Ảnh hưởng của nhóm chức quang học trên bề mặt đến tính chất quang của chấm lượng tử carbon

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp CQDs có nhóm chức -COOH trên bề mặt rồi tiến hành biến tính với ethylenediamine (EDA). Kết quả phân tích cấu trúc và quang học cho thấy, nhóm chức quang học F hình thành sau quá trình biến tính với EDA. F làm xuất hiện vùng hấp thụ đặc trưng ở 350 nm và tăng hiệu suất phát xạ huỳnh quang từ 14% lên 38%. Kết quả này cho thấy vài trò quan trọng của F đến tính chất quang học của CQDs.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nhóm chức quang học trên bề mặt đến tính chất quang của chấm lượng tử carbonPhạm Trường Long và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ189(13): 143 - 148ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM CHỨC QUANG HỌC TRÊN BỀ MẶT ĐẾN TÍNHCHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CARBONPhạm Trường Long1,2, Nguyễn Thị Quỳnh1,3, Đinh Thị Châm1,Doãn Diệu Thúy1, Đỗ Thị Kiều Loan1, Bui Thi Thu1, Bui Thu Hà1,Đỗ Thị Mỹ Ngọc1, Nguyễn Thị Thanh Hường1, Trần Nhật Anh1,Nguyễn Xuân Bách1, Mai Xuân Dũng*11Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2Đại học Cần ThơTrường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội3TÓM TẮTChấm lượng tử carbon (CQDs: carbon quantum dots) đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu vìchúng có khả năng phát xạ huỳnh quang trong vùng nhìn thấy với hiệu suất cao và đặc biệt làkhông độc hại như CdSe QDs. Cấu trúc CQDs được đề xuất gồm ba thành phần: (1) lõi gồm mộthoặc nhiều hệ đa vòng liên hợp PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon), (2) nhóm chức quang họcF (fluorophore) và (3) các nhóm chức quyết định độ tan trên bề mặt. Mặc dù vậy, chưa có nhiềunghiên cứu về sự hình thành và ảnh hưởng của F đến tính chất quang học của CQDs. Trong nghiêncứu này, chúng tôi tổng hợp CQDs có nhóm chức -COOH trên bề mặt rồi tiến hành biến tính vớiethylenediamine (EDA). Kết quả phân tích cấu trúc và quang học cho thấy, nhóm chức quang họcF hình thành sau quá trình biến tính với EDA. F làm xuất hiện vùng hấp thụ đặc trưng ở 350 nm vàtăng hiệu suất phát xạ huỳnh quang từ 14% lên 38%. Kết quả này cho thấy vài trò quan trọng củaF đến tính chất quang học của CQDs.Từ khóa: chấm lượng tử carbon, thủy nhiệt, nhóm chức quang học, hóa học bề mặt, huỳnh quang.GIỚI THIỆU*Từ khi vô tình được phát hiện vào năm 2004khi Xiaoyou Xu và cộng sự làm sạch ốngnano carbon [1], chấm lượng tử carbon(CQDs) đã thu hút được chú ý của các nhàkhoa học vì chúng có khả năng phát xạ huỳnhquang trong vùng nhìn thấy và đặc biệt làkhông độc hại [2–4]. Đây là những đặc tínhquan trọng giúp CQDs trở thành vật liệu thaythế lý tưởng cho CdSe QDs, một họ chấmlượng tử được nghiên cứu cơ bản và ứng dụngchi tiết nhất. Khả năng ứng dụng của CQDsđã được mô tả cho một số lĩnh vực tương tựnhư CdSe QDs bao gồm vật liệu chuyển hóaquang học [5], vật liệu phát quang trongLEDs [6], xúc tác quang hóa [7] và nhiều ứngdụng khác [8].So với CdSe QDs, hiệu ứng giam hãm lượngtử (màu sắc phát xạ và phổ hấp thụ phụ thuộctuyến tính theo kích thước của QD) không thểhiện rõ trên CQDs xuất phát từ bản chất liênkết hóa học giữa phần lõi và các nhóm chức*Email: xdmai@hpu2.edu.vntrên bề mặt. Trong CdSe QDs, phần lõi là tinhthể CdSe có kích thước cỡ vài nanomet quyếtđịnh chủ yếu cấu trúc điện tử tính chất quangcủa QDs. Nhóm chức trên bề mặt CdSethường là các phối tử tạo liên kết cho - nhậnvới ion Cd2+ hoặc Se2- chưa bão hòa trên bềmặt tinh thể. Các phối tử bề mặt này thay đổikhông đáng kể cấu trúc điện tử và phổ hấp thụcủa CdSe QDs mà thường chỉ ảnh hưởng đếnhiệu suất phát xạ huỳnh quang của CdSeQDs. Trong khi đó, với CQDs cấu trúc lõi làcác hệ đa vòng liên hợp (PAH). Sự giam hãmlượng tử ở PAH không những phụ thuộc vàokích thước hệ liên hợp mà còn phụ thuộcnhiều vào các nhóm chức bề mặt do các nhómchức này liên kết cộng hóa trị với PAH [9].Cho đến nay, mối quan hệ giữa kích thước,cấu trúc hóa học bề mặt của CQDs với cơ chếquang học của nó vẫn chưa được làm sáng tỏnhư với CdSe QDs.Cấu trúc được chấp nhận phổ biến của CQDsgồm ba thành phần, PAH, các nhóm chứcphân cực đơn giản quyết định độ tan củaCQDs như -COOH, -OH, -CONH-... và nhóm143Phạm Trường Long và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆchức quang học F [10–12]. F thường là cácdẫn xuất của citrazinic acid, được hình thànhkhi thủy nhiệt hỗn hợp citric acid (CA) vớiamine trước khi chúng ngưng tụ với PAH[12,13]. Bằng cách so sánh tính chất quangcủa CQDs tổng hợp từ CA và các loại aminecó khả năng ngưng tụ khác nhau các nghiêncứu này cho rằng F quyết định tính chấtquang của CQDs. Mặc dù vậy, cần có nhữngso sách trực tiếp giữa CQDs có kích thướcgiống nhau nhưng chỉ khác nhau có haykhông nhóm chức F để làm rõ vai trò của Fđến tính chất quang của CQDs. Trong nghiêncứu này, chúng tôi trước tiên tổng hợp CQDscó nhóm chức acid -COOH trên bề mặt, kýhiệu là A-CQD, bằng phương pháp thủy nhiệtCA ở 200oC. A-CQD sau đó được biến tínhbằng cách thủy nhiệt với ethylenediamine(EDA) ở 160oC, sản phẩm thu được ký hiệu làA-CQD+EDA. Nghiên cứu cấu trúc và phổhấp thụ chứng tỏ sự hình thành nhóm chức Ftrên A-CQD+EDA. Nhóm chức này làm tănghiệu suất phát xạ lượng tử của CQDs từ 14lên 38%. Kết quả này chứng tỏ vai trò quantrọng của nhóm chức quang học F đến tínhchất quang của CQDs.THỰC NGHIỆMddCA200oC, 6hChúng tôi sử dụng phương pháp thủy nhiệt đểtổng hợp A-CQDs. Cho 35 ml dung dịch CA(99,8%, Aladdin Chemicals) 2M trong nướccất vào bình bình PPL (polyphenyl) 50 ml;đậy nắp kín rồi cho vào ống thép không gỉvặn chặt. Bình phản ứng sau đó được đặt ...