Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử carbon từ phức m edta (m=cu, fe, mn)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC PHẠM THỊ MAI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON TỪ PHỨC M-EDTA (M=Cu, Fe, Mn) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lý HÀ NỘI – 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC PHẠM THỊ MAI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤM LƯỢNG TỬ CARBON TỪ PHỨC M-EDTA (M=Cu, Fe, Mn) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lý Người hướng dẫn khoa học TS. MAI XUÂN DŨNG HÀ NỘI – 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới TS. Mai Xuân Dũng đã định hướng cho em có được những tư duy khoa học đúng đắn, tận tình chỉ bảo, tạo rất nhiều thuận lợi cho em trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thiện đề tài này. Nghiên cứu này được tài trợ từ nguồn kinh phí Khoa học công nghệ của trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 cho đề tài mã số: C.2018-18-05 do TS. Mai Xuân Dũng làm chủ nhiệm đề tài. Em xin cảm ơn cán bộ Viện nghiên cứu Khoa học và ứng dụng (ISA) trường ĐHSPHN2 đã nhiệt tình hỗ trợ em thực hiện phép đo phổ hấp thụ UV-vis. Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Hoàng Quang Bắc cùng tất cả thành viên trong nhóm nghiên cứu N4O đã luôn giúp đỡ, bên cạnh em lúc khó khăn trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2018 SINH VIÊN Phạm Thị Mai LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Mai Xuân Dũng. Các số liệu và kết quả trong khóa luận là chính xác, trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 SINH VIÊN Phạm Thị Mai DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EDTA : Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt QDs : Chấm lượng tử (quantum dots) CQDs : Chấm lượng tử carbon (carbon quantum dots) nm : Nanomet Eg : Độ rộng vùng cấm (energy gap) UV-vis : Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Ultraviolet - visible absorption spectroscopy) AAS : Phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric) PL : Phổ kích thích huỳnh quang (Photoluminescence) CQD : Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt M-CQD : Chấm lượng tử Carbon tổng hợp từ phức tạo bởi EDTA và kim loại M CuCQD : Dung dịch chấm lượng tử Carbon pha tạp kim loại copper W-CuCQD : Dung dịch chấm lượng tử Carbon pha tạp kim loại copper đã rửa FeCQD : Dung dịch chấm lượng tử carbon pha tạp kim loại iron W-FeCQD : Dung dịch chấm lượng tử carbon pha tạp kim loại iron đã rửa MnCQD : Dung dịch chấm lượng tử carbon pha tạp kim loại manganese W-MnCQD : Dung dịch chấm lượng tử carbon pha tạp kim loại manganese đã rửa DA : Dopamine HCL : Hollow Cathode Lamp EDL : Electronic Discharge Lamp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 2 5. Điểm mới của đề tài.................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về chấm lượng tử.................................................................... 4 1.2. Chấm lượng tử Carbon ........................................................................... 9 1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử Carbon ......................................................... 9 1.2.2. Ưu điểm của CQDs ............................................................................... 9 1.2.3. Tiềm năng ứng dụng của CQDs......................................................... 10 1.2.4. Phương pháp tổng hợp CQDs ............................................................ 