VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

HÀ QUANG ÁNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU MỚI
CẤU TRÚC NANO TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội, 2016


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

HÀ QUANG ÁNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU MỚI
CẤU TRÚC NANO TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số:

62.44.01.19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

những đóng góp về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và bảo vệ
luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám hiệu Trường Đại học Công
nghiệp Việt Trì, lãnh đạo Khoa Công nghệ Hóa học và các đồng nghiệp trong Khoa
Công nghệ Hóa học đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và
bạn bè đã luôn quan tâm, khích lệ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận án này.

Tác giả luận án

Hà Quang Ánh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................4
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu trên cơ sở cacbon .............................................4
1.1.1. Kim cương và graphit...............................................................................................................4
1.1.2. Vật liệu cacbon cấu trúc nano ................................................................................................5
1.2. Vật liệu graphen và graphen oxit.................................................................10
1.2.1. Cấu trúc của graphen [18] ................................................................................................... 10
1.2.2. Cấu trúc graphen oxit (GO) ................................................................................................. 10
1.2.3. Tâm hoạt động của graphen và graphen oxit ................................................................. 12

2.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử truyền
qua phân giải cao (HR-TEM) ......................................................................................................... 55
2.3.6. Phương pháp hiển vi điện tử quét phân giải cao (FE-SEM)...................................... 56
2.3.7. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ N2 (BET) [72]............................... 56
2.3.8. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến UV - Vis [73] ................................ 58
2.3.9. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [76]............................................ 59
2.3.10. Phương pháp xác định từ tính vật liệu bằng thiết bị từ kế mẫu rung .................... 60
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................61
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp GO và rGO...........61
3.1.1. Giản đồ XRD của graphit ban đầu và sau quá trình oxy hóa .................................... 61
3.1.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bóc lớp graphit oxit sử dụng kỹ thuật vi
sóng và kỹ thuật siêu âm................................................................................................................... 62
3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình khử GOVS về rGO ...................................... 69
3.2. Đặc trưng vật liệu GO và rGO tổng hợp được ............................................70
3.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia (XRD) ...................................................................................... 70
3.2.2. Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier (FTIR) ................................................................. 71
3.2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR –TEM) ................................ 72
3.2.4. Hấp phụ và khử hấp phụ Nitơ (BET) ............................................................................... 74
3.2.5. Phổ điện tử quang tia X (XPS) ........................................................................................... 75
3.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Fe3O4-GOVS .78
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đồng kết tủa........................................... 79
3.3.2. Ảnh hưởng nồng độ đầu ....................................................................................................... 83
3.3.3. Ảnh hưởng pH ......................................................................................................................... 87
3.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy .............................................................................................. 88
3.4. Tổng hợp vật liệu Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS ................................90


3.5. Đặc trưng vật liệu Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS.................................91
3.5.1. Nghiên cứu nhiễu xạ tia X (XRD)..................................................................................... 91
3.5.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM và kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân


Brunauer-Emmett-Teller

CNTs

Carbon nanotubes (Ống nano cacbon)

CVD

Chemical Vapor Deposition (Lắng đọng pha hơi hóa học)

EDX

Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ năng lượng tia X)

FE-SEM

Field emission - Scanning electron microscopy (Kính hiển vi
điện tử quét phát xạ trường)

Fe3O4-GOVS

Fe3O4 trên GOVS

Fe-Fe3O4-GOVS

Fe, Fe3O4 trên GOVS

FTIR


Reduced graphene oxide (Graphen oxit khử)

RR195

Reactive Red 195 (Thuốc nhuộm đỏ hoạt tính RR195)

SEM

Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)

UV-vis

Ultraviolet - Visible (Phổ tử ngoại khả kiến)

TEM

Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua)

VSM

Vibrating sample magnetometry (Từ kế mẫu rung)

v/p

Vòng/phút

XRD

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)


đây (tổng hợp từ các công trình đăng trên các tạp chí liên quan
đến khoa học)
Hình 1.5

