Luận án Nghiên cứu chế tạo chấm nano carbon từ nước chanh và ứng dụng

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤM NANO CARBON TỪ NƯỚC CHANH VÀ ỨNG DỤNG

Ngành:

Khoa học Vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu chế tạo chấm nano carbon từ nước chanh và ứng dụng" của Bùi Thị Hoàn tập trung vào việc phát triển và ứng dụng chấm nano carbon (LCdots) có nguồn gốc từ nước chanh tươi. Đề tài xuất phát từ ưu điểm vượt trội của Cdots so với chấm lượng tử truyền thống, bao gồm độ bền quang cao, khả năng phân tán tốt, tính trơ hóa học, dễ biến tính, độc tính thấp và tương thích sinh học, mở ra tiềm năng trong chụp ảnh sinh học, cảm biến quang và xử lý thuốc nhuộm. Luận án chọn nước chanh làm tiền chất để chế tạo LCdots với hiệu suất cao, ứng dụng phát hiện ion kim loại và xử lý thuốc nhuộm.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo LCdots bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản, hiệu quả; nghiên cứu hệ thống các tính chất huỳnh quang, độ ổn định và độ bền quang của chúng; làm sáng tỏ nguồn gốc phát xạ xanh lá cây và cơ chế phát quang. Đồng thời, luận án đánh giá khả năng ứng dụng của LCdots trong việc phát hiện các ion kim loại vi lượng như Fe³⁺, Mo⁶⁺, V⁵⁺ và xử lý thuốc nhuộm xanh methylen (MB).

Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo thành công LCdots từ nước chanh tươi, nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt lên tính chất quang, giải thích rõ ràng nguồn gốc phát xạ xanh lá cây và cơ chế phát quang. Nghiên cứu cũng làm sáng tỏ khả năng của LCdots trong việc phát hiện các ion kim loại vi lượng dựa trên hiệu ứng dập tắt huỳnh quang và khả năng hấp phụ MB dạng dung dịch keo, cùng với cơ chế hấp phụ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy LCdots phát xạ ánh sáng xanh lá cây, với hiệu suất lượng tử đạt 24,89% ở điều kiện tối ưu (280 °C, 12 giờ). LCdots thể hiện tính ổn định cao trong các môi trường pH và nồng độ ion khác nhau, cũng như dưới tác động của tia tử ngoại. Khả năng phát hiện ion kim loại vi lượng được chứng minh với giới hạn phát hiện lần lượt là 38,08 ppm cho Fe³⁺, 6 ppm cho Mo⁶⁺ và 3,2 ppm cho V⁵⁺, có khả năng ứng dụng trong huyết thanh bò. Ngoài ra, LCdots chế tạo ở 200 °C cho thấy khả năng hấp phụ thuốc nhuộm MB hiệu quả nhất, đạt 84% hiệu suất với nồng độ 5 ppm MB. Các cơ chế dập tắt huỳnh quang và hấp phụ MB cũng đã được đề xuất, cung cấp cái nhìn sâu sắc về tiềm năng ứng dụng của vật liệu này.

Mục lục chi tiết:

• A. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

  • 1. Lý do chọn đề tài
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu
  • 3. Phương pháp nghiên cứu
  • 4. Các đóng góp mới của luận án
  • 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
  • 6. Bố cục của luận án

