Chế tạo vật liệu hạt nano TiN/TiO2 có cấu trúc lõi/vỏ nhằm tăng cường sự hấp phụ bề mặt các phân tử axít 4-mercaptobenzoic

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày phương pháp chế tạo cấu trúc lõi-vỏ TiN/TiO2 nhằm tăng cường sự hấp phụ của phân tử axit 4-MBA trên bề mặt của vật liệu. Bằng cách ôxy hóa vật liệu hạt nano TiN trong môi trường không khí ở các nhiệt độ từ 300 đến 400°C, cấu trúc lõi-vỏ TiN/TiO2 được hình thành với chiều dày lớp vỏ TiO2 có thể thay đổi được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo vật liệu hạt nano TiN/TiO2 có cấu trúc lõi/vỏ nhằm tăng cường sự hấp phụ bề mặt các phân tử axít 4-mercaptobenzoic12, SốTr.5,83-892018Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, ISSN: 1859-0357, Tập 12, SốTập5, 2018,CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẠT NANO TiN/ TiO2 CÓ CẤU TRÚC LÕI/VỎ NHẰMTĂNG CƯỜNG SỰ HẤP PHỤ BỀ MẶT CÁC PHÂN TỬ AXÍT 4-MERCAPTOBENZOICNGUYỄN HOÀI HUỆ1, LÊ THỊ THANH HƯƠNG1,NGUYỄN THỊ HUYỀN1, LÊ THỊ NGỌC LOAN2*1Cao học Vật lý chất rắn, Khóa 19 Trường Đại học Quy Nhơn2Khoa Vật lý, Trường Đại học Quy NhơnTÓM TẮTTrong bài báo này, chúng tôi trình bày phương pháp chế tạo cấu trúc lõi-vỏ TiN/TiO2 nhằm tăngcường sự hấp phụ của phân tử axit 4-MBA trên bề mặt của vật liệu. Bằng cách ôxy hóa vật liệu hạt nanoTiN trong môi trường không khí ở các nhiệt độ từ 300 đến 400°C, cấu trúc lõi-vỏ TiN/TiO2 được hình thànhvới chiều dày lớp vỏ TiO2 có thể thay đổi được. Kết quả cho thấy các phân tử 4-MBA hấp phụ tăng với sựtăng của bề dày lớp vỏ TiO2. Đặc biệt, các phân tử 4-MBA hấp phụ tốt hơn trên bề mặt của vật liệu cấu trúclõi-vỏ so với vật liệu nguồn TiN và vật liệu hạt nano TiO2 P25 thương mại. Sự khác biệt này có thể do lớptiếp xúc kim loại/ bán dẫn TiN/TiO2 gây nên sự thay đổi điện tích bề mặt của vật liệu, qua đó ảnh hưởngđến tương tác với các phân tử 4-MBA.Từ khóa: Cấu trúc lõi - vỏ TiN/TiO2, hấp phụ bề mặt, 4-MBA.ABSTRACTA synthesis of TiN/TiO2 core-shell nanostructure for enhanced surfaceadsorption of 4-mercaptobenzoic acidmoleculesThis work presents an approach to fabricate core-shell TiN/TiO2 nanoparticles for the enhancement ofthe adsorption of 4-mercaptobenzoic acid molecules on the particle surface. The core-shell nanostructuredwas fabricated by oxidizing TiN nanoparticles in air at temperatures in the range of 300-400°C. By varyingthe oxidation temperature, the thickness of the TiO2 shell layer can be tailored. The results show thatthe adsorption of 4-MBA molecules increases with increasing the thickness of the shell layer. Especially,the adsorption is higher on the core-shell particles than the intial TiN and the commercial TiO2 P25nanoparticles. This could be due to the influence of the metal/semiconductor (TiN/TiO2) contact that causesthe surface charge distribution, which consequently affects the adsorption of the 4-MBA molecules.Keywords: TiN/TiO2 core-shell nanoparticles, surface adsorption, 4-MBA.1.Giới thiệuBiến tính bề mặt vật liệu nano là một trong những phương pháp phổ biến nhằm thay đổivà điều khiển, qua đó cải thiện tính chất của vật liệu cho phù hợp với các ứng dụng cụ thể [1-3].Đặc biệt, việc sử dụng các phân tử hữu cơ trong biến tính bề mặt ngày nay được sử dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực như xúc tác, cảm biến và phân tích [1, 2, 4]. Sự có mặt của các phân tử hữuEmail: lethingocloan@qnu.edu.vnNgày nhận bài: 24/4/2018; Ngày nhận đăng: 10/6/2018*83Nguyễn Hoài Huệ, Lê Thị Thanh Hương, Nguyễn Thị Huyền, Lê Thị Ngọc Loancơ có tác dụng làm thúc đẩy quá trình dịch chuyển của điện tích tại lớp tiếp xúc, qua đó thay đổiđiện tích trên bề mặt vật liệu, hệ quả là làm thay đổi các quá trình phản ứng ôxy hóa/ khử xảy ratrên bề mặt [5]. Ngoài ra, sự hấp phụ của các phân tử hữu cơ trên bề mặt còn có tác dụng làm tăngđộ nhạy của các phép đo [1]. Đây là một trong những phương pháp thường được sử dụng trongcác phép đo nhằm phát hiện các chất có nồng độ rất bé, đặc biệt là trong phương pháp dùng phổRaman tăng cường sử dụng hiệu ứng plasmon (gọi tắt là SERS) [2, 6, 7].Do có tính chất plasmon nổi trội, các vật liệu kim loại quý như vàng (Au) và bạc (Ag)thường được sử dụng lĩnh vực SERS [8]. Nhược điểm lớn nhất của các vật liệu này là giá thànhcao, làm hạn chế khả năng ứng dụng vào thực tế. Do vậy, các nghiên cứu hiện nay tập trung vàoviệc tìm kiếm các vật liệu có tính chất plasmon mới có giá thành thấp hơn. Titan nitrua (TiN) hiệnnay được xem là một trong những vật liệu có tính chất plasmon tốt có khả năng thay thế các vậtliệu kim loại quý trong lĩnh vực [9, 10]. Gần đây, nhóm Aizawa đã nghiên cứu biến tính bề mặtvật liệu TiN bằng phương pháp cấy ion nhôm, clo và cacbon nhằm giảm khả năng bị oxy hóa củaTiN và tăng khả năng chống bào mòn [11]. Bề mặt hạt nano TiN cũng được nghiên cứu gắn cácphân tử hữu cơ nhằm ứng dụng trong cảm biến sinh học [12]. Các nghiên cứu trên vật liệu TiNkết hợp với việc biến tính bề mặt nhằm tăng cường tính chất plasmon của vật liệu đang thu hút sựquan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu hiện nay [13].Trong báo cáo này, chúng tôi nghiên cứu sự hấp phụ của các phân tử axit 4-mercaptobenzoic(4-MBA) lên các hạt nano TiN/ TiO2 có cấu trúc lõi-vỏ. Cấu trúc này được chế tạo bằng cách ôxyhóa bột nano TiN trong môi trường không khí. Bằng cách thay đổi nhiệt độ của quá trình ôxyhóa, bề dày lớp vỏ TiO2 có thể được điều khiển, qua đó làm thay đổi sự hấp phụ của các phân tử4-MBA. Kết quả cho thấy, sự hấp phụ của các phân tử 4-MBA tăng dần theo chiều dày của lớp vỏTiO2. Đặc biệt, sự hấp phụ tr ...