Sự phân bố của các công trình công bố liên quan đến ba vật liệu

9

fullerene, CNTs và graphen trên thế giới
Hình 1.6

Các liên kết của nguyên tử cacbon trong mạng graphen

10

Hình 1.7

Cấu trúc đề xuất của GO bởi các nhà nghiên cứu khác nhau

11

Hình 1.8

Liên kết hydro giữa các lớp graphit oxit

11

Hình 1.9

Các phương pháp tổng hợp GO

Sơ đồ biểu diễn phương pháp LPE

19

Hình 1.15

Tổng hợp graphen từ graphit bằng phương pháp LPE sử dụng

20

các dung môi khác nhau
Hình 1.16

Sơ đồ và hình ảnh của sự giãn nở của điện cực graphit sử dụng

21

quá trình hai giai đoạn
Hình 1.17

Giản đồ minh họa bóc lớp điện hóa graphit

22

Hình 1.18

Phương pháp tách lớp graphit bằng băng dính

23


Quá trình hình thành Fe3O4-GO bằng phương pháp đồng kết tủa

30

Hình 1.24

Sơ đồ tổng hợp Fe3O4-rGO bằng phương pháp tổng hợp thủy

31

nhiệt dung môi
Hình 1.25

Quá trình tổng hợp Fe3O4-GO và Fe-Fe3O4-GO bằng phương

32

pháp kết tinh tại chỗ
Hình 2.1

Sơ đồ tổng hợp graphit oxit từ graphit

40

Hình 2.2

Sơ đồ tổng hợp GOSA, GOVS và rGO

41



Hình 2.8

Độ tù của pic phản xạ gây ra do kích thước hạt

51

Hình 2.9

Quá trình phát quang điện tử

53

Hình 2.10

Sơ đồ nguyên lý sự tạo ảnh độ phân giải cao trong HR-TEM

55

Hình 2.11

Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ theo phân loại

57

IUPAC
Hình 2.12

Bước chuyển của các electron trong phân tử


Giản đồ XRD (a) và phổ FTIR (b) của các mẫu GOVS ở các

65

công suất vi sóng khác nhau GVS1, GVS4, GVS5 và GVS6
Hình 3.5

Sản phẩm GOSA bóc lớp bằng kỹ thuật siêu âm với các thời
gian khác nhau

67


Hình 3.6

Giản đồ XRD (d) và ảnh HR-TEM của các mẫu GOSA với thời

68

gian siêu âm khác nhau: graphit oxit (a), GSA2 (b), GSA3 (c)
Hình 3.7

Giản đồ XRD (A) và FTIR (B) của rGO ở các điều kiện nhiệt độ

69

khác nhau G1, G2, G3 và G4
Hình 3.8

Giản đồ XRD của GOSA, GOVS và rGO sau tổng hợp

Phổ XPS của rGO khử nhiệt từ GOSA

77

Hình 3.14

Sơ đồ quá trình khử nhiệt từ GOVS về rGO

77

Hình 3.15

Giản đồ XRD của các mẫu Fe3O4-GOVS tổng hợp trong điều

79

kiện nhiệt độ khác nhau GF1, GF2 và GF3
Hình 3.16

Phổ XPS (a,b) của các mẫu GF1, GF2 và GF3 tổng hợp trong

80

điều kiện nhiệt độ khác nhau
Hình 3.17

Ảnh TEM với độ phân giải khác nhau của các mẫu Fe3O4-GOVS

82


Hình 3.22

Giản đồ XRD của Fe3O4-GOVS tổng hợp ở điều kiện tốc độ

88

khuấy khác nhau
Hình 3.23

Ảnh TEM của Fe3O4-GOVS tổng hợp ở điều kiện tốc độ khuấy
khác nhau V1 (a), V2 (b), GF3 (c) và V4 (d)

89


Hình 3.24

Sơ đồ tổng hợp Fe3O4 - GOVS ở điều kiện thích hợp

90

Hình 3.25

Giản đồ XRD của Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS

92

Hình 3.26

Ảnh TEM của Fe3O4-GOVS(a) và Fe-Fe3O4-GOVS(b,c)

Đường cong từ hóa của Fe-Fe3O4-GOVS và Fe3O4-GOVS

98

Hình 3.32

Ảnh hưởng pH đến quá trình hấp phụ RR195 trên GO và rGO

100

Hình 3.33

Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ RR195 (200 mg/L) theo thời 101
gian (a) và đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của RR195 trên
GO và rGO (b)

Hình 3.34

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của RR195 trên GO và rGO

103

Hình 3.35

Giá trị RL phụ thuộc vào nồng độ RR195 ban đầu

104

Hình 3.36



Hình 3.42

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II), Cd(II) (a), đẳng nhiệt 112
Langmuir của Fe3O4-GOVS và GOVS (b, c)

Hình 3.43

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của Cd(II) và Cu(II) trên 113
GOVS và Fe3O4-GOVS

Hình 3.44

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II), Cd(II) (a), đẳng nhiệt 115
Langmuir của Fe-Fe3O4-GOVS (b)


Hình 3.45

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của Cd(II) và Cu(II) trên 116
Fe-Fe3O4-GOVS

