ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

LÊ CAO NGUYÊN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
Ag-Fe3O4-GRAPHENE OXIT DẠNG KHỬ
VÀ ỨNG DỤNG
Demo Version - Select.Pdf SDK

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

HUẾ, NĂM 2016


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

LÊ CAO NGUYÊN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU
Ag-Fe3O4-GRAPHENE OXIT DẠNG KHỬ
VÀ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành : Hóa lý thuyết và Hóa lý

Demo Version - Select.Pdf SDK

Mã số

: 62 44 01 19

Xin cảm ơn PGS.TS. Đinh Quang Khiếu,đã luôn giúp đỡ tôi về chuyên
môn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể qúy thầy cô trong khoa Hóa học,
Trường Đại học Sư phạm Huếvà Trường Đại học Khoa học Huếđã tạo mọi điều
kiện thuận lợi – cơ sở vật chất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành
cảm ơn khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội; Viện Khoa
học Vật liệu Hà Nội; Phòng thí nghiệm hiển vi điện tử, Viện Vệ sinh Dịch tể
Trung ương, Viện ITIM Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi phân tích các
mẫu thí nghiệm trong luận văn.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân
trong gia đình, những thầy cô và bạn bè gần xa đã động viên, giúp đỡ trong

Demo Version - Select.Pdf SDK

suốt quá trình tôi học tập và nghiên cứu.

Huế, tháng 09 năm 2016
Tác giả

Lê Cao Nguyên

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ............................................................................................................. i
Lời cam đoan ............................................................................................................. ii
Lời cảm ơn ............................................................................................................... iii
Mục lục ........................................................................................................................ i


2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X ........................................................................27
2.3.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) ..............................28
2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ..............................................................29
2.3.4. Phương pháp đo đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ ............................30
2.3.5. Từ kế mẫu rung (vibrating sample magnetometer, VSM) ..........................31
2.3.6. Hệ đo độ nhạy khí .......................................................................................32
2.4. Hóa chất .............................................................................................................33
2.5. Thực nghiệm ......................................................................................................33
2.5.1. Tổng hợp graphene oxit ..............................................................................33
2.5.2. Tổng hợp graphene oxit dạng khử ..............................................................34
2.5.3. Tổng hợp nano oxit sắt từ trên graphene dạng khử.....................................34
2.5.4. Biến tính Fe3O4-rGO bằng nano bạc ...........................................................35
2.5.5. Đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu trong cảm biến khí ..........................35
2.5.5.1. Chuẩn bị điện cực và tạo cảm biến ......................................................35
2.5.5.2. Quy trình xử lý nhiệt vật liệu nano Fe3O4-graphene dạng khử ............36
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................37
3.1. Tổng hợp
GO vàVersion
rGO.........................................................................................
37
Demo
- Select.Pdf SDK
3.2. Tổng hợp Fe3O4-rGO nanocomposit ..................................................................41
3.3. Tổng hợp Ag-Fe3O4-rGO nanocomposit............................................................48
3.4. Tổng hợp vật liệu Fe2O3 cấu trúc nano từ Fe3O4-rGO ứng dụng trong cảm biến
khí ..............................................................................................................................49
3.4.1. Đặc trưng vật liệu ........................................................................................49
3.4.2. Tính chất nhạy khí .......................................................................................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 55

MSPE

Kỹ thuật chiết xuất từ pha rắn

NMP

N-Methyl-2-pyrrolidone

PCB 28

2,4,4-trichlorobiphenyl

PCB 28

2,4,4-trichlorobiphenyl

rGO

Graphene oxit dạng khử (reduced graphene oxide)

SEM

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

SMGO

Sulfonated magnetic graphene oxide composite

TEM


Tên bảng

Trang

Bảng 1.1

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

11

Bảng 2.1

Một số hóa chất sử dụng trong luận văn

33

Bảng 2.2

Khối lượng GO và axit ascorbic cho phản ứng khử hóa GO

34

Bảng 2.3

Khối lượng muối FeCl2.4H2O và rGO trong tổng hợp Fe3O4-

34

rGO nanocomposit
Bảng 3.1

15

Hình 1.4.

Ảnh SEM của GNS/Fe3O4 thu được của nhóm tác giả Ai.

16

Hình 1.5.

Ảnh TEM (A) và từ tính (B) vật liệu Fe3O4-GO theo kết quả

17

của nhóm nghiên cứu Zong và cộng sự
Hình 1.6.

Tổng hợp Fe3O4-Graphene trong hấp phụ MB

18

Hình 1.7.

Thí nghiệm hấp phụ Fushin bằng Fe3O4-Graphene

19

Hình 1.8.

Kỹ thuật chiết xuất từ pha rắn (MSPE) dựa trên chất hấp thụ

26

Hình 2.1.

Minh hoạ hình học định luật Bragg

27

Hình 2.2.

Nguyên tắc chung của các phương pháp hiển vi điện tử

29

Hình 2.3.

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P / V  Po – P  theo P/Po

31

Hình 2.4.

Sơ đồ nguyên lý của hệ đo cảm biến khí và giao diện phần

32

mềm VEE Pro
Hình 2.5.

Sơ đồ cấu tạo của cảm biến khí (a), Sơ đồ cấu tạo điện cực


minh họa liên kết hidro giữa các lớp GO với H2O
Hình 3.4.