12 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 14 2.1. Tổng hợp chấm lượng tử Carbon ......................................................... 14 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ............................................................................ 14 2.1.2. Tổng hợp chấm lượng tử Carbon từ EDTA (CQDs) ....................... 14 2.1.3. Tổng hợp CQDs từ phức của EDTA với kim loại M (M = Mn, Cu, Fe) bằng phương pháp thủy nhiệt ............................................................... 15 2.1.4. Rửa chấm lượng tử Carbon thu được ............................................... 16 2.2. Các phương pháp nghiên cứu chấm lượng tử Carbon ....................... 18 2.2.1. Phổ hấp thụ UV-vis ............................................................................. 18 2.2.2. Phổ kích thích huỳnh quang .............................................................. 19 2.2.3. Phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectrometer) .. 20 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 23 3.1. Sự hình thành CQDs .............................................................................. 23 3.1.1. Cơ chế hình thành CQDs.................................................................... 23 3.1.2. Hàm lượng kim loại trong M-CQD ................................................... 24 3.2. Tính chất quang của CQDs tổng hợp từ EDTA .................................. 25 3.2.1. Tính chất quang của CQDs pha tạp Cu ........................................... 27 3.2.2. Tính chất quang của CQDs pha tạp Fe............................................ 28 3.2.3. Tính chất quang của CQDs pha tạp Mn ........................................... 29 3.2.4. Tính chất quang của các dung dịch chấm lượng tử Carbon .......... 30 KẾT LUẬN .................................................................................................... 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 33 DANH MỤC HÌNH, BẢNG Hình 1.1. Sự thay đổi cấu trúc điện tử của chấm lượng tử theo kích thước. .... 4 Hình 1.2. Màn hình sử dụng công nghệ chấm lượng tử ................................... 7 Hình 1.3. Sơ đồ chuyển hóa trong tế bào .......................................................... 8 Hình 1.4. Chấm lượng tử ứng dụng trong chế tạo pin mặt trời ........................ 8 Hình 1.5. Chấm lượng tử Carbon ...................................................................... 9 Hình 1.6. Sơ đồ biểu diễn của CQD huỳnh quang để phát hiện ion Fe3+ và dopamine .......................................................................................... 12 Hình 1.7. Sơ đồ tổng hợp chấm lượng tử Carbon từ EDTA bằng phương pháp thủy nhiệt........................................................................................... 15 Hình 1.8. Sơ đồ làm sạch dung dịch FeCQD và CuCQD ............................... 16 Hình 1.9. Sơ đồ làm sạch dung dịch MnCQD ................................................ 17 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí hệ đo phổ hấp thụ UV-vis ..................................... 18 Hình 2.2. Sơ đồ về nguyên lí hệ đo phổ phát xạ huỳnh quang PL ................ 19 Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống máy phổ hấp thụ nguyên tử AAS .......................... 21 Hình 2.4. Sơ đồ hình thành chấm lượng tử Carbon từ EDTA ........................ 23 Hình 2.5. Cấu tạo của phức MY2- ................................................................... 