Hình 3.46

Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Cd(II) trên Fe-Fe3O4-GOVS 119
theo thời gian tại nồng độ 50 mg/L và 100 mg/L

Hình 3.47

Mối quan hệ Ln(Qe-Qt) theo thời gian (động học biểu kiến bậc 1)


Hình 3.53

Mối quan hệ t/Qt theo thời gian (động học biểu kiến bậc 2) của quá 127
trình hấp phụ của As(V) trên Fe-Fe3O4-GOVS và Fe3O4-GOVS

Hình 3.54

Khả năng hấp phụ RR195 (a) và phổ UV-Vis sau hấp phụ 129
RR195 trên Fe-Fe3O4-GOVS qua ba lần tái sinh (b) (pH = 5,5,
m/V = 1 g/L)

Hình 3.55

Hiệu suất hấp phụ Cd(II) trên vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS sau ba 129
lần tái sinh (pH = 6, m/V = 0,1 g/L)


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Tính chất của SWCNTs và MWCNTs

6

Bảng 1.2

Tính chất vật lý của đơn lớp graphen ở nhiệt độ phòng

8

42

độ khác nhau
Bảng 2.5

Ký hiệu tên các mẫu Fe3O4-GOVS tổng hợp ở các điều kiện

43

nhiệt độ và pH khác nhau
Bảng 2.6

Ký hiệu tên các mẫu Fe3O4-GOVS tổng hợp ở các điều kiện

44

nồng độ muối sắt ban đầu khác nhau
Bảng 2.7

Ký hiệu tên các mẫu Fe3O4-GOVS tổng hợp ở các điều kiện

44

tốc độ khuấy khác nhau
Bảng 3.1

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hiệu suất thu hồi

64


81

khác nhau
Bảng 3.7

Kích thước hạt mẫu Fe3O4-GOVS tổng hợp ở điều kiện nồng

85

độ khác nhau
Bảng 3.8

Thành phần các nguyên tố trong Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-

94

GOVS (%At)
Bảng 3.9

Các thông số đặc trưng của Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS

96


Bảng 3.10

Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ RR195 trên vật liệu rGO và

100



105

RR195
Bảng 3.16

Giá trị Ln(Qe-Qt) theo thời gian đối với RR195

105

Bảng 3.17

Giá trị t/Qt theo thời gian đối với RR195

108

Bảng 3.18

Một số tham số của phương trình động học biểu kiến bậc nhất

108

(RR195)
Bảng 3.19

Một số tham số của phương trình động học biểu kiến bậc hai

108

(RR195)

113

Bảng 3.25

Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của

114

GOVS và Fe3O4-GOVS
Bảng 3.26

Dung lượng hấp phụ Cd(II) và Cu(II) bằng Fe- Fe3O4-GOVS ở

115

các nồng độ ban đầu khác nhau
Bảng 3.27

Sự phụ thuộc LnQe vào LnCe đối với mô hình Freundlich

116

Bảng 3.28

Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của

117

Cu(II) và Cd(II) trên Fe-Fe3O4-GOVS
Bảng 3.29


Bảng 3.34

Giá trị Ln(Qe-Qt) theo thời gian của quá trình hấp phụ As(V)

126

Bảng 3.35

Giá trị t/Qt theo thời gian của quá trình hấp phụ As(V)

127

Bảng 3.36

Một số tham số của phương trình động học biểu kiến bậc nhất As(V)

128

Bảng 3.37

Một số tham số của phương trình động học biểu kiến bậc hai As(V)

128

Bảng 3.38

Tổng kết các thông số đặc trưng của Fe3O4-GOVS và Fe-

130

sánh với các phương pháp xử lý nước khác nó cung cấp một lợi thế như dễ thực
hiện, không phát sinh chất độc hại trong suốt quá trình xử lý và hơn tất cả là nó loại
bỏ gần như tất cả các chất ô nhiễm trong nước [1]. Trong những năm qua, vật liệu
cacbon và vật liệu trên cơ sở cacbon vẫn là những vật liệu được sử dụng nhiều nhất
để làm vật liệu hấp phụ [1, 2], do chúng có bề mặt riêng lớn, ổn định và bền hóa
học, bền nhiệt. Vật liệu dễ biến tính nhằm thay đổi tính chất hóa học và vật lý để
hấp phụ chọn lọc đồng thời cả hợp chất hữu cơ độc hại như các chất màu và cả ion
kim loại nặng, ngoài ra việc biến tính còn làm tăng dung lượng hấp phụ, tăng hiệu
quả xử lý các chất thải độc hại.
Trong thập kỷ qua, vật liệu cấu trúc nano cacbon, chẳng hạn như ống nano
cacbon (CNTs) đã được phổ biến đáng kể. Mặc dù có nhiều tiến bộ đã được thực
hiện trong những năm gần đây về khả năng ứng dụng hấp phụ của CNTs, nhưng do
chi phí chế tạo cao đã hạn chế các ứng dụng thực tế của chúng [3]. Vì vậy, việc
thăm dò các chất hấp phụ mới đầy hứa hẹn vẫn là mong muốn lớn.
Gần đây, graphen và vật liệu trên cơ sở graphen là loại vật liệu nhận được sự
quan tâm đặc biệt. Kể từ khi lần đầu tiên graphen được giới thiệu về các tính chất
1