• B. NỘI DUNG LUẬN ÁN

  • Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤM NANO CARBON

    • 1.1. Giới thiệu
    • 1.2. Các đặc trưng của chấm nano carbon
    • 1.2.1. Hình thái, cấu trúc của vật liệu
    • 1.2.2. Phổ huỳnh quang điện tử tia X
    • 1.2.3. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
    • 1.2.4. Nhiễu xạ tia X
    • 1.2.5. Phổ tán xạ Raman
    • 1.3. Tổng quan về các phương pháp chế tạo, điều khiển kích cỡ, biến tính
    • 1.3.1. Phân loại các phương pháp chế tạo
    • 1.3.2. Điều khiển kích cỡ
    • 1.3.3. Thụ động và chức năng hóa bề mặt
    • 1.3.4 Pha tạp
    • 1.4. Các tính chất của chấm nano carbon
    • 1.4.1. Phân tán trong dung môi phân cực
    • 1.4.2. Tính chất sinh học, độ độc
    • 1.4.3. Hấp thụ
    • 1.4.4. Tính chất huỳnh quang
    • 1.4.4.1. Huỳnh quang phụ thuộc vào bước sóng kích thích
    • 1.4.4.2. Huỳnh quang không phụ thuộc bước sóng kích thích
    • 1.4.4.3. Ảnh hưởng của pH
    • 1.4.4.4. Sự bền quang
    • 1.4.4.5. Ảnh hưởng của dung môi
    • 1.4.4.6. Ảnh hưởng của nồng độ Cdots
    • 1.4.4.7. Ảnh hưởng của nồng độ ion
    • 1.4.4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ
    • 1.4.4.9. Hiệu suất lượng tử của chấm nano carbon
    • 1.4.5. Ứng dụng của chấm nano carbon
    • 1.5.1. Cảm biến quang phát hiện ion kim loại
    • 1.5.2. Xử lý thuốc nhuộm
    • 1.6. Tình hình nghiên cứu trong nước
    • 1.7. Kết luận chương 1

  • Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

    • 2.1. Giới thiệu
    • 2.2. Quy trình chế tạo vật liệu
    • 2.3. Các thí nghiệm về khả năng ứng dụng của vật liệu
    • 2.3.1. Phát hiện các ion kim loại vi lượng
    • 2.3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen
    • 2.4. Các phương pháp thực nghiệm khảo sát đặc tính và tính chất của vật liệu
    • 2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao
    • 2.4.2. Phổ tán xạ Raman
    • 2.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X
    • 2.3.4. Phổ quang điện tử tia X
    • 2.4.5. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
    • 2.4.6. Phổ hấp thụ tử ngoại – nhìn thấy
    • 2.4.7. Phổ phát xạ huỳnh quang
    • 2.5. Kết luận chương 2

  • Chương 3: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM NANO CARBON

    • 3.1. Giới thiệu
    • 3.2. Sự hình thành chấm lượng tử carbon từ nước chanh
    • 3.3. Hình thái, thành phần, cấu trúc của vật liệu
    • 3.4. Tính chất quang của vật liệu
    • 3.4.1. Thời gian sống
    • 3.4.2. Phổ hấp thụ và kích thích
    • 3.4.3. Tính chất huỳnh quang của vật liệu
    • 3.4.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian thủy nhiệt
    • 3.4.3.2. Ảnh hưởng của bước sóng kích thích
    • 3.4.3.3. Ảnh hưởng của dung môi
    • 3.4.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ LCdots
    • 3.4.3.5. Ảnh hưởng của pH và tia tử ngoại
    • 3.4.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ ion
    • 3.4.4. Hiệu suất lượng tử
    • 3.4.5. Cơ chế phát xạ của vật liệu
    • 3.5. Kết luận chương 3

  • Chương 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LCDOTS TRONG VIỆC PHÁT HIỆN CÁC ION KIM LOẠI VI LƯỢNG.

    • 4.1. Giới thiệu
    • 4.2. Sự chọn lọc phát hiện các ion kim loại của vật liệu
    • 4.3 Khả năng phát hiện ion Fe 3+ của vật liệu
    • 4.4. Khả năng phát hiện ion Mo 6+ của vật liệu
    • 4.5. Khả năng phát hiện ion V 5+ của vật liệu
    • 4.6. Cơ chế dập tắt huỳnh quang của LCdots bởi các ion V 5+ và Mo 6+
    • 4.6 Kết luận chương 4

  • Chương 5: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ XANH METHYLEN CỦA CHẤM NANO CARBON

    • 5.1. Giới thiệu
    • 5.2. Sơ lược về thuốc nhuộm xanh methylen
    • 5.3. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen
    • 5.4. Đánh giá khả năng hấp phụ xanh methylen của vật liệu
    • 5.5. Ảnh hưởng của các chế độ rung, khuấy, nhiệt độ
    • 5.6. Ảnh hưởng của pH
    • 5.7. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ
    • 5.8. Ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen
    • 5.9. Động học hấp phụ
    • 5.10. Cơ chế hấp phụ MB của chấm nano carbon
    • 5.11. Kết luận chương 5

  • KẾT LUẬN

  • MỘT SỐ KIẾN NGHỊ TIẾP THEO

  • DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN