ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----
NGUYỄN THỊ HỒNG ANH
NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN PHẢN ỨNG HECK
SỬ DỤNG XÚC TÁC PALLADIUM CỐ ĐỊNH
TRÊN VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH TRONG
ĐIỀU KIỆN VI SÓNG
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, 07/2009
i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp.HCM, ngày…02..tháng …07..năm 2010
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỊ HỒNG ANH Phái: Nữ
Ngày sinh: 23-10-1981 Nơi sinh: Bạc liêu
Chuyên ngành: Công nghệ Hoá học
Khoá: 2007
1. TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu thực hiện phản ứng Heck sử dụng xúc tác
Palladium cố định trên vật liệu Nano từ tính trong điều kiện vi sóng „
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Tổng hợp và xác định cấu trúc của xúc tác Pd gắn trên chất mang nano từ tính bằng IR,
SEM, TEM, XRAY, TGA, EA.
- Sử dụng xúc tác cho phản ứng Heck giữa iodobenzene và dẫn xuất với styren
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng xúc tác, base, nhóm thế halogenua,
nhóm thế lên độ chuyển hoá của phản ứng
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 22-06-2009.
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26-06-2010.
5. Cán bộ hướng dẫn: TS. Phan Thanh Sơn Nam
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . năm 2010
iii
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi muốn gởi lời cảm ơn đến PGS.TS. Phan Thanh Sơn Nam, người đã
trực tiếp hướng dẫn tôi làm luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong
bộ môn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, các anh chị phụ trách phòng thí nghiệm hữu cơ đã tạo
điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất cũng như tinh thần để tôi thực hiện thí nghiệm trong
điều kiện tốt nhất. Cảm ơn các bạn, các em cùng làm trong phòng thí nghiệm 402 B2 đã
giúp tôi suốt thời gian tôi thực hiện luận văn tại phòng thí nghiệm.
Sau nữa tôi muốn gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp của tôi đã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi có thời gian hoàn thành khóa học của mình.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tôi những người lo lắng,
giúp đỡ và động viên tôi để tôi vượt qua được những khó khăn để có thể hoàn thành
khóa học cũng như luận văn này.
Mặc dù tôi đã rất cố gắng để hoàn thành cuốn luận văn này nhưng không tránh
khỏi có những thiếu xót, rất mong sự thông cảm, góp ý của quí thầy cô và các bạn.
Nguyễn Thị Hồng Anh
iv
MỤC LỤC
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................ix
MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ..............................................................................................x
1.1.5.2. Thông tin và Truyền thông............................................................................xxv
1.1.5.2.1. Lưu trữ thông tin........................................................................................xxv
Các hạt màu siêu mịn thường tạo ra chất lượng mực cao hơn về màu sắc, độ bao phủ,
tính bền màu. Cũng như vậy, những “ bút nano” (các mũi kính hiển vi lực nguyên tử)
có thể viết các bức thư cớ kích cỡ 5nm......................................................................xxv
Trong thực tế, các hạt nano đã được ứng dụng audio, băng video và đĩa hiện đại,
chúng phụ thuộc vào tính chất từ và quang học của các hạt mịn. Các tiến bộ không
ngừng sẽ được tạo ra bằng kích thước ngày càng nhỏ hơn và bằng cách điều chỉnh độ
kháng từ và hấp thụ quang học, vì vậy có thể tạo được nhiều môi trường hữu cơ lưu
trữ dày đặc hơn [1, 12]...............................................................................................xxv
1.2. Xúc tác nano.....................................................................................................xxvii
1.2.1. Giới thiệu...................................................................................................xxvii
1.2.2. Các hạt nano làm xúc tác cho phản ứng hóa học......................................xxviii
1.2.3. Hạt nano làm chất mang xúc tác.................................................................xxix
1.3. Xúc tác nano từ tính...........................................................................................xxxi
1.3.1 Giới thiệu.....................................................................................................xxxi
1.3.2. Cơ sở của hạt nano từ tính..........................................................................xxxi
1.3.3. Xúc tác Pd cố định trên chất mang nano từ tính ..........................................xxxiii
1.3.4. Một số xúc tác Pd trên chất mang vật liệu nano từ tính trong phản ứng ghép đôi
Heck........................................................................................................................xxxvi
1.4. Tổng quan về Microwave....................................................................................xlii
1.4.1 Giới thiệu chung về vi sóng...........................................................................xlii
1.4.2. Cơ chế của vi sóng.......................................................................................xliii
Sóng vô tuyến và những bước sóng ngắn là những vùng sóng trong dãy quang phổ. điện
từ đặt giữa bức xạ tia hồng ngoại, bước sóng ngắn ày là những dãy sóng có
bước sóng từ 1cm đến 1m tương ứng với tần số là 306 Hz dến 300 MHz.
