400 C o 300 C o 200 C o 100 C 200 400 600 800 1000 -1 Raman shift (cm ) Hình 3.2: Phổ Raman mẫu CuO khảo sát theo nhiệt độ ủ mẫu thời gian 1h Hình 3.3 ảnh SEM mẫu đồng oxit ủ thời gian nhiệt độ ủ mẫu khác Nhiệt độ phòng 300ᵒ C 100 ᵒC 200 ᵒC 500ᵒ C 400 ᵒC Hình 3.3: Ảnh SEM mẫu CuO ủ thời gian 1h với nhiệt độ khác Các kết từ ảnh SEM cho thấy mẫu ủ nhiệt độ thấp (nhỏ 4000C) có mật độ dây lớn, đường kính dây khoảng 50 nm 22 chiều dài chúng lên đến vài micromet Tại nhiệt độ phòng dây nano CuO thẳng sắc cạnh, nhiên nhiệt độ tăng lên thấy dây nano CuO có xu hướng uốn cong bề mặt dây trở nên nhám Tại nhiệt độ 500 0C dây nano đồng oxit hình thành 3.2 Kết khảo sát dây nano đồng oxit theo thời gian ủ Hình 3.4 phổ Raman mẫu đồng oxit ủ 400 0C khoảng thời gian từ 1h đến 8h 1h 2h 3h 4h 8h 25000 Intensity (a.u.) 20000 15000 10000 5000 200 400 600 800 1000 Raman shift (cm-1) 1600 1h 2h 3h Intensity (a.u.) Ag 1200 800 400 200 400 600 800 1000 Raman shift (cm-1) Hình 3.4: Phổ Raman mẫu CuO khảo sát theo thời gian ủ mẫu 4000C 23 Từ phổ Raman nhận thấy với mẫu ủ 400 0C có thời gian ủ mẫu nhỏ quan sát mode dao động đặc trưng Ag tinh thể CuO Tuy nhiên lại không quan sát mode dao động đặc trưng Cu2O thí nghiệm Tuy nhiên thời gian ủ mẫu tăng lên 8h có xuất mode đặc trưng cấu trúc Cu 2O, cường độ mode dao động Cu2O tăng lên mạnh thời gian tăng từ lên Cường độ tỉ đối mode dao động vị trí 220 cm -1 mạng tinh thể Cu2O tăng lên đáng kể so với mode dao động Ag tinh thể CuO Khi tăng thời gian ủ nhiệt cường độ mode dao động CuO giảm, nhiên loại trừ hoàn toàn mode bên cạnh phản ứng xảy theo phương trình chương II , xảy phản ứng sau: Cu + O2CuO (9) Do muốn chế tạo dây nano CuO cho cần phải có trình ủ mẫu buồn chân không Hình 3.5 ảnh SEM mẫu chế tạo nhiệt độ ủ 400 0C khoảng thời gian từ đến 60 phút Hình 3.5: Ảnh SEM CuO ủ 400120 C với thời gian khác phút Cũng giống với thí nghiệm trên, dây nano đồng oxit có đường kính khoảng 50 nm có chiều dài nên tới vài micromet Tuy nhiên, với mẫu có thời gian ủ nhiệt thời gian từ trở lên không quan sát dây mà quan sát lớp hạt có kích thước hàng trăm micromet bề mặt Kết hợp với kết đo Raman cho dây nano thu thí nghiệm đồng (II) oxit lớp hạt phía đồng (I) oxit 240 phút 3.3 Ứng dụng CuO 180 phút 3.3.1 Ứng dụng phản ứng quang xúc tác Hoạt tính xúc tác quang hóa vật liệu phụ thuộc nhiều vào khả hấp thụ ánh sáng Do đó, ghi lại giản đồ UV-Vis khả quang xúc tác dây nano CuO thay đổi theo thời gian Độ chuyển hóa MB tính theo công thức sau: 24 (10) Với A phần trăm MB chuyển hóa, C C o tương ứng độ hấp thụ quang dung dịch phản ứng thời điểm ban đầu thời điểm lấy đo độ hấp thụ quang Hình 3.6 sơ đồ phản ứng quang xúc tác Bơm tuần hoàn bơm dung dịch MB trộn với H2O2 2% chảy bề mặt vật liệu chưa dây nano CuO ánh sáng đèn tử ngoại với tốc độ 30 ml/phút.Sau vòng lại tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis mẫu Ánh sáng Bơm H2O2+ dung dịch Vật liệu CuO Hình 3.6: Sơ đồ phản ứng quang xúc tác Hình 3.7a phổ hấp thụ dung dịch MB theo số lần bơm dung dịch MB chảy qua đồng có chưa dây nano CuO 60 4.0 4 10 10 663 3.5 50 40 2.5 (C-Co)/C0 (%) Absorbance (a.u.) 3.0 2.0 1.5 1.0 30 20 10 0.5 0.0 400 500 600 700 800 Wavelength (nm) circle Hình 3.7a: Độ chuyển hóa phản ứng màu MB theo thời gian Hình 3.7b: Sự phụ thuộc độ chuyển hóa phản ứng màu MB 25 Hình 3.7b đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ chuyển hóa sử dụng xúc tác CuO Các kết hình 3.8 cho ta thấy, sau thời gian xúc tác CuO ánh sáng kích thích độ hấp thụ MB giảm dần Cơ chế giả thiết trình màu dung dịch giải thích sau: Về bàn chất, màu sắc liên kết (-N=N), trình làm màu trinh phá hủy liên kết