Tài liệu Nghiên cứu phản ứng giữa cu2+ và chấm lượng tử carbon

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ QUỲNH NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG GIỮA Cu2+ VÀ CHẤM LƢỢNG TỬ CARBON KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lý HÀ NỘI – 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ QUỲNH NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG GIỮA Cu2+ VÀ CHẤM LƢỢNG TỬ CARBON KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lý Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. MAI XUÂN DŨNG HÀ NỘI – 2018 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CA: Citric acid CB: Conduction band/ vùng dẫn CQDs: Carbon quantum dots/ Chấm lƣợng tử carbon Cu/CQDs: Copper with Carbon quantum dots/ hợp chất chấm lƣợng tử carbon với ion kim loại copper N-CQDs: Nitrogen doped Carbon quantum dot/ Chấm lƣợng tử carbon pha tạp Nitơ EDA: Ethylenediamine Eg: Engery gap/Độ rộng vùng cấm FT-IR: Fourier transform - infrared spectroscopy/ Phổ hồng ngoại HOMO: Highest occupied molecular orbital/ obitan phân tử bị chiếm có năng lƣợng cao nhất. LUMO: Lowest unoccupied molecular orbital/ obitan phân tử chƣa bị chiếm có năng lƣợng thấp nhất. OLED: Organic Light-emitting diodes/ đi- ốt huỳnh quang hữu cơ QDs: Quantum dots/Chấm lƣợng tử QY: Quantum Yield / hiệu suất lƣợng tử QC: Quantum Computing/ Máy tính lƣợng tử QD-LED: Quantum dot Light-emitting diodes/ đi- ốt huỳnh quang lƣợng tử VB: Valance band/ vùng hóa trị UV-vis: ultraviolet - visible absorption spectroscopy / Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến XRD: Phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu này đƣợc tài trợ từ nguồn kinh phí khoa học công nghệ của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 cho mã đề tài số: C.2018-18-05 do TS. Mai Xuân Dũng làm chủ nhiệm đề tài. Để hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp này và để có thể trở thành một ngƣời có khả năng nghiên cứu khoa học, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ củaTS. Mai Xuân Dũng,ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện. Em xin chân thành cảm ơn các cán bộViện Khoa học Vật liệu và Phòng hỗ trợ nghiên cứu khoa học trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, Khoa Hóa học trƣờng ĐH KHTN đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ em thực hiện phép đo phổ hấp thụ UV-VIS, phổ hồng ngoại FT-IR…. Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thành viên trong nhóm N4O ( Nanomaterials For Optoelectronics) đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Trong quá trình thực hiện khoá luận mặc dù đã hết sức cố gắng nhƣng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót.Vì vậy em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn để nội dung khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 4 năm 2018 SINH VIÊN Nguyễn Thị Quỳnh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan Khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng em dƣới sự hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn TS.Mai Xuân Dũng. Các số liệu và kết quả trong khóa luận là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Đề tài không có sự sao chép tài liệu nào, công trình nghiên cứu nào của ngƣời khác mà không chỉ rõ trong mục tài liệu tham khảo. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng về sự cam đoan này! Hà Nội, tháng 4 năm 2018 SINH VIÊN Nguyễn Thị Quỳnh MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.Lý do chọn đề tài .................................................................................. 1 2.Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 1 3.Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 1 4.Phƣơng pháp thực hiện ......................................................................... 2 5.