Một vài loại thiết bị như máy thăm dò, máy bức xạ cũng thuộc loại sóng
này. Để tránh ảnh hưởng của những loại sóng này đến con người, người ta
đã qui định giới hạn sử dụng của những lò vi sóng thường là 2.45 GHz có
bước sóng 12.2cm ; đây là những tiêu chuẩn quốc tế qui ước. Có hai nguồn
3.2.2. Cách tiến hành thông thường phản ứng Heck.............................................lxxii
3.2.3. Thu hồi xúc tác...........................................................................................lxxii
3.2.4. Công thức tính độ chuyển hóa của phản ứng..............................................lxxii
3.3. Kết quả và bàn luận..........................................................................................lxxiii
vii
3.3.1. Kết quả khảo sát iodobenzene...................................................................lxxiii
3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác lên độ chuyển hóa của phản ứng....lxxvii
3.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng nhóm thế trên vị trí R của vòng Benzene...........lxxix
3.3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng nhóm thế halogen của vòng benzene.................lxxxii
3.3.1.5. Khảo sát khả năng thu hồi xúc tác.....................................................lxxxiv
3.3.2. Kết quả khảo sát Bromobenzene...............................................................lxxxv
3.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của base trong phản ứng....................................lxxxv
3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác.......................................................lxxxvii
3.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng nhóm thế trên vị trí R của vòng Benzene.........lxxxix
3.3.3. So sánh với phản ứng trong điều kiện gia nhiệt thông thường......................xci
Đúng như dự đoán kết quả độ chuyển hóa khi thực hiện ở điều kiện gia nhiệt thông
thường là kém hơn nhiều so với gia nhiệt bằng vi sóng. Với điều kiện gia nhiệt
thường ở 105oC thì sau 6h độ chuyển hóa chỉ đạt 78% (Hình 3.17) phù hợp với dữ
liệu của báo cáo trước [46] trong khi gia nhiệt bằng vi sóng sau 1h độ chuyển hóa
đạt 100% (Hình 3.19) mà độ chọn lọc cả hai trường hợp đều đạt trên 80% (Hình
3.18, 3.20). Điều này có thể giải thích do tốc độ gia nhiệt dưới điều kiện vi sóng
nhanh hơn ở điều kiện thường tạo điều kiện cho các tác chất dễ dàng phản ứng.