gốc tự thành sản phảm khác có khói lượng phân tử nhỏ Trong qúa trình quang xúc tác, gốc tự OH• tạo thành theo phản ứng: CuO + h ν —> CuO (e-) + CuO (h+) (7) OH- + CuO (h+) —> OH• + CuO (8) Như gốc OH• tạo thành phản ứng lỗ trống (h+) nhóm OH− Các gốc có tính oxi hoá mạnh, chúng tương tác làm màu dung dich Tốc độ chuyển hóa có xúc tác CuO nhanh kim loại lõi chất bán dẫn đóng vai trò chất cho điện tử, thúc đẩy trình phân li điện tử - lỗ trống kích thích xạ khả kiến, làm tăng hoạt tính xúc tác quang hóa 3.3.2 Khả hấp phụ kim loại nặng nước Như trình bày chương I, hợp chất hữu cơ, kim loại nặng nguồn gốc số loại bệnh ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người vật nuôi Do thử nghiệm khả năng hấp phụ chất hữu độc hại số kim loại nặng có nước Quá trình tiến hành thí nghiệm sau: 50 ml dung dịch CoSO 4, Pb(Ac)2 0.2 M cho vào hai cốc thủy tinh có đồng chứa dây nano đồng oxit Cứ sau khoảng thời gian định lấy đồng tiến hành đo EDS Phổ EDS mẫu hấp phụ Co, S ảnh SEM mẫu hình 3.10 26 Hình 3.8a: Phổ EDS ảnh SEM mẫu CuO hấp phụ Co, S Hình 3.8b: Phổ EDS ảnh SEM mẫu CuO hấp phụ Pb Hình 3.9: Ảnh SEM mẫu CuO Hình 3.8a phổ EDS ảnh SEM mẫu dây nano CuO tiến hành nghiên cứu hấp phụ Co S So sánh với hình 3.9 ảnh SEM mẫu CuO, kết cho thấy dây nano CuO hấp thụ tốt ion Co S Trên hình 3.8b phổ EDS mẫu CuO hấp phụ chì, theo thứ tự từ xuống phổ EDS mẫu hấp phụ chì thời gian 4h Trên phổ EDS quan sát vị trí đỉnh đặc trưng Cu, O Pb không thấy 27 xuất đỉnh lạ khác Các kết cho thấy tăng thời gian hàm lượng ion chì hấp phụ bề mặt tăng lêntheo thời gian Ảnh SEM mẫu cho thấy dây nano CuO ủ thời gian 300 0C khác biệt so với mẫu dây nano CuO ban đầu KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, chế tạo thành công dây nano đồng oxit phương pháp khử đế đồng đem ủ nhiệt độ cao Các mẫu chế tạo có cấu trúc đơn tà,các kết tính số mạng phù hợp với kết chuẩn Phổ tán xạ Raman mẫu thu thể đỉnh đặc trưng CuO Hình thái học, kích thước, mật độ dây nano đồng oxit CuO phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ ủ, thời gian ủ 28 Các dây nano đồng oxit CuO ứng dụng phản ứng quang xúc tác, hấp phụ kim loại nặng Khả quang xúc tác chế giải thích trình quang xúc tác vật liệu CuO giải thích 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Thị Nhung (2013): “Nghiên cứu tổng hợp oxit hỗn hợp CaO-CuO-CeO kích thước nanomet phương pháp tẩm thăm dò khả xúc tác cho phản ứng oxi hóa hợp chất hữu cơ”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,ĐHQGHN [2] Viện Khoa học Nông nghiệp (2013): “Vật liệu nano ứng dụng” Tiếng Anh [3] A Y Oral, E Menşur, M H Aslan, and E Başaran (2004), “The preparation of copper(II) oxide thin films and the study of their microstructures and optical properties,” Materials Chemistry and Physics, vol 83, no 1, pp 140–144 [4]A Y Oral, E Menşur, M H Aslan, and E Başaran (2004), “The preparation of copper(II) oxide thin films and the study of their microstructures and optical properties,” Materials Chemistry and Physics, vol 83, no 1, pp 140–144 [5]A K Rai, L T Anh, J Gim et al (2013), “Facile approach to synthesize CuO/reduced graphene oxide nanocomposite as anode materials for lithium-ion battery,” Journal of Power Sources, vol 244, pp 435–441 [6] H Kidowaki, T Oku, T Akiyama, A Suzuki, B Jeyadevan, and J Cuya (2012), “Fabrication and characterization of CuO-based solar cells,” Journal of Materials Science Research, vol 1, no 1, pp 138–143 [7] K Han and M Tao (2009), “Electrochemically deposited p-n homojunction cuprous oxide solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 93, no 1, pp 153–157 [8] M Yang, J He, X Hu, C Yan, and Z Cheng (2011), “CuO