Điểm mới của đề tài .............................................................................. 2 PHẦN 2: NỘI DUNG .............................................................................. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................... 3 1.1.Giới thiệu về chấm lƣợng tử .............................................................. 3 1.1.1. Khái niệm và cấu trúc của chấm lƣợng tử ..................................... 3 1.1.2. Các tính chất của chấm lƣợng tử ................................................... 3 1.1.3. Ứng dụng của chấm lƣợng tử ........................................................ 7 1.2.C hấm lƣợng tử carbon .................................................................... 11 1.2.1. Khái niệm và cấu trúc ................................................................. 11 1.2.2. Ƣu điểm của chấm lƣợng tử Carbon ........................................... 12 1.2.3. Các phƣơng pháp tổng hợp ......................................................... 13 1.2.4. Ứng dụng của chấm lƣợng tử carbon .......................................... 13 1.2.5. Cơ chế tƣơng tác giữa chấm lƣợng tử và các ion kim loại chuyển tiếp ... 17 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................. 19 2.1. Tổng hợp chấm lƣợng tử carbon (CQDs) ....................................... 19 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ .................................................................... 19 2.1.2. Quy trình tổng hợp dung dịch chấm lƣợng tử carbon .................. 19 2.2 Phản ứng giữa ion copper (II) và chấm lƣợng tử carbon .................. 21 2.2.1 . Hóa chất và dụng cụ.................................................................. 21 2.2.2 Chuẩn độ dung dịch copper (II) bằng dung dịch EDTA ................. 21 2.2.3 Dung dịch copper tƣơng tác với dung dịch chấm lƣợng tử ............ 22 2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu phản ứng giữa Cu2+ và chấm lƣợng tử carbon .......................................................................................... 23 2.3.1 Phổ hồng ngoại FT-IR................................................................... 23 2.3.2 Phƣơng pháp phổ hấp thụ UV- vis................................................ 25 2.2.3 Phƣơng pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ....................................... 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 29 3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn độ của Cu2+ ................................................ 29 3.2. Cấu trúc của CQDs và Cu/CQDs ..................................................... 31 3.3. Phản ứng giữa Cu2+ và CQDs .......................................................... 32 3.3.1. Sự dập tắt huỳnh quang ................................................................ 32 3.3.2. Sự thay đổi về độ hấp thụ quang học ........................................... 34 3.4. Cấu trúc của mẫu rắn Cu/CQDs ...................................................... 37 PHẦN 3: KẾT LUẬN ............................................................................ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 40 DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Thể tích EDTA dùng để chuẩn độ Cu2+ .......................................29 Bảng 3.2. Độ hấp thụ của các dung dịch Cu2+ có nồng độ khác nhau tại 816nm................................................................................................30 Hình 1.1. Mô hình cấu trúc chấm lƣợng tử ....................................................... 3 Hình 1.2. Ảnh hƣởng của sự giam hãm lƣợng tử đến cấu trúc và năng lƣợngcủa QDs ..................................................................................... 4 Hình 1.3. Ảnh hƣởng của kích thƣớc đến QDs đến năng lƣợng Eg .................. 