...............................................................................................................................xciii
Chương 4: KẾT LUẬN ..........................................................................................xciv
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................xcv
viii
MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.2. Kết quả của phản ứng Heck Bromo và Iodo..............................................xxxix
Bảng 1.3. Độ chuyển hóa của phản ứng Heck.................................................................xl
Bảng 1.4. Phản ứng Heck của các aryl halide và axit acrylic..........................................xli
Hình 1.5. Ảnh hưởng của từ trường lên mômen từ.....................................................xxxii
Hình 1.6. Xúc tác NiFe2O4-DA-Pd.........................................................................xxxviii
Hình 1.7. Gradient nhiệt độ nghịch trong gia nhiệt vi sóng (trái) so với gia nhiệt bằng
dẫn nhiệt (oil-bath heating)(phải)..............................................................xliii
Hình 1.8. Tác dụng của vi sóng lên phân tử nước.........................................................xliii
Hình 2.1. Sự kết hợp của các phân tử bề mặt với các phần tử ưa nước.........................lxii
Hình 2.2: Hạt nano CoFe2O4 có thể bị hút bởi một nam châm.....................................lxii
Hình 2.3. TGA và DTA của hạt nano CoFe2O4...........................................................lxiii
Hình 2.4. TGA và DTA của hạt nano CoFe 2O4 được làm giàu OH...........................lxiii
Hình 2.5: TGA và DTA của hệ amino hóa....................................................................lxiv
Hình 2.6: TGA và DTA của hệ cố định Schiff base.......................................................lxv
Hình 2.7: TGA và DTA của hệ xúc tác Pd gắn trên chất mang nano từ tính.................lxv
Hình 2.8. SEM (trái) và TEM (phải) micrographs của chất xúc tác paladinium...........lxvi
Hình 2.9. Phổ XRD của xúc tác paladiniumum paladinium..........................................lxvi
Hình 2.10. Quang phổ FT-IR của hạt nano CoFe2O4..................................................lxvii
Hình 2.11. Quang phổ FT-IR của hệ amino hóa..........................................................lxvii
Hình 2.12. Quang phổ FT-IR của hệ baseshiff............................................................lxviii
Hình 2.13. Quang phổ FT-IR của xúc tác...................................................................lxviii
Hình 3.1. Hệ thống phản ứng lắp trong lò vi sóng thực hiện phản ứng Heck.............lxxiii
Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa............................................lxxvi
Hình 3.3. Đồ thị ảnh hưởng của base lên độ chọn lọc ..............................................lxxvi
Hình 3.4. Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chuyển hóa.....................lxxix
Hình 3.5. Đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác lên độ chọn lọc ........................lxxix
x
Hình 3.6. Đồ thị ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chuyển hóa....................................lxxxi
Hình 3.7. Đồ thị ảnh hưởng của nhóm thế lên độ chọn lọc .......................................lxxxi
Hình 3.8. Đồ thị ảnh hưởng của halogen lên độ chuyển hóa....................................lxxxiv
Hình 3.9. Đồ thị ảnh hưởng của halogen lên độ chọn lọc .......................................lxxxiv
Hình 3.10. Đồ thị ảnh hưởng tái sử dụng xúc tác lên độ chọn lọc của phản ứng.......lxxxv
Hình 3.11. Đồ thị ảnh hưởng của base lên độ chuyển hóa.......................................lxxxvii
Sơ đồ 1.15. Phản ứng cộng đóng vòng Diels-Alder......................................................xlvi
Sơ đồ 1.16. Sơ đồ cơ chế phản ứng Heck....................................................................xlvii
Sơ đồ 1.17. Phản ứng tổng hợp Rosavin............................................................................l
Sơ đồ 1.18. Phản ứng giữa aryl halogenua và một olefin...................................................l
Sơ đồ 1.19. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate....................li
Sơ đồ 1.21. Phản ứng Heck với sự thay đổi nhóm thế trong dẫn xuất halogenua khác
nhau...............................................................................................................lv
Sơ đồ 1.22. Phản ứng Heck giữa p-bromonitrobenzene với methyl acrylate.................lvii
Sơ đồ 2.1. Tổng hợp các chất xúc tác paladinium cố định trên hạt nano từ tính............lxi
