Nghiên cứu tính chất quang của hạt nano ZnO chế tạo bằng phương pháp điện hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

MAI VI CẢNH

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA HẠT NANO ZnO

CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA

Chuyên ngành: Quang học

Mã số: 8 44 01 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Quang Huy

TS. Nguyễn Thị Luyến

THÁI NGUYÊN - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu tôi đã thực hiện dưới sự

hướng dẫn, chỉ đạo về chuyên môn của Tiến sĩ Trần Quang Huy và Tiến sĩ Nguyễn

Thị Luyến. Luận văn này không sao chép của bất kì ai và kết quả nghiên cứu đảm

bảo tính trung thực. Nội dung của luận văn là một phần trong dự án nghiên cứu được

tài trợ bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ quốc gia, mã số: 108.99-2020.08,

có tham khảo sử dụng một số tài liệu bài báo đã được công bố và được trích dẫn trong

phần tài liệu tham khảo.

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Tiến sĩ Trần Quang

Huy và Tiến sĩ Nguyễn Thị Luyến đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên khích

lệ cũng như định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện công trình nghiên cứu này.

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Khoa Vật lí và Công nghệ, trường

Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, tôi đã được nhận được sự quan tâm, giúp

đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các anh chị học viên. Tôi xin chân thành cảm ơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học - Đại học

Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương,

Viện Nghiên cứu Nano - Trường Đại học Phenikaa, Phòng thí nghiệm Đại học Khoa

học - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện về máy móc, trang thiết bị và phòng

thí nghiệm để tôi có thể hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Xuân Quang, nghiên cứu sinh tại Viện

nghiên cứu nano - Trường Đại học Phenikaa đã tận tình hướng dẫn tôi các phương

pháp chế tạo mẫu, sử dụng các loại máy đo và hướng dẫn tôi phân tích các kết quả.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Phổ thông Dân

tộc nội trú Bắc Kạn và các đồng chí đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện,

động viên giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa học.

Luận văn được sự hỗ trợ của của đề tài nghiên cứu cơ bản được Quỹ Phát triển

Khoa học và Công nghệ quốc gia, mã số: 108.99-2020.08

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii

MỤC LỤC.............................................................................................................iii

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.................................................... vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ.................................................................... vii

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

Chương 1. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT............................................................. 4

1.1. Giới thiệu về kẽm ôxít (ZnO) và nano ZnO.................................................... 4

1.2. Tính chất của hạt nano ZnO............................................................................ 6

1.2.1. Tính chất quang............................................................................................ 6

1.2.2. Quang xúc tác ZnO ...................................................................................... 7

1.2.3. Hoạt tính kháng khuẩn của nano ZnO ......................................................... 8

1.3. Tổng hợp hạt nano ZnO .................................................................................. 9

1.3.1. Phương pháp thủy nhiệt ............................................................................... 9

1.3.2. Phương pháp sol - gel................................................................................. 10

1.3.3. Phương pháp điện hóa................................................................................ 11

1.3.4. Phương pháp vi sóng.................................................................................. 12

1.4. Lý do chọn đề tài tổng hợp hạt nano ZnO bằng phương pháp điện hóa hỗ trợ

vi sóng ...................................................................................................... 13

1.5. Ứng dụng của nano ZnO............................................................................... 14

1.6 Kết luận chương 1 .......................................................................................... 15

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.............................................. 16

2.1. Vật liệu .......................................................................................................... 16

2.1.1. Hóa chất, nguyên vật liệu........................................................................... 16

2.1.2. Thiết bị ....................................................................................................... 16

2.2. Quy trình tổng hợp nano ZnO bằng phương pháp điện hóa ......................... 17

2.3. Khảo sát tính chất của hạt nano ZnO ............................................................ 20

2.3.1. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV - vis....................................................... 20

iv

2.3.2. Phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) .................................................... 22

2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X....................................................................... 24

2.3.4. Phương pháp phổ hồng ngoại IR.............................................................. 246

2.3.5. Phương pháp đo tán xạ Raman .................................................................. 27

2.3.6. Phương pháp đo thế Zeta ........................................................................... 29

2.3.7. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)................................ 31

2.4. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 33

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN............................................................ 34

3.1. Đặc tính của hạt nano ZnO chế tạo bằng phương pháp điện hóa ................ 34

3.1.1. Phổ hấp thụ UV-vis.................................................................................... 34

3.1.2. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM).............................................................. 36

3.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X...................................................................... 38

3.1.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại IR......................................................................... 39

3.1.5. Phổ Raman ................................................................................................. 40

3.1.6. Phổ huỳnh quang........................................................................................ 41

3.1.7. Thế Zeta ..................................................................................................... 43

3.2. Kết luận ......................................................................................................... 44

KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................... 46

KIẾN NGHỊ........................................................................................................ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 46

v

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Tt Viết tắt Giải nghĩa

1 Zn Kẽm

2 ZnO Ô xít kẽm

3 ZnO NPs Nano kẽm Ô xít

4 SEM Hiển vi điện tử quét

5 TEM Hiển vi điện tử truyền qua

6 XRD Nhiễu xạ tia X

7 UV-vis Tử ngoại khả kiến

8 PL Huỳnh quang