Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử Carbon pha tạp Nitơ nhằm ứng dụng phát hiện ion Fe3+ trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN VĂN THANH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ

CARBON PHA TẠP NITƠ NHẰM ỨNG DỤNG

PHÁT HIỆN ION Fe3+TRONG NƯỚC

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: PGS. TS. NGUYỄN MINH VƯƠNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới

sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Minh Vương - giảng viên

Trường ĐH Quy Nhơn. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và

chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Đề tài không có sự sao

chép tài liệu nào, công trình nghiên cứu nào của người khác mà không chỉ rõ

trong mục tài liệu tham khảo. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

và nhà trường về sự cam đoan này!

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thanh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn thạc sỹ này và để có thể trở thành một người có

khả năng nghiên cứu khoa học, có định hướng tư duy khoa học đúng đắn, tôi xin

chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của PGS.TS. Nguyễn Minh Vương, người thầy

đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực

hiện. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quí thầy cô giảng viên Bộ môn

Vật lý – Khoa học vật liệu, Khoa Khoa học Tự nhiên đã rất tận tình giảng dạy,

hỗ trợ trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Trong quá trình

thực hiện luận văn mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh

khỏi những thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các

thầy, cô giáo và các bạn để nội dung đề tài được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân

thành cảm ơn!

Bình Định, tháng 11 năm 2021

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thanh

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................. i

DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................ii

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ.......................................................................iii

MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1

I. Lý do chọn đề tài.............................................................................................. 1

II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu................................................................ 3

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 3

IV. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 3

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:.................................................... 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................... 5

1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu CQDs..................................................... 5

1.2. Các vật liệu Carbon .................................................................................. 11

1.2.1. Graphene .......................................................................................... 11

1.2.2. Ống nano carbon .............................................................................. 12

1.2.3. Chấm lượng tử carbon...................................................................... 13

1.3. Tính chất và ứng dụng CQDs .................................................................. 14

1.3.1. Cấu trúc chấm lượng tử carbon........................................................ 14

1.3.2. Ưu điểm của CQDs.......................................................................... 14

1.3.3. Ứng dụng chấm lượng tử carbon ..................................................... 15

1.4. Các phương pháp chế tạo chấm lượng tử carbon.................................. 18

1.4.1. Phương thức xuất phát từ lớn đến bé “top – down”......................... 18

1.4.2. Phương thức xuất phát từ bé đến lớn “bottom-up” .......................... 19

1.4.3. Phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal).......................................... 19

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO

SÁT MẪU........................................................................................................... 20

2.1. Thực nghiệm chế tạo CQDs ..................................................................... 20

2.1.1. Hóa chất và dụng cụ......................................................................... 20

2.1.2. Thực nghiệm tổng hợp CQDs.......................................................... 20

2.2. Một số phương pháp khảo sát mẫu. ........................................................ 23

2.2.1. Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM).................................... 23

2.2.2. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (XPS)................................... 23

2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis................................................... 24

2.2.4. Phương pháp phổ huỳnh quang........................................................ 24

2.2.5. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) ................... 24

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................... 25

3.1. Hình thái bề mặt và tính chất vi cấu trúc của CQDs pha tạp nitơ ...... 25

3.2. Kết quả đo XPS ......................................................................................... 27

3.3. Tính chất quang......................................................................................... 33

3.3.1. Kết quả đo phổ FTIR........................................................................ 33

3.3.2. Kết quả đo phổ hấp thụ .................................................................... 34

3.3.3. Kết quả đo phổ huỳnh quang ........................................................... 35

3.3.4. Hiệu suất lượng tử............................................................................ 39

3.4. Xác định hàm lượng Fe3+ trong nước sử dụng CQDs ........................... 42

3.5. Cơ chế phát quang của CQDs và cơ chế dập tắt huỳnh quang ............ 48

KẾT LUẬN........................................................................................................ 51

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................... 53

i

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Tên đầy đủ Nghĩa tiếng Việt

AC AcidCitrid Axít xi tric

CQDs Carbon Quantum Dots Chấm lượng tử carbon

ED Ethylen Dinamine Ethylen Dinamine

FTIR Fourier-transform infrared

spectroscopy

Quang phổ hồng ngoại biến đổi

HMTA Hexa methylenetetramine Hexa methylenetetramine

HR-TEM High-resolution

Transmission Electron

Microscopy

Kính hiển vi điện tử truyền qua

độ phân giải cao

PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang

QYFL Fluorescence Quantum

Yield

Hiệu suất lượng tử huỳnh quang

TEM Transmission Electron

Microscope

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV-Vis Ultraviolet-Visible Quang phổ tử ngoại – khả kiến

XPS X-ray Photoelectron

Spectroscopy

Quang phổ nguyên tử tia X