Iodobenzene ..................................................................................................................lxxi
Bromobenzene...............................................................................................................lxxi
Clorobenzene ................................................................................................................lxxi
xii
4-iodoacetophenone.......................................................................................................lxxi
4-iodotoluene.................................................................................................................lxxi
4-bromoacetophenone...................................................................................................lxxi
4-bromoanisol................................................................................................................lxxi
Styrene lxxi
Stilbene (1,2-diphenylethylene).....................................................................................lxxi
Base: Na2CO3, (C2H5)3N, CH3COONa, Piperidine...................................................lxxi
Dung môi: DMF............................................................................................................lxxi
Nội chuẩn: n-hexadecane..............................................................................................lxxi
Chất làm khan Na2SO4 ................................................................................................lxxi
Bình cầu 1 cổ nhám 250 ml ..........................................................................................lxxi
Sinh hàn hoàn lưu .........................................................................................................lxxi
Kim lấy mẫu .................................................................................................................lxxi
Pipette các loại ..............................................................................................................lxxi
Ống nhỏ giọt micropipette ............................................................................................lxxi
Microwave SANYO EM-S1057-800W.........................................................................lxxi
Ống nghiệm nhỏ (khoảng 7 - 10ml) .............................................................................lxxi
DTA Differential thermal analysis
EA Elemental analysis
xiv
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Vật liệu nano từ tính CoFe
2
O
4
được điều chế và biến tính bề mặt với các nhóm
amine, sau đó phản ứng với 2-acetyl pyridine hình thành các nhóm Schiff base. Phản
ứng tạo phức giữa các Schiff base này với palladium acetate tạo thành xúc tác palladium
cố định trên các hạt nano từ tính. Xúc tác được phân tích bằng những phương pháp như
nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM),
phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR) và phân tích nguyên tố.
Xúc tác được sử dụng cho phản ứng Heck giữa các aryl halide với styrene trong điều
kiện có sự hỗ trợ của vi sóng. Phản ứng được khảo sát khi thay đổi các điều kiện phản
ứng khác nhau: base, hàm lượng xúc tác, nhóm thế, halogen. Sản phẩm chính thu được
sau phản ứng là trans-stilbene. Độ chuyển hóa của phản ứng được xác định bằng GC với
các chất chuẩn đối chứng là trans - stilbene và cis- stilbene, sản phẩm còn được xác định
bằng GC-MS. Kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ phản ứng trong điều kiện vi sóng lớn
hơn đáng kể so với phản ứng trong điều kiện gia nhiệt thông thường. Xúc tác được tách
ra khỏi hỗn hợp phản ứng dễ dàng bằng cách sử dụng một nam châm và có thể tái sử
dụng mà hoạt tính không giảm đáng kể.
xv
ABSTRACT
xvi
LỜI MỞ ĐẦU
Phản ứng Heck là phản ứng ghép mạch nhằm xây dựng nên khung C–C, phản ứng
này có vai trò to lớn trong tổng hợp để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ mới có nhiều
[1].
Trong vài năm gần đây khoa học nano và công nghệ nano có những phát triển
mạnh mẽ và hiện nay thời đại công nghệ nano đang ở thế hệ thứ hai, trong giai đoạn này
cấu trúc nano được sử dụng ở dạng hoạt động như bóng bán dẫn, bộ khuếch đại, chất
dẫn thuốc ...trong khi thế hệ đầu tiên sử dụng cấu trúc nano lại được sử dụng ở dạng thụ
động như trong sơn, các hạt nano, kim loại cấu trúc nano, polyme và gốm sứ. Vật liệu
nano có thể phân loại dựa trên đường kính của cấu trúc nano:
Vật liệu nano ba chiều như các phần tử lượng tử hoặc các tinh thể nano, các
fullerene, các hạt, các kết tủa và chất keo có đường kính ba chiều ở giới hạn nanomet.
Vật liệu nano hai chiều bao gồm các ống nano, các dendrimer, dây nano có đường
kính hai chiều ở giới hạn nanomet.