24 Hình 2.6. a) Phổ UV-vis và b) phổ phát xạ huỳnh quang PL của CQDs tổng hợp từ EDTA..................................................................................... 26 Hình 2.7. a) Phổ UV-vis của W-CuCQD; b) Phổ PL của W-CuCQD ........... 27 Hình 2.8. a) Phổ UV-vis của W-FeCQD và b) Phổ PL của W-FeCQD ......... 28 Hình 2.9. a) Phổ UV-vis của W-MnCQD; b) Phổ PL của W-MnCQD.......... 29 Hình 3.1. Phổ UV-vis (a) và phổ PL (b) của các CQD................................... 30 Bảng 3.1. Hàm lượng ion kim loại trước và sau khi thủy nhiệt...................... 25 Bảng 3.2. Hiệu suất lượng tử của CQDs và W-MCQD .................................. 31 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chấm lượng tử QDs (quantum dots) là nhóm vật liệu mà không gian chuyển động tự do của các hạt tải điện (electron hoặc lỗ trống) bên trong nó bị giới hạn. QDs hình thành khi những màn bán dẫn mỏng bị cong xuống bởi áp suất tạo thành do sự khác nhau về cấu trúc mạng giữa màng bán dẫn với vật liệu nó phát triển trên đó. Năng lượng vùng cấm của QDs không liên tục mà bị lượng tử hóa do hiện tượng giam hãm điện tử. QDs càng lớn thì phổ huỳnh quang của nó càng đỏ và ngược lại, QDs càng nhỏ thì phổ huỳnh quang càng xanh. Cho đến nay, hầu hết các tính chất, ứng dụng của QDs được mô tả trên cơ sở CdX và PbX (X=S, Se, Te), tuy nhiên các QDs này lại chứa kim loại Cd và Pb rất độc hại làm hạn chế các tiềm năng ứng dụng xa hơn trong thực tế của chúng. Do đó, nghiên cứu trong lĩnh vực QDs đang tập trung tổng hợp, nghiên cứu đặc trưng tính chất quang học và tiềm năng ứng dụng của các loại QDs ít độc hại hơn. Theo xu hướng này phải kể tới QDs của C. Chấm lượng tử Carbon (CQDs) có những ưu điểm như dễ tổng hợp, hiệu suất phát xạ cao, tan trong nước, và đặc biệt là ít độc hại. Tuy nhiên, các báo cáo về CQDs tổng hợp khác nhau cho thấy chủ yếu CQDs phát xạ ánh sáng xanh, với vùng phát xạ dao động từ 400-550 nm. Các CQDs có phổ phát xạ khác nhau trong vùng nhìn thấy có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng khả năng phát xạ của CQDs như trong linh kiện điện tử, trong lĩnh vực y-sinh (phân tích sinh học tế bào), hay cảm biến quang học. Đưa các dị tố kim loại chuyển tiếp M vào cấu trúc của CQDs, ở đó M và CQDs có thể liên kết phối trí với nhau, với mong muốn thay đổi cấu trúc điện tử của QDs thu được. Mặc dù tương tác giữa kim loại chuyển tiếp và phối tử là các phân tử hữu cơ nhỏ đã được nghiên cứu khá đầy đủ, ảnh hưởng 1 của kim loại đến sự hình thành và tính chất quang của CQDs vẫn chưa được làm sáng tỏ. Do đó tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp chấm lượng tử Carbon từ phức M-EDTA (M=Cu, Fe, Mn)” để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp chấm lượng tử Carbon pha tạp kim loại M-CQD (M=Cu, Fe, Mn) từ phức của M và EDTA bằng phương pháp thủy nhiệt. - Nghiên cứu tính chất quang của CQDs thu được, ảnh hưởng của dị tố kim loại tới sự hình thành CQDs, tính chất hấp thụ và phát xạ huỳnh quang PL (photoluminescence). Phân tích hàm lượng kim loại bằng phổ hấp thụ nguyên tử AAS. - So sánh các tính chất của CQDs sau khi rửa và trước khi rửa có gì khác nhau. 3. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan về phương pháp tổng hợp CQDs. - Tổng hợp chấm lượng tử CQDs từ EDTA, CQDs từ phức của kim loại M với EDTA bằng phương pháp thủy nhiệt. - Nghiên cứu tính chất quang của chấm lượng tử thu được, ảnh hưởng của dị tố kim loại tới sự hình thành CQDs, sử dụng phổ hấp thụ UV-vis, phổ phát xạ PL. - Phân tích hàm lượng kim loại để nghiên cứu về tương tác giữa CQDs với kim loại M bằng cách sử dụng phổ hấp thụ nguyên tử AAS. 4. Phương pháp nghiên cứu Thực nghiệm kết hợp với lí thuyết mô phỏng. Tôi tổng hợp CQDs và M-CQD, đo tính chất quang (đo phổ hấp thụ UV-vis, phổ huỳnh quang PL), đưa ra giải thích tính chất quang của chấm lượng tử thu được. 5. Điểm mới của đề tài 2 - Tổng hợp chấm lượng tử Carbon pha tạp kim loại. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của dị tố kim loại tới cấu trúc và tính chất quang của chấm lượng tử thu được. - So sánh sự khác nhau giữa M-CQD và W-MCQD về tính chất quang. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về chấm lượng tử Chấm lượng tử (QDs: quantum dots) là những tinh thể nano bán dẫn có kích thước khoảng từ 2-10 nm, mỗi QD có thể chứa từ 100-1000 nguyên tử, các điện tử tự do bên trong nó có tính chất giam hãm lượng tử tức là các trạng thái năng lượng bị lượng tử hóa. Các chấm lượng tử phát sáng một màu đặc biệt sau khi được chiếu sáng bởi ánh sáng. Màu sắc chúng phát sáng phụ thuộc vào kích thước của hạt nano. Đường kính QDs của một vật liệu bán dẫn tương đương, đặc trưng bởi bán kính Bohr (khoảng cách tương tác giữa electron và lỗ trống trong tinh thể bán dẫn). Công thức tính bán kính Bohr [rB = ε.ħ2/(e2.µ*)] cho thấy tùy thuộc vào bản chất vật liệu thì QDs sẽ có các kích thước khác nhau. Khi hiệu ứng giam giữ lượng tử xuất hiện, thì các trạng thái điện tử bị lượng tử hóa đồng thời độ rộng vùng cấm Eg tăng dần khi kích thước của hạt giảm. Kích thước QDs đóng vai trò quyết định tới màu sắc phát xạ của nó. QDs lớn hơn sẽ phát xạ ánh sáng đỏ hơn và ngược lại QDs càng nhỏ thì phổ huỳnh quang càng xanh. Hay nói một cách khác, năng lượng của vùng cấm Năng lượng Eg sẽ tỉ lệ nghịch với kích thước của QDs. Vùng dẫn Eg Vùng hóa trị Bán dẫn khối QD I QD II QD III Kích thước giảm Hình 1.1. Sự thay đổi cấu trúc điện tử của chấm lượng tử theo kích thước 4 Chấm lượng tử có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng 𝜆 thỏa mãn hc  Eg . Khi kích thích bằng ánh sáng có năng lượng thích hợp, electron () λ ở vùng hóa trị sẽ chuyển lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống () trên vùng hóa trị. Ở trạng thái kích thích electron và lỗ trống sẽ bền hóa nội vùng bằng cách truyền năng lượng dạng photon và chuyển về các trạng thái biên (trạng thái được mô tả bởi nét gạch ngang đậm). Ở trạng thái biên, cặp điện tử - lỗ trống tái hợp với nhau đồng thời giải phóng một photon có năng lượng bằng Eg hoặc truyền năng lượng cho vật khác mà không phát quang. Trong các trường hợp, chấm lượng tử thường có các trạng thái bề mặt (trạng thái có năng lượng nằm trong vùng cấm, sinh ra từ các khuyết tật bề mặt hay dị tố O, N, S), điện tử hoặc lỗ trống có thể di chuyển về trạng thái này trước khi tái hợp với nhau và phát xạ ra photon có năng lượng nhỏ hơn Eg. Vật liệu nano được các nhà nghiên cứu công nghệ nano sử dụng để khám phá các ứng dụng mới cho các nguyên tố ở dạng cực nhỏ này. Một chấm lượng tử được tạo thành từ bất kỳ vật liệu bán dẫn nào như silicon, cadmium selenide, cadmium sulfide hoặc indium arsenide. Các chấm lượng tử có thể làm tăng hiệu quả của pin mặt trời. Trong các tế bào mặt trời bình thường, một photon ánh sáng tạo ra một electron. Thí nghiệm với cả hai chấm lượng tử silic và các chấm lượng tử sunphit chì có thể tạo ra hai electron cho một photon đơn lẻ của ánh sáng. Do đó, việc sử dụng các