5 Hình 1.4. Màu sắc phát xạ (trái) và phổ hấp thụ UV-vis (phải) của chấm lƣợng tử CdSe có kích thƣớc thay đổi từ 2 đến 8 nm. ........................ 6 Hình 1.5. Sự chuyển dịch điện tử của quá trình hấp thụ và phát xạquang học của QDs ............................................................................................... 7 Hình 1.6. Chuột đƣợc tiêm QDs đƣợc soi dƣới đèn UV.................................. 8 Hình 1.7. a) Pin mặt trời scatt của đại học Toronto thiết kế [13] .................... 9 Hình 1.8. Hình ảnh sử dụng công nghệ QD-LED (trái) cho độ phân giải vàchất lƣợng màu tốt hơn phosphor LED (phải) của TV Samsung 10 Hình 1.9. Máy tính điện tử D-Wave (trái) và chíp điện tử (phải) ................. 11 Hình 1.10. Mô phỏng cấu trúc 3D (trái) và 2D ( phải)của chấm lƣợng tử Carbon ............................................................................................... 12 Hình 1.11. Ảnh huỳnh quang in vivo chuột đƣợc tiêm CQDs ởcác bƣớc sóng kích thích khác nhau[23]................................................................... 15 Hình 1.12. Cơ chế quá trình dập tắt tín hiệu huỳnh quang ............................. 17 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp chấm lƣợng tử carbon chƣa qua làm sạch ........................................................................................................... 20 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình làm sạch CQD bằng phƣơng phápsolvent- anti solvent ............................................................................................... 21 Hình 2.3. Hệ thống máy bơm tuần hoàn có đèn UV....................................... 22 Hình 2.4. Sơ đồ quá trình cho ion Cu2+ tác dụng với CQD............................ 23 Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy quang phổ biến đổi Fourier .... 25 Hình 2.6. Sơ đồ hoạt động của máy đo phổ UV- vis ..................................... 26 Hình 2.7. Tia X chiếu vào mẫu vật ................................................................ 28 Hình 3.1. a) Độ hấp thụ của các dung dịch Cu2+,b) Đƣờng chuẩn của dung dịch Cu2+ ........................................................................................... 30 Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của CQDs và Cu/CQDs ........................................ 31 Hình 3.3. Sự thay đổi cƣờng độ huỳnh quang khi cho CQDs (trái)và khi cho CQDs tác dụng với Cu2+ ( phải)........................................................ 33 Hình 3.4. Mô tả cơ chế dập tắt huỳnh quang của CQDs với Cu2+ .................. 34 Hình 3.5. a) Phổ hấp thụ khi cho Cu2+ phản ứng với CQDs ở điều kiện thƣờng ở các thời gian khác nhau ..................................................... 35 b) Phổ hấp thụ khi cho Cu2+ phản ứng với CQDs chiếu UV ở các thời gian khác nhau. .......................................................................... 35 Hình 3.6. Phổ hấp thụ của các dung dịch các dung dịch CQDs,(Cu/CQDs + NH3), [Cu(NH3)4]2+, Cu2+ và (Cu2+ + CQDs). .................................. 36 Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu chất rắn Cu/CQDs .............................. 37 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chấm lƣợng tử carbon (CQDs) là các hạt nano có kích thƣớc nhỏ hơn 10nm.Chỉ trong một thời gian ngắn đƣợc phát hiện từ năm 2004 nhƣng chấm lƣợng tử carbon đãbộc lộ nhiều ƣu việt bởi các tính chất lí thú của nó. CQDs sở hữu độ ổn định cao trong dung dịch nƣớc, thể hiện tính huỳnh quang mạnh,tính độc thấp, khả năng tƣơng thích sinh học tốt[1-4]. Chínhvì các tính chất này, CQDs trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn thay thế các vật liệu chấm lƣợng tử bán dẫn chứa các kim loại nặng. Do đó, chấm lƣợng tử carbon đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi ở nhiều khía cạnh khác nhau từ tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc, đến thay đổi tính chất quang và triển khai ứng dụng. Một trong những ứng dụng của CQDs đó là sử dụng làm cảm biến hóa học. Khi có mặt các ion kim loại, độ mạnh của các tín hiệu huỳnh quang giảm đi rõ rệt. Vai trò của CQDs nhƣ một đầu dò để phát hiện các kim loại nhƣ Ag+, Hg2+, Fe3+, Co2+…Tuy nhiên các cơ chế về phản ứng giữa Mn+ (với M là các ion kim loại). Nhằm tìm hiểu rõ hơn về phản ứng giữa các ion kim loại chuyển tiếp với CQDs tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu phản ứng giữa Cu2+ và chấm lượng tử carbon” 2. Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu tƣơng tác giữa châm lƣợng tử carbon với ion kim loại nặng điển hình ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích UV .  Đánh giá khả năng xử lí ion kim loại Cu2+ bằng chấm lƣợng tử carbon.  Nghiên cứu cấu trúc, đặc điểm và tính chất của Cu/CQDs thông qua phổ UV-vis, phổ IR, XRD. 3. Nội dung nghiên cứu 1  Tổng hợp CQDs acid citric và ethylenediamine bằng phƣơng pháp thủy nhiệt .  Đặc trƣng cấu trúc và tính chất quang học của chấm lƣợng tử thu đƣợc bằng các phổ hấp thụ UV-vis, phổ hồng ngoại (IR).  Theo dõi sự thay đổi của nồng độ Cu2+ và CQDs theo thời gian bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ UV- vis.  Nghiên cứu cấu trúc, đặc điểm, tính chất quang học của các sản phẩm của phản ứng giữa Cu2+ và CQDs thông qua phổ hồng ngoại IR, phổ nhiễu xạ tai X( XRD). 4. Phƣơng pháp thực hiện  Thực nghiệm kết hợp lí thuyết mô phỏng  Các phƣơng pháp đặc trƣng nhƣ phổ hồng ngoại IR, phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X. 5. Điểm mới của đề tài  CQDs đƣợc tổng hợp từ CA và EDA ( theo tỉ lệ 1:2) có thể sử dụng để phát hiện và xử lí ion kim loại copper.  Sản phẩm của Cu2+ tác dụng với CQDs cho một chất rắn có cấu trúc tinh thể, cấu trúc này hoàn toàn mới lạ và chƣa đƣợc biết đến trƣớc đó. 2 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về chấm lƣợng tử 1.1.1. Khái niệm và cấu trúc của chấm lượng tử Khi các hạt tải điện bị giam giữ trong cả không gian ba chiều thì đƣợc gọi là “chấm lƣợng tử”. Chấm lƣợng tử (quantum dots) là khái niệm chỉ các họ vật liệu có kích thƣớc rất nhỏ (2-10 nm), có từ vài trăm đến vài nghìn nguyên tử, nằm trong khoảng giữa phân tử và bán dẫn rắn[5-8]. Hình 1.1. Mô hình cấu trúc chấm lƣợng tử 1.1.2. Các tính chất của chấm lượng tử a. Hiệu ứng giam hãm lượng tử Khi kích thƣớc của QDs xấp xỉ với bán kính Borh thì trong hệ sẽ xuất hiện hiệu ứng giam hãm lƣợng tử. Khi đó,các hạt tải điện bị giam trong khối này sẽ thể hiện tính chất giống nhƣ một hạt chuyểnđộng trong một hộp thế một chiều. Trong trƣờng hợp này, khi điện tử dịch chuyển từ vùng hóa trị (VB) lên vùng dẫn (CB) thì năng lƣợng vùng cấm Egsẽ là nghiệm của phƣơng trình Schrodinger, kết quả là những chuyển dời của hạt tải điện giữa hai mức năng lƣợng gián đoạn nói trên sẽ gây ra quang phổ vạch. 3 Mật độ trạng thái 3D 2D 1D 0D Năng lƣợng Hình 1.2.Ảnh hƣởng của sự giam hãm lƣợng tử đến cấu trúc và năng lƣợngcủa QDs Bán kính của chấm lƣợng tử đƣợc tính theo công thức sau: rB   1 2  e2  me  1   mh  (1) Trong (1), ,  , me , mh lần lƣợt là hằng số Plank rút gọn, hằng số điện môi của bán dẫn rắn đang xem xét, khối lƣợng electron và khối lƣợng lỗ trống. Từ công thức (1) có thể thấy rằng tùy thuộc vào bản chất vật liệu mà kích thƣớc của QDs sẽ khác nhau. Bằng tính toán ngƣời ta đã chỉ ra mối liên hệ của năng lƣợng Eg với bán kính của chấm lƣợng tử qua phƣơng trình (2) h2  1 1  1, 786e2 Eg  E  2  *  *   8R  me mh  4 o R o g (2) o * * Trong đó R, Eg , h, me , mh , e lần lƣợt là bán kính QDs, độ rộng vùng cấm, hằng số Plank, khối lƣợng electron, khối lƣợng lỗ trống rút gọn và điện tích nguyên