Vật liệu nano một chiều như lớp phủ bề mặt, màng mỏng và các giao diện có kích
thước nano. Các loại vật liệu nano này đã được sử dụng trong nhiều thập niên ở các lĩnh
vực thiết bị điện tử, hóa học và kỹ thuật [2]
Một hạt nano có cấu trúc ba chiều nano, được định nghĩa là một vi hạt với ít nhất
một chiều có kích thước nhỏ hơn 100 nm [3]. Hạt nano được khoa học rất quan tâm bởi
vì nó được xem như là cầu nối giữa các vật liệu dạng khối và cấu trúc nguyên tử hoặc
phân tử.
xviii
Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano [4]
1.1.2. Tính chất của vật liệu nano
Vật liệu nano có điểm đặc biệt là tỷ lệ giữa diện tích bề mặt với thể tích tăng lớn
so với các vật liệu thông thường, điều này mở ra những hướng phát triển mới trong khoa
học dựa trên bề mặt vật liệu. Một số vật liệu dạng khối do kích cỡ của nó lớn và có tính
chất vật lý ổn định nên không được giới khoa học quan tâm nhiều, nhưng khi vật liệu ở
kích thước nano thì tính chất vật lý lại thường được chú ý [5]. Khi vật liệu giảm xuống
kích thước nano có thể xuất hiện những tính chất mới, điều này làm cho chúng có các
ứng dụng đặc biệt. Ví dụ: các chất đục trở thành trong suốt (đồng); vật liệu trơ trở thành
chất xúc tác (platinum); vật liệu ổn định thành dễ cháy(nhôm); chất rắn chuyển thành
chất lỏng ở nhiệt độ phòng (vàng); chất cách điện thành chất dẫn (silicon). Một vật liệu
nano kim loại có thể có các màu sắc khác nhau khi thay đổi kích thước. Ví dụ, keo hạt
nano vàng thường là màu đỏ (khi kích thước hạt nhỏ hơn 100 nm) [6]
(4) Độ dẫn điện giảm khi kích thước giảm. Những ảnh hưởng của kích thước lên
độ dẫn điện của các hạt nano là khá phức tạp vì nó dựa trên cách thức riêng [6].
(5) Từ tính của vật liệu cấu trúc nano có sự khác biệt đáng kể với vật liệu dạng
khối. Khi kích cỡ hạt giảm xuống quy mô nanomet, do năng lượng bề mặt rất lớn nên
tính sắt từ của vật liệu khối sẽ biến mất hay chuyển thành siêu thuận từ [6].
(6) Tự làm sạch là một tính chất nhiệt động lực nội tại của cấu trúc nano và vật
liệu nano. Khi có xử lý nhiệt sẽ đẩy mạnh sự khuếch tán của các tạp chất, khuyết tật về
cấu trúc nội tại và sự di chuyển, do đó dễ dàng đẩy chúng sang bề mặt bên cạnh. Tăng
cường hoàn thiện có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hóa học và vật lý. Ví dụ, độ ổn
định của hóa chất sẽ được nâng cao [6]. Trên tất cả, các tính chất này phụ thuộc nhiều
xx
vào kích cỡ của các hạt nano. Nói cách khác, tính chất của các hạt nano khác biệt rõ
ràng khi điều chỉnh kích thước, hình dạng hoặc mức kết tụ [6].
1.1.4. Tổng hợp hạt nano
Hạt nano đã được tổng hợp thành công bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng
có thể được chia thành 3 phương pháp cơ bản: pha rắn, pha khí và dung dịch. Hiện nay,
các nhà khoa học đã khảo sát một số qui trình tổng hợp hạt nano có sự kết hợp các
phương pháp trên [7].