Phổ hồng ngoại của các mẫu rGO với các tỉ lệ rGO/axit

39

ascorbic khác nhau
Hình 3.5.

rGO thu được sau phản ứng khử hóa GO

40

Hình 3.6.

Đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ N2 của GO (a) và

41

rGO (b)
Hình 3.7.

Giản đồ XRD của vật liệu Fe3O4-rGO với tỉ lệ Fe2+ và rGO

42

khác nhau
Hình 3.8.

Hình 3.13.

Thí nghiệm khảo sát từ tính vật liệu Fe3O4-rGO

46

- Select.Pdf
ĐườngVersion
cong từ trễ
của rG1F2 (a)SDK
và rG1F10 (b)
Hình 3.14. Demo

47

Hình 3.15.

Ảnh TEM của vật liệu rG1F025 trước (a) và sau biến tính Ag (b)

48

Hình 3.16.

Quá trình tổng hợp vật liệu Ag-Fe3O4-rGO

49

Hình 3.17.

Kết quả SEM (A) và TEM (B) của mẫu Fe3O4-rGO sau khi ủ

Hình 3.22.

Độ hồi đáp của cảm biến Fe2O3 đối với khí (a) H2 và (b) NH3 ở

52

400 0C với nồng độ khác nhau của khí
Hình 3.23.

So sánh độ nhạy khí ở nồng độ 100 ppm

6

53


MỞ ĐẦU
Năm 2004, với việc tách thành công những tấm graphene đầu tiên từ bột
graphit, Novoselov, Geim và các cộng sự đã tạo ra một tiếng vang lớn trong ngành
khoa học vật liệu [25],công trình này được đăng tải trên tạp chí hàng đầu của Mỹ,
Science và cho đến nay đã được trích dẫn trên 30000 lần trong các công trình
nghiên cứu khoa học khác.Sự kiện này đánh dấu một mốc quan trọng trong sự phát
triển của khoa học về vật liệu nano. Graphene đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của
các nhà khoa học trên thế giới bởi các đặc tính vượt trội của nó. Với những đóng
góp to lớn này, năm 2010 giải thưởng Nobel về vật lý đã được trao cho hai nhà
khoa học K. S. Novoselov, A. K. Geimthuộc trường đại học Manchester, vương
quốc Anh.
Graphene là lớp nguyên tử cacbon có cấu trúc phẳng và độ dày một nguyên
tử. Các nguyên tử cacbon xếp chặt trong một mạng lục giác theo cấu trúc hình tổ
ong hai chiều (2D)[25]. Graphene được xem là vật liệu mỏng nhất trong số các loại

graphene tổng hợp từ các phương pháp tổng hợp khác như bóc tách vi cơ học
graphit nhiệt phân có độ trật tự cao (micro-mechanical exfoliation of highly ordered
pyrolytic graphite), nuôi tinh thể (epitaxial growth), hay lắng đọng pha hơi hóa học
(chemical vapor deposition) có cấu trúc và tính chất tốt hơn. GO hay rGO có có hai
đặc trưng quan trọng sau: (1) Nó được tạo ra từ nguyên liệu khá rẻ tiền (graphite)
bằng phương pháp hóa học hiệu quả với chi phí thấp và hiệu suất cao; (2) tính ưa
nước cao nên dễ dàng tạo ra một dung dịch keo bền bằng quá trình đơn giản và rẻ

Demo
- Select.Pdf
tiền[25]. Vì vậy,
GOVersion
và rGO vẫn
là một chủ đềSDK
nóng trong nghiên cứu và phát triển
graphene, đặc biệt là liên quan đến ứng dụng hàng loạt.
Để đưa graphene oxit dạng khử vào ứng dụng trong thực tế còn khó vì chưa
thể thu hồi lại triệt để. Do đó, hướng nghiên cứu phân tán nano sắt từ trên chất nền
là graphene đang được quan tâm rất lớn bởi vì tính bền, diện tích bề mặt lớn, độ dẫn
điện tốt và tính từ mạnh.Vì vậy, có rất nhiều nghiên cứu tổng hợp Fe3O4-rGOứng
dụng trong siêu tụ điện, xúc tác, hấp phụ, vật liệu điện cực và dẫn thuốc. Các nghiên
cứu cho thấy tính chất vật liệu Fe3O4-rGOphụ thuộc nhiều vào tỉ lệ Fe3O4 trên rGO
và hình thái của các hạt nano oxit sắt từ [28]. Bên cạnh đó, việc kết hợp các tính
chất độc đáo của vật liệu từ và kim loại quý như Ag, Au... có thể tạo ra các loại xúc
tác đầy tiềm năng với hoạt tính xúc tác tốt và dễ thu hồi sau phản ứng.Trong số các
loại hạt nano được nghiên cứu, ứng dụng thì hạt nano bạc đã gây được sự chú ý đặc
biệt bởi tính chất kháng khuẩn vượt trội. Trên thế giới nano bạc đã được nghiên
cứu, chế tạo và ứng dụng trong rất nhiều các sản phẩm.Vì vậy, việc phát triển các

8

- Chương 1. Tổng quan
- Chương 2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3.Kết quả và thảo luận
- Kết luận

9