Chế tạo chấm lượng tử ZnS bọc 3 - Mercaptopropan 1,2 - diol ứng dụng làm Sensor huỳnh quang cho ion Cu2+

Bài viết Chế tạo chấm lượng tử ZnS bọc 3 - Mercaptopropan 1,2 - diol ứng dụng làm Sensor huỳnh quang cho ion Cu 2+ trình bày: Chấm lượng tử ZnS bọc 3-mercaptopropan-1,2-diol (ZnS-MPD) được tổng hợp thành công theo phương pháp kết tủa. ZnS-MPD được đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy ZnS-MPD có cấu trúc lập phương, khá tinh khiết, với kích thước hạt khoảng 5 nm,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo chấm lượng tử ZnS bọc 3 - Mercaptopropan 1,2 - diol ứng dụng làm Sensor huỳnh quang cho ion Cu2+ CHẾ TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ ZnS BỌC 3-MERCAPTOPROPAN-1,2DIOL ỨNG DỤNG LÀM SENSOR HUỲNH QUANG CHO ION Cu2+ LÊ THỊ MỸ HUYỀN Trường THPT Lê Lợi, Đông Hà – Quảng Trị DƯƠNG TUẤN QUANG Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế Tóm tắt: Chấm lượng tử ZnS bọc 3-mercaptopropan-1,2-diol (ZnS-MPD) được tổng hợp thành công theo phương pháp kết tủa. ZnS-MPD được đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy ZnS-MPD có cấu trúc lập phương, khá tinh khiết, với kích thước hạt khoảng 5 nm. ZnS-MPD có khả năng phát huỳnh quang mạnh khi bị kích thích ở bước sóng 292 nm. Ion Cu2+ có khả năng dập tắt huỳnh quang của chấm lượng tử này. Trong khi đó, những ion kim loại khác ít gây ảnh hưởng đến tính chất huỳnh quang. Do đó có thể sử dụng ZnS-MPD vào mục đích phát hiện chọn lọc ion Cu2+. 1. GIỚI THIỆU Trong thập kỷ vừa qua, chấm lượng tử đã thu hút sự quan tâm đáng kể của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới vì những ứng dụng to lớn của nó trong nhiều lĩnh vực [1], [2], [3]. Tính chất quang học đặc trưng của chấm lượng tử đã đem đến những thuận lợi trong chế tạo cảm biến huỳnh quang và chẩn đoán hình ảnh trong sinh học tế bào và sinh học phân tử. Dựa trên chấm lượng tử, người ta đã chế tạo thành công nhiều cảm biến phát hiện ion và những phân tử phức tạp [4], [5], [6]. Trong các vật liệu nano, ZnS là một trong những vật liệu được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Nó là hợp chất có vùng cấm thẳng, độ rộng vùng cấm lớn nhất (ở nhiệt độ phòng là 3,68 eV) trong các hợp chất AIIBIV, có nhiệt độ nóng chảy cao (2103K). Vì vậy mà ZnS đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống. Chẳng hạn có thể ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử như cửa sổ hồng ngoại, laser phát quang, màn hình hiển thị [1], [3]. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy việc bọc phủ polymer đối với các hạt nano ZnS không những có thể thay đổi độ rộng vùng cấm của vật liệu mà còn có thể cách ly tốt vật liệu với môi trường nhằm tránh hiện tượng vật liệu bị oxy hóa, ngăn cản sự kết tụ của các hạt lại với nhau để các tinh thể nano không lớn lên thành tinh thể mẫu khối. Ngoài ra còn hi vọng tăng hiệu suất phát quang, tăng cường độ phát quang của các tinh thể nano ZnS bọc phủ polymer. Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu quá trình nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử ZnS bọc 3-mercaptopropan-1,2-diol và định hướng ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến huỳnh quang [7]. Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 01(21)/2012: tr. 27-33 28 LÊ THỊ MỸ HUYỀN – DƯƠNG TUẤN QUANG 2. THỰC NGHIỆM Quá trình tổng hợp ZnS-MPD được tiếp cận theo phương pháp “từ dưới lên” (bottomup); Cụ thể hơn chúng tôi dựa trên công trình của Yongfen Chen and Zeev Rosenzweig, trong đó các tác giả tổng hợp CDs bọc L-Cystein [6]. Cụ thể: lấy 0,2 mmol Zn(CH3COO)2 và 0,2 mmol 3-mercaptopropan 1,2-diol vào bình định mức đáy tròn 250 mL, thêm 200 mL nước cất vào bình định mức rồi cho hỗn hợp vào bình cầu 3 cổ. Sục khí nitơ tinh khiết và khuấy từ hỗn hợp trên trong thời gian 60 phút. Lấy 0,2 mmol Na2S hoà tan trong 10mL nước cất và thêm từ từ vào cột khuấy. Sau đó hỗn hợp được đun hồi lưu dưới áp suất nitơ trong 10 giờ. Đun mẫu ở các nhiệt độ khác nhau: 400C (M40), 500C (M50), 600C (M60), 700C (M70). Phương trình phản ứng xảy ra là: Zn(CH 3COO) 2 + Na 2S → ZnS ↓ +CH 3COONa Các mẫu vật liệu ZnS-MPD sau khi tổng hợp được chụp ảnh hiển vi điện tử quét và ghi giản độ nhiễu xạ tia X, cũng như ghi phổ huỳnh quang trong dung dịch ở các điều kiện khác nhau. Chúng tôi sử dụng huỳnh quang kế; máy đo nhiễu xạ tia X; thiết bị chụp ảnh SEM của Viện vật liệu - Viện KH & CN Việt Nam. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trạng thái bề mặt của mẫu ở các nhiệt độ chế tạo khác nhau được nghiên cứu bằng cách chụp ảnh SEM. Ở nhiệt độ 600C kích thước hạt khoảng 5 nm (hình 1). Hình 1. Hình ảnh SEM của mẫu QDs ZnS bọc 3-mercaptopropan-1,2-diol được tạo thành ở nhiệt độ 600C Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu M60 (hình 2) chỉ ra 3 pic đặc trưng với các giá trị 2θ lần lượt là 29,3; 48,7; và 56,5. Các pic này tương ứng với các mặt phẳng phản xạ (111), (220), và (311) của ZnS cấu trúc lập phương [8]. Các pic tương đối tù cho thấy rằng mẫu đem đo bao gồm các tinh thể có kích thước rất nhỏ, phù hợp với kết quả chụp ảnh SEM [9]. Giản đồ XRD không xuất hiện các pic của các tạp chất khác, chứng tỏ mẫu ZnS-MPD khá tinh khiết. Phổ huỳnh quang của ZnS-MPD tạo thành ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện ở hình 3. Mẫu M40 có kích thước hạt tương đối lớn (50nm) hầu như không phát quang. CHẤT TẠO CHẤM LƯỢNG TỬ ZnS BỌC 3-MERCAPTOPROPAN-1,2-DIOL... 29 Khi các mẫu có kích thước càng nhỏ thì khả năng phát huỳnh quang càng mạnh. Mẫu M60 có kích thước bé nhất cho phổ huỳnh quang có cường độ lớn nhất. Cực đại phát xạ thu được ở 387,29 nm với bước sóng kích thích ở 292nm (hình 3). Hình 2. Giản đồ XRD của mẫu M60 Hình 3. Cường độ huỳnh quang của ...