tố. Từ (2) có thể thấy rằng bán kính của QDs tỉ lệ nghịch với năng lƣợng vùng cấm. 4 Kích thƣớc QDs lớn dần Hình 1.3. Ảnh hƣởng của kích thƣớc đến QDs đến năng lƣợng Eg b. Tính chất quang học Một hệ quả của hiệu ứng giam hãm lƣợng tử của QDs đó là tính chất quang học của chúng sẽ thay đổi khi kích thƣớc hạt thay đổi[9,10]. Ảnh hƣởng của kích thƣớc đến tính chất quang học của chấm lƣợng tử đƣợc thể hiện rõ nhất trên phổ hấp thụ và phát xạ. Nhóm nghiên cứu Bawendi, MIT, USA đã trình bày sự ảnh hƣởng của kích thƣớc đến phổ hấp thụ và màu sắc phát xạ của CdSe QDs (hình 1.4) 5 Dung dịch CdSe dƣới đèn UV Phổ hấp thụ UV-vis λ (nm) Hình 1.4. Màu sắc phát xạ (trái) và phổ hấp thụ UV-vis (phải) của chấmlƣợng tử CdSe có kích thƣớc thay đổi từ 2 đến 8 nm. Tính chất hấp thụ và phát xạ là những thuộc tính quang điện tử quan trọng nhất của QDs.Nếu QDs đƣợc kích thích bởi một photon ánh sáng có tần số sóng thỏa mãn ≥ Eg ( với h là hằng số Plank, c là vận tốc ánh sáng) thì sẽ xảy quá trình hấp thụ ánh sáng. Trong quá trình hấp thụ, electron () sẽ chuyển từ VB lên CB, để lại trên VB một lỗ trống (). Tuy nhiên, các electron ở trạng thái có mức năng lƣợng cao không bền và nhanh chóng chuyển về các trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn. Vì vật liệu luôn có xu hƣớng quay về trạng thái bền cơ bản nên electron và lỗ trống sẽ tái kết hợp với nhau và giải phóng ra một photon có năng lƣợng đúng bằng hc/λ[6].Do các QDs thƣờng có các trạng thái bề mặt nên trong quá trình phát xạ, năng lƣợng photon giải phóng thƣờng nhỏ hơn năng lƣợng hấp thụ, thậm chí còn có thể nhỏ hơn Eg. [5].Quá trình hấp thụ và phát xạ đƣợc mô tả trên hình 1.5 6 Hình 1.5.Sự chuyển dịch điện tử của quá trình hấp thụ và phát xạ quang học của QDs So với các thuốc nhuộm huỳnh quang hữu cơ phổ biến chấm lƣợng tử có nhiều đặc tính quang học độc đáo chẳng hạn QY cao, cƣờng độ tín hiệu mạnh, khả năng phát quang ổn định… Nhờ những tính chất quang điện tử lí thú này, chấm lƣợng tử trở thành vật liệu tiềm năng có khả năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống. 1.1.3. Ứng dụng của chấm lượng tử  Trong lĩnh vực y sinh QDs có bề mặt phân tử có khả năng liên kết với một vài phân tử sinh học, cùng với đó là những đặc tính huỳnh quang nên QDs đã đƣợc sử dụng trong một số lĩnh vực y sinh ví dụ nhƣ chuẩn đoán ung thƣ, ghi nhãn tế bào, cảm biến sinh học, dƣợc phẩm, làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả intro và in vivo...[7,8,11] QDs có thể đƣợc sử dụng để phát hiện các mục tiêu sinh học, nó đã đƣợc dùng để ghi lại hình ảnh, tiến độ phát triển của các tế bào ung thƣ nhờ vào khả năng phân tán tốt trong nƣớc, chống thấm quang và chụp quang cao,gắn kết đƣợc với các đối tƣợng sinh học nhƣ ADN, protein, mô cơ... Gần 7 đây chitosan đƣợc nhúng QDs đã đƣợc sử dụng để làm giảm độc tính và theo dõi sự phát triển của tế bào ung thƣ trong cơ thể chuột[8,11,12]. Hình 1.6. Chuột đƣợc tiêm QDs đƣợc soi dƣới đèn UV Nhờ vào bề mặt có cấu trúc dễ dàng thay đổi, có khả năng liên kết với các tế bào, kích thƣớc siêu nhỏ dễ đƣa vào các thiết bị điện tử QDs đƣợc sử dụng làm một cảm biến sinh học để phát hiện ra những thay đổi trong các phân tử sinh học thông qua việc truyền phát tín hiệu quang hay tín hiệu điện. Chính vì thế, QDs đã đƣợc dùng để phát hiện ra dƣ lƣợng thuốc trừ sâu, phát hiện vi rút H5N1 hay một vài loại bệnh khác [12].  Trong pin mặt trời Pin mặt trời chấm lƣợng tử là một tế bào tế bào mặt trời sử dụng chấm lƣợng tử là vật liệu quang điện hấp thụ. Pin scatt năng lƣợng mặt trời lần đầu tiên đƣợc chế tạo bởi tập đoàn Sergant đại học Toronto (Canada)[13]. 