nanostructures as quartz crystal microbalance sensing layers for detection of trace hydrogen cyanide gas,” Environmental Science and Technology, vol 45, no 14, pp 6088–6094 [9] Thi Ha Tran, Viet Tuyen Nguyen(2013),“Copper Oxide Nanomaterial prepared by solution method, Some Properties, anh Potential Applications: A Brief Review” Published 17 December 2014177 30 [10] Z Wang, F Su, S Madhavi, and X W Lou (2011), “CuO nanostructures supported on Cu substrate as integrated electrodes for highly reversible lithium storage,” Nanoscale, vol 3, no 4, pp 1618–1623 [3] Thi Ha Tran, Viet Tuyen Nguyen(2013),“Copper Oxide Nanomaterial prepared by solution method, Some Properties, anh Potential Applications: A Brief Review” Published 17 December 2014177 [4] Y Yecheskel, I Dror, and B Berkowitz (2013), “Catalytic degradation of brominated flame retardants by copper oxide nanoparticles,” Chemosphere, vol 93, no 1, pp 172–177 [5] M Yang, J He, X Hu, C Yan, and Z Cheng (2011), “CuO nanostructures as quartz crystal microbalance sensing layers for detection of trace hydrogen cyanide gas,” Environmental Science and Technology, vol 45, no 14, pp 6088–6094 [6]K Han and M Tao (2009), “Electrochemically deposited p-n homojunction cuprous oxide solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 93, no 1, pp 153–157 [7]Z Wang, F Su, S Madhavi, and X W Lou (2011), “CuO nanostructures supported on Cu substrate as integrated electrodes for highly reversible lithium storage,” Nanoscale, vol 3, no 4, pp 1618–1623 [8]A K Rai, L T Anh, J Gim et al (2013), “Facile approach to synthesize CuO/reduced graphene oxide nanocomposite as anode materials for lithium-ion battery,” Journal of Power Sources, vol 244, pp 435–441 [9] H Kidowaki, T Oku, T Akiyama, A Suzuki, B Jeyadevan, and J Cuya (2012), “Fabrication and characterization of CuO-based solar cells,” Journal of Materials Science Research, vol 1, no 1, pp 138–143 31 [10]S Chandrasekaran (2013), “A novel single step synthesis, high efficiency and cost effective photovoltaic applications of oxidized copper nano particles,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 109, pp 220–226 [11]A Y Oral, E Menşur, M H Aslan, and E Başaran (2004), “The preparation of copper(II) oxide thin films and the study of their microstructures and optical properties,” Materials Chemistry and Physics, vol 83, no 1, pp 140–144 [12] W Septina, S Ikeda, M A Khan et al (2011), “Potentiostatic electrodeposition of cuprous oxide thin films for photovoltaic applications,” Electrochimica Acta, vol 56, no 13, pp 4882–4888 [13]S Anandan, X Wen, and S Yang (2005), “Room temperature growth of CuO nanorod arrays on copper and their application as a cathode in dye-sensitized solar cells,” Materials Chemistry and Physics, vol 93, no 1, pp 35–40 [14]Y Liu, L Liao, J Li, and C Pan (2007), “From copper nanocrystalline to CuO nanoneedle array: synthesis, growth mechanism, and properties,” Journal of Physical Chemistry C, vol 111, no 13, pp 5050–5056 32 ... Trần Thu Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Nghành: Khoa Học Vật Liệu (Chương trình Đào tạo chuẩn) ThS ThS Cán hướng kk dẫn:... quang hóa, chế tạo cảm biến khí, khả hấp phụ kim loại nặng nước, ứng dụng pin mặt trời nhiên hiệu suất thấp….Vì chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO DÂY NANO ĐỒNG OXIT VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ” Ngoài... SEM mẫu cho thấy dây nano CuO ủ thời gian 300 0C khác biệt so với mẫu dây nano CuO ban đầu KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, chế tạo thành công dây nano đồng oxit phương pháp khử đế đồng đem ủ nhiệt