điện tử năm 2004 và giải thưởng Nobel Vật lý về vật liệu này năm 2010, ngày nay
graphen đã trở thành đối tượng được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu rộng
rãi từ tính chất điện, điện hóa, quang học, cơ học và khả năng hấp phụ độc đáo của
nó [3, 4, 5, 6]. Graphen là một vật liệu cacbon mới, nó được định nghĩa là một lớp
hoặc vài lớp mỏng các nguyên tử cacbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình
tổ ong [3]. Có nhiều phương pháp tổng hợp graphen được đề xuất nhưng phổ biến
nhất vẫn là phương pháp CVD và phương pháp hóa học (dựa trên quá trình oxi hóa
graphit, bóc tách lớp để tạo thành graphen oxit (GO) và quá trình khử hóa học GO
thành graphen (rGO) [7, 8]. Tuy nhiên, phương pháp CVD đòi hỏi thực hiện trong
điều kiện khắc nghiệt, sử dụng thiết bị chuyên dụng, năng lượng lớn, giá thành cao
và chỉ điều chế được lượng nhỏ [7, 9]. Với diện tích bề mặt lớn (giá trị lý thuyết

Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận các vấn đề sau:
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu GO và rGO:
Nghiên cứu một số điều kiện ảnh hưởng đến quá trình bóc tách lớp graphit
oxit thành GO và quá trình khử GO về rGO.
Đặc trưng vật liệu graphit oxit, GO và rGO tổng hợp được.
- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu Fe3O4GOVS như: pH, nồng độ muối Fe3+/Fe2+, nhiệt độ và tốc độ khuấy.
- Tổng hợp vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS.
- Sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như: XRD, XPS, FTIR,
HR-TEM... để đặc trưng sản phẩm liệu Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS
tổng hợp được.
- Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính và
các ion kim loại nặng trên các vật liệu: GOVS, rGO, Fe3O4-GOVS và FeFe3O4-GOVS tổng hợp được.
Kết luận
Danh mục các bài báo liên quan đến luận án
Những điểm mới của luận án
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu trên cơ sở cacbon
Cacbon là nguyên tố đóng vai trò quan trọng cho sự sống và là nguyên tố cơ
bản của hàng triệu hợp chất hóa học hữu cơ. Trong một nguyên tử cacbon, các
electron lớp ngoài cùng có thể hình thành nên nhiều kiểu lai hóa khác nhau. Do đó
khi các nguyên tử này liên kết lại với nhau chúng cũng có khả năng tạo nên nhiều
dạng cấu trúc tinh thể như: Cấu trúc tinh thể ba chiều (3D), hai chiều (2D), một
chiều (1D) và không chiều (0D). Điều này được thể hiện thông qua sự phong phú về

graphit dễ trượt lên nhau, ngược lại do liên kết giữa các nguyên tử cacbon trong
cùng một đơn lớp rất mạnh nên mặt graphit rất bền vững về mặt cơ học. Do vậy nó
thường được dùng trong công nghiệp với vai trò là chất bôi trơn dạng rắn, chổi
than,... Cũng vì đặc điểm này nên graphit thường dễ vỡ, dễ tách lớp [18].
1.1.2. Vật liệu cacbon cấu trúc nano
1.1.2.1. Fullerene
Fullerene (C60) là một dạng thù hình của cacbon với cấu trúc tinh thể 0 chiều
(0D), thường có dạng hình
cầu, (còn được gọi là
buckyball) và được chế tạo
đầu tiên vào năm 1985 bởi
Kroto và cộng sự [3], sau
đó nhóm nghiên cứu này đã
đạt giải Nobel hóa học năm
1996.