8 Hình 1.7. a) Pin mặt trời scatt của đại học Toronto thiết kế [13] b) Sự chuyển đổi quang học trong pin mặt trời chấm lƣợng tử [14] Trong các thế hệ pin mặt trời, pin mặt trời sử dụng chấm lƣợng tử carbon đƣợc coi là một bƣớc đột phá trong quá trình chuyển đổi năng lƣợng. Hiệu quả pin mặt trời đƣợc cải thiện đáng kể thông qua sự kết hợp của cấu trúc nano và các tính chất lƣợng tử của nó. Pin mặt trời sử dụng một dải các trạng thái electron bên trong vùng bandgap để tạo ra sự chuyển đổi quang học. Khoảng cách bandgap có thể thay đổi khi điều chỉnh kích thƣớc QDs [14]. Khi đƣợc chiếu ánh sáng kích thích có năng lƣợng lớn hơn hoặc bằng năng lƣợng bandgap, các elctron trong VB của QDs sẽ bị kích thích lên CB, để lại trên VB một lỗ trống, hệ electron – lỗ trống tạo ra một exciton. Nếu mà các electron này không tái tổ hợp với các lỗ trống mà chuyển dần về các phía của các điện cực ta sẽ thu đƣợc dòng điện. Hệ pin mặt trời sử dụng chấm lƣợng tử. Một trong những dòng pin mặt trời chấm lƣợng tử đƣợc sử dụng nhiều đó là InAs/GeAs[15].  Trong LED ( Light-emitting diodes) QDs có khả năng hấp thụ ánh sáng năng lƣợng cao và có thể phát xạ ra các ánh sáng có năng lƣợng thấp hơn nên bằng việc sử dụng độc lập hoặc hỗn 9 hợp các QDs có kích thƣớc khác nhau ta có thể cho màu sắc phát xạ tùy ý. Do đó, QDs đƣợc sử dụng làm vật liệu chuyển đổi quang học nhằm mang lại các màu sắc nhƣ ý muốn với độ sắc nét cao trong TV, máy tính, các thiết bị di động, máy ảnh kĩ thuật số...Đi -ốt sử dụng chấm lƣợng tử đƣợc đại diện cho thế hệ phát sáng công nghệ sau OLED (Organic Light-emitting diodes). So với các đi- ốt phát quang thế hệ trƣớc đó QD-LED nổi bật với các ƣu điểm nhƣ độ sáng cao, hiệu quả, chất lƣợng ánh sáng và màu sắc tốt,tuổi thọ dài, tính linh hoạt cao, chi phí sản xất thấp... Nhà sản xuất công nghệ hiển thị chấm lƣợng tử đầu tiên là SONY năm 2013. Bên cạnh sử dụng QD-LED nhƣ một loại vật liệu chuyển quang, QD-LED còn đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực y tế nhƣ một phƣơng pháp trị liệu bằng ánh sáng hữu hiệu các bệnh về da ( vảy nến, eczema, ung thƣ da..)[16] Hình 1.8. Hình ảnh sử dụng công nghệ QD-LED (trái) cho độ phân giải vàchất lƣợng màu tốt hơn phosphor LED (phải) của TV Samsung [17].  Trong máy tính lƣợng tử ( Quantum computing) Chấm lƣợng tử từ khi đƣợc biết đến đã mở đƣờng cho rất nhiều ngành công nghệ hiện đại, cùng với đó là sự ra đời của một nền công nghiệp máy tính mới đó là máy tính lƣợng tử - một ứng cử viên hứa hẹn cho thế hệ siêu máy tính tƣơng lai. 10 Hình 1.9. Máy tính điện tử D-Wave (trái) và chíp điện tử (phải) QC là những cỗ máy cực kì mạnh mẽ có cách tiếp cận mới để xử lí thông tin. Các mô hình tính toán đƣợc dựa trên các định luật cơ học lƣợng tử[18]. Nhờ sự song song lƣợng tử và khả năng chồng chất, vƣớng víu của nhiều trạng thái mà máy tính lƣợng tử có thể giải quyết, tính toán dựa trên các dữ liệu có sẵn nhanh hơn nhiều so với các máy tính cổ điển. Đơn vị cơ bản của máy tính lƣợng tử là qubit (tƣơng tự bit trong máy tính cổ điển [18,19]. Qubit có thể là các photon, hạt nhân, electron đƣợc tìm thấy trong hệ bán dẫn kích cỡ nano. Máy tính lƣợng tử là một công cụ tính toán siêu việt đƣợc ứng dụng trong, kinh tế, thông tin liên lạc, khí tƣợng thủy văn, giao thông vận tải, khoa học vũ trụ... và mở ra kỉ nguyên của trí tuệ nhân tạo. 1.2. Chấm lƣợng tử carbon 1.2.1. Khái niệm và cấu trúc Chấm lƣợng tử carbon đƣợc hiểu là các hạt nano có chứa nguyên tố Carbon kích thƣớc từ 2-10nm, có đặc tính huỳnh quang, có QY cao ( có thể đạt đến 80%), có tiềm năng ứng dụng trong sinh học, cảm biến, LED, dƣợc phẩm, quang điện [2,20-23]. Mặc dù vậy các tính chất của CQDs khó nắm bắt, chƣa đƣợc giải thích rõ ràng, các lí thuyết về chấm lƣợng tử carbon vẫn đang là một ẩn số cần đƣợc giải mã. Vì lẽ đó các nghiên cứu về CQDs đang đƣợc các nhà khoa học tích cực triển khai để làm rõ về cấu trúc,các tính chất quang- điện tử cũng nhƣ là ứng dụng của CQDs trong thực tiễn. CQDs đƣợc 11