Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu nano lai giữa hạt nano bạc và oxit graphene nhằm ứng dụng trong cảm biến môi trường
Khoa học Vật liệu
Luận án tập trung vào nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu nano lai giữa hạt nano bạc (AgNPs) và oxit graphene (GO) nhằm ứng dụng trong cảm biến môi trường. Vật liệu nano, đặc biệt là AgNPs và GO, có nhiều tính chất độc đáo và tiềm năng lớn trong lĩnh vực cảm biến. AgNPs nổi bật với độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, tính kháng khuẩn và hiệu ứng plasmon bề mặt, trong khi GO mang các nhóm chức chứa oxy, có khả năng hấp phụ khí và tính chọn lọc. Tuy nhiên, AgNPs có nhược điểm dễ bị kết tụ, và các nghiên cứu về vật liệu lai Ag/GO trong cảm biến khí QCM và SERS để phát hiện các chất độc hại còn hạn chế.
Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo vật liệu nano lai Ag/GO bằng phương pháp thủy nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau, phát triển cảm biến QCM dựa trên vật liệu này, và thử nghiệm khả năng phát hiện thuốc trừ sâu Tricyclazole trong nước. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là thực nghiệm, sử dụng các kỹ thuật đặc trưng vật liệu như UV-Vis, Raman, XRD, FT-IR, TEM, cùng với các phép đo độ nhạy khí bằng cảm biến QCM.
Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc tổng hợp và kiểm soát thành công kích thước, hình dạng hạt nano Ag trên nền GO bằng phương pháp thủy nhiệt, với nhiệt độ tối ưu 160°C cho sự phân tán đều và kích thước tinh thể bạc tối ưu. Nghiên cứu đã chứng minh vật liệu nano lai Ag/GO có độ nhạy cao và tính chọn lọc vượt trội với khí SO2 ở nhiệt độ phòng, cùng giới hạn phát hiện thấp cho SO2 (1,3 ppb), NO2 (0,3 ppb) và CO (45 ppb). Cơ chế hấp phụ khí của vật liệu cũng được đề xuất, giải thích tính chọn lọc đối với SO2 dựa trên tương tác với các nhóm chức oxy trên GO và ái lực của AgNPs với lưu huỳnh. Ngoài ra, vật liệu lai Ag/GO đã được ứng dụng hiệu quả làm chất nền SERS để phát hiện thuốc trừ sâu Tricyclazole trong nước với độ tuyến tính cao và nồng độ phát hiện thấp, nhờ sự kết hợp của cơ chế tăng cường trường điện từ và hóa học. Luận án khẳng định khả năng làm chủ công nghệ tổng hợp và chế tạo cảm biến QCM, SERS từ vật liệu nano lai Ag/GO, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong giám sát môi trường và an toàn thực phẩm.