Cấu

trúc

của

fullerene được xem như tạo
thành từ việc quấn lại của
một lớp đơn trong cấu trúc
của

graphit

(Hình

Khối lượng riêng (g/cm )
Mô đun đàn hồi (TPa)
Độ bền (GPa)
Điện trở suất (μΩcm)
Độ dẫn điện (W m-1 K-1)
Tính ổn định nhiệt, °C
(trong không khí)
Diện tích bề mặt (m2/g)

SWCNTs

MWCNTs

0,8
~1
50 – 500
5 – 50
3000

1,8
~ 0,3 - 1
10 – 60
5 – 50
3000

>700

>700

~ 400-900

Các phương pháp tổng hợp CNTs
Hiện nay, bốn phương pháp chính đã và đang được nghiên cứu sử dụng để tổng
hợp CNTs bao gồm: Phương pháp hồ quang (Arc Electrique), phương pháp cắt gọt
Laser (Ablation Laser), phương pháp nghiền bi và ủ nhiệt, phương pháp lắng đọng
pha hơi hóa học (CVD), trong đó phương pháp CVD có nhiều ưu điểm hơn cả [3].
Một thử thách rất lớn đối với việc sản xuất CNTs là các nhà khoa học vẫn
chưa thể cuộn tròn ống nano theo cách họ muốn. Ngoài ra chi phí cho việc sản xuất
CNTs còn rất cao [3].
1.1.2.3. Vật liệu Graphen
Graphen là một mặt phẳng đơn lớp của những nguyên tử cacbon được sắp xếp
chặt chẽ trong mạng tinh thể hình tổ ong 2 chiều (2D). Graphen được cuộn lại sẽ tạo
nên dạng thù hình fullerene 0D, được quấn lại sẽ tạo nên dạng thù hình cacbon
nanotube 1D, hoặc được xếp chồng lên nhau sẽ tạo nên dạng thù hình graphit 3D
7


(Hình 1.2) [19]. Nét điển hình của cấu trúc là sắp xếp các nguyên tử cacbon trên
đỉnh các lục giác đều, nằm cách nhau những
khoảng nhất định là 1,42 Å và liên kết với
nhau bởi những liên kết sp2.
Graphen được hai nhà khoa học người Anh
gốc Nga là Andre Geim và Konstantin
Novoselov (Đại học Manchester, Anh) khám
phá ra vào năm 2004, năm 2010 giải Nobel Vật
lý đã được trao cho hai nhà khoa học này. Dưới
kính hiển vi họ đã quan sát được những mảng

Hình 1.3. Graphen hiện hữu với mặt
lồi lõm của không gian 3 chiều


Chính nhờ những đặc điểm ưu việt trên mà graphen đang là mối quan tâm
hàng đầu của những nhà nghiên cứu trong mọi lĩnh vực. Hình 1.4 chỉ ra số lượng
bài báo nghiên cứu về graphen trong mười năm qua. Từ Hình 1.4 cho thấy các vật
liệu cấu trúc nano trên cơ sở cacbon như fullerene, CNTs và graphen đang rất được
quan tâm, năm 2005 số lượng công trình công bố liên quan đến ba vật liệu trên chỉ
đạt khoảng 5000 công trình, đến năm 2014 đã tăng lên 30000 công trình gấp 6 lần
so với năm 2005. Trong đó xu hướng nghiên cứu về graphen đã tăng mạnh từ khi
giải Nobel về graphen được công bố năm 2010.

8


Hình 1.4. Số lượng các công trình công bố về graphen trong 10 năm gần đây
(tổng hợp từ các công trình đăng trên các tạp chí liên quan đến khoa học) [3]
Số lượng các công trình công bố về graphen tăng gấp 8 lần trong vòng 5 năm
qua, năm 2010 chỉ với 2000 công trình công bố trong khi năm 2014 đã lên đến
16000 công bố cho thấy graphen đang là mối quan tâm hàng đầu trong các vật liệu
cacbon. Các nước tập trung nghiên cứu về fullerene và CNTs nhiều nhất là Trung
Quốc, Mỹ và Nhật, trong khi đó Hàn Quốc, Mỹ và Trung Quốc lại tập trung nhiều
về nghiên cứu graphen. Hình 1.5 mô tả sự phân bố của các công trình công bố liên
quan đến ba vật liệu: Fullerene, CNTs và graphen.

Hình 1.5. Sự phân bố của các công trình công bố liên quan đến ba vật liệu
fullerene, CNTs và graphen trên thế giới [3]
Trên thế giới, trong số các công trình công bố liên quan đến các lĩnh vực ứng
dụng vật liệu trên graphen, trong năm 2014 đã có 16000 công trình công bố và
khoảng 4000 sáng chế liên quan đến vật liệu graphen [24]. Các sáng chế về graphen
được phân bố nhiều quốc gia và tập trung chủ yếu từ các nhà khoa học của Sam
Sung (700), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (400), IBM –Mỹ (300)… [24].
9