1.1.4.1. Tổng hợp pha rắn
Tổng hợp pha rắn chủ yếu liên quan đến xử lý nhiệt (để đạt được cấu trúc tinh thể) và
phương pháp nghiền. Phương pháp này thường được biết đến là gặp khó khăn để đạt tỷ
lệ lớn các hạt có kích thước hạt trung bình có giới hạn dưới 100 nm, gần đây những cải
tiến trong ngành công nghiệp vật liệu nano đã chứng minh điều đó là không đúng. Một
số hệ thống đặc biệt của máy mài có thể làm để giảm kích thước hạt tới dưới kích cỡ
100nm. Các hạt nano cỡ 30 nm có thể được tổng hợp bằng phương pháp mài từ các hạt
kích thước nhỏ (khoảng 200 mm) [7]
1.1.4.2. Tổng hợp pha hơi
Các bột có thể điều chế bằng oxy hóa, khử, phân tách hay bằng các phản ứng hóa học
bố kích thước hẹp và sự kết tụ nhỏ nhất [7].
Nhiệt phân kiểu phun sương
Nhiệt phân kiểu phun sương kết hợp các khía cạnh của qui trình pha khí và kết tủa
dung dịch đã được sử dụng gần đây. Các dung dịch ban đầu của các muối kim loại được
nguyên tử hóa thành những giọt nhỏ và phun vào khu nhiệt. Bên trong khu vực đốt
nóng, dung môi bay hơi và các phản ứng xảy ra trong từng hạt để tạo thành các hạt kích
thước trong khoảng 100-1000 nm [7].
Laser
Laser carbon dioxide tạo ra một chùm snags cực mạnh có bước sóng khoảng
10,6μm, chùm sang này bị hấp thu mạnh bởi nhiều loại phân tử. Vì vậy, chùm sáng này
kích thích nhiệt các phân tử như các khí trong lò đốt nóng. Tuy nhiên, nó không giống
như lò đốt hay nhọn lửa, khu vực nóng của laser là rất nhỏ và tốc độ đốt nóng là rất cao
( khoảng 106
o
C), nên việc tạo nhân xảy ra đột ngột và điều này khiến cho cỡ phân bố
hạt không rộng. Thông thường, hạt lớn hơn khoảng 3 lần so với hạt nhỏ nhất và cỡ hạt
trung bình khoảng 0,002-0,2 μm [1]
1.1.4.3. Tổng hợp trong dung dịch
Các quá trình trong dụng dịch có thể hình thành những hạt nano có cấu trúc hữu cơ
làm tăng khả năng ứng dụng của chúng trong y học, sinh học và hóa học, cải thiện độ
xxii
bền của hạt nano. Ngoài ra, kỹ thuật tổng hợp hạt nano này giúp điều chỉnh hình dạng
và kích thước của NPs,
Quá trình sol-gel
Phương pháp sol-gel dựa trên phản ứng polymer hóa các monomer vô cơ, bao gồm
4 bước chủ yếu: thủy phân, ngưng tụ, sấy khô và phân hủy nhiệt. Tác chất ban đầu được
sử dụng thường là các alkoxide của kim loại – M(OR)
x
, bị thủy phân trong nước hay
alcohol và sau đó ngưng tụ lại để hình thành MO
nhiều loại NPs oxide chứa một hay nhiều kim loại. Tuy nhiên, quá trình kết tủa trong
dung dịch lại rất khó để kiểm soát và phân bố kích thức hạt NPs thường khá rộng.
Phương pháp vi nhũ
Quá trình vi nhũ được chia thành 2 dạng cơ bản: vi nhũ thường – normal micelle
(nhũ dầu trong nước – o/w) và vi nhũ ngược – reverse micelle (nhũ nước trong dầu –
w/o). Đặc điểm quan trọng của phương pháp này là sử dụng các chất hoạt động bề mặt
với nồng độ vượt ngưỡng nồng độ micelle tới hạn (the critical micelle concentration) để
hình thành các cấu trúc dạng micelle có đường kính vào khoảng 10-100 nm [10]
xxiii
Hình 1.2. Micelle thuận (a) và micelle ngược (b) [9].
Trong cấu trúc của micelle ngược, đầu phân cực của phân tử chất hoạt động bề mặt
hướng vào vi hạt ái nước ở bên trong và mạch carbon ái dầu hướng ra dung môi hữu cơ
[13]. Sử dụng phương pháp micelle ngược để tổng hợp NPs có thể chia thành hai trường
hợp chính. Mỗi tác chất nằm trong một dung dịch micelle riêng biệt. Khi trộn 2 dung
dịch lại, nhờ vào đặc tính hơp nhất của micelle ngược, các tác chất phản ứng với nhau
và hình thành NPs bên trong micelle. Hoặc, chỉ có một tác chất nằm trong dung dịch
micelle còn tác chất thứ hai được hòa tan trong nước. Khi trộn 2 dung dịch với nhau,
phản ứng tạo NPs diễn ra nhờ sự trao đổi thành phần pha nước bên trong các micelle,
đồng thời micelle chứa tác chất thứ hai được hình thành và sự hợp nhất các micelle diễn
ra ngay sau đó. Thông thường, NPs của các kim loại được tạo nên từ phản ứng khử
muối của kim loại tương ứng trong micelle ngược bằng việc sử dụng các tác nhân khử
thích hợp [9]
Hình 1.3. Tổng hợp các hạt nano Pd bằng cách sử dụng phương pháp vi nhũ w/o[11].
Cấu trúc của micelle thuận bao gồm mạch hydrocarbon của phân tử chất hoạt động bề
mặt hướng váo trong micelle còn đầu phân cực hướng ra dung môi ái nước [10]. Qua
nghiên cứu cho thấy, độ dài mạch alkyl của chất hoạt động bề mặt và nhiệt độ phản ứng
làm thay đổi đáng kể kích thước của vi hạt. Chất hoạt động bề mặt được sử dụng phổ
biến cho quá trình micelle thuận là sodium dodecyl sulfate (SDS,
CH
3
công trình siêu chính xác…sẽ áp dụng. Theo dự đoán của World Technology Evaluation
Center thì sẽ không có ngành công nghệ nào không ứng ựng nó. Trong luận văn này
chúng tôi giới thiệu một số ứng dụng của chúng.
1.1.5.1 Y học
Vật liệu nano có thể thêm các nhóm chức năng bằng cách ghép nối chúng với các
phân tử sinh học. Kích cỡ của vật liệu nano phải tương đương với phân tử sinh học. Do
đó, sự gắn kết này sẽ làm phát triển ngành dược, các loại thuốc trị liệu, gắn DNA và
chip DNA. Những lần vi xét nghiệm để dò tìm và giúp nhận dạng các mẫu DNA được
thực hiện bằng cách tạo ra các thiết bị khác tới 100.000 các dãy DNA đã biết. Khi các
dãy DNA chưa biết mà gắn với bất kỳ mảng chip DNA nào sẽ xảy ra liên kết (sự lai tạo)
và dãy chưa biết được nhận dạng bằng vị trí của nó trên mảng [1, 12].
1.1.5.2. Thông tin và Truyền thông
1.1.5.2.1. Lưu trữ thông tin
Các hạt màu siêu mịn thường tạo ra chất lượng mực cao hơn về màu sắc, độ bao
phủ, tính bền màu. Cũng như vậy, những “ bút nano” (các mũi kính hiển vi lực nguyên
tử) có thể viết các bức thư cớ kích cỡ 5nm.
Trong thực tế, các hạt nano đã được ứng dụng audio, băng video và đĩa hiện đại,
chúng phụ thuộc vào tính chất từ và quang học của các hạt mịn. Các tiến bộ không
ngừng sẽ được tạo ra bằng kích thước ngày càng nhỏ hơn và bằng cách điều chỉnh độ
kháng từ và hấp thụ quang học, vì vậy có thể tạo được nhiều môi trường hữu cơ lưu trữ
dày đặc hơn [1, 12].
1.1.5.2.2 Máy tính hóa học / quang học
xxv
Copyright: Tài liệu đại học ©