chấm lượng tử trong các tế bào mặt trời có thể làm tăng đáng kể hiệu quả của chúng trong sản xuất điện năng. Khi các chấm lượng tử được chiếu sáng bằng ánh sáng tia cực tím, một số electron nhận đủ năng lượng để thoát khỏi các nguyên tử. Khả năng này cho phép chúng di chuyển xung quanh hạt nano, tạo ra một dải dẫn điện trong đó các electron được tự do di chuyển qua vật liệu và dẫn điện. Khi các 5 electron này quay trở lại quỹ đạo bên ngoài xung quanh nguyên tử (dải hóa trị), chúng phát ra ánh sáng. Màu của ánh sáng đó phụ thuộc vào sự khác biệt năng lượng giữa dải dẫn và dải hóa trị. Hạt nano càng nhỏ, sự chênh lệch năng lượng càng cao giữa dải hóa trị và băng dẫn, kết quả là màu xanh đậm hơn. Đối với một hạt nano lớn hơn, sự khác biệt năng lượng giữa dải hóa trị và băng dẫn là thấp hơn, thay đổi ánh sáng về phía màu đỏ. Nhiều chất bán dẫn có thể được sử dụng như các chấm lượng tử. Bất kỳ chất bán dẫn nào cũng có các đặc tính của một chấm lượng tử. Khoảng cách giữa dải hóa trị và băng dẫn, hiện diện cho tất cả các vật liệu bán dẫn, làm cho các chấm lượng tử phát huỳnh quang. Ngoài ra chấm lượng tử đang được nghiên cứu trong việc sử dụng trong các màn hình điện thoại di động, các tivi màn hình lớn, tiêu thụ ít năng lượng hơn các màn hình hiện tại. Bằng cách đặt các chấm lượng tử có kích thước khác nhau trong mỗi pixel của màn hình hiển thị, các màu đỏ, xanh lục và xanh dương được sử dụng để tạo ra toàn bộ màu sắc sẽ có sẵn [1]. Trong LED (light-emitting diodes): các chấm lượng tử có hiệu suất lượng tử cao được dùng để chuyển đổi ánh sáng có bước sóng ngắn phát ra từ LED chip (𝜆LED = 431nm) thành ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Thay đổi kích thước hoặc thành phần hóa học của chấm lượng tử sẽ thay đổi màu sắc của LED. Các đèn LED màu xanh kết hợp với các phosphor màu xanh lá cây, vàng hoặc đỏ, đèn LED chuyển đổi photphor , có hiệu suất tường tổng thể 30%, hiệu quả của đèn LED xanh (50%), chuyển đổi và đóng gói phosphor (70%), và quang phổ phù hợp với phản ứng mắt người (85%). Do vậy làm cho các hình ảnh có sự khác biệt lớn giữa những phần sáng nhất và tối nhất làm cho chúng trở nên sống động như thật [9]. 6 Hình 1.2. Màn hình sử dụng công nghệ chấm lượng tử Trong ứng dụng y sinh: QDs bán dẫn, hầu hết là QDs keo, được đầu tư rộng rãi cho các ứng dụng y sinh trong ghi nhãn, hình ảnh, phân phối thuốc, cảm biến và điều trị. Sự tổng hợp CQDs chủ yếu tập trung vào khả năng tương thích sinh học và độc tính thấp. Thông thường, CQDs tổng hợp được giới hạn với các phân tử kị nước và cần được hòa tan trong dung dịch nước trước khi sử dụng thực tế. Sau đó, các QDs có thể được liên kết với các phân tử sinh học để ghi nhãn hoặc nhắm mục tiêu cụ thể, có thể đạt được bằng hóa học cộng hóa trị cộng sinh, tương tác biotin-avidin,… Một trong những hướng thú vị nhất là tổng hợp CQDs trong các sinh vật sống. Các tế bào sống như tế bào nấm men và vi khuẩn E. coli có thể phục vụ như các lò phản ứng để làm trung gian cho sự hình thành các QDs sau khi đưa tiền chất QDs vào các tế bào. Các phân tử glutathione nội bào hoặc peptide có liên kết gen được mã hóa gen có thể đóng vai trò phối tử để làm trung gian hình thành các QDs trong tế bào. Kim loại nặng được sử dụng trong các CQDs nêu lên một số mối quan tâm về tác động của nó nếu còn lại bên trong cơ thể [9]. 7 Hình 1.3. Sơ đồ chuyển hóa trong tế bào Trong pin mặt trời: QDs hấp thụ ánh sáng để tạo ra các cặp điện tử lỗ trống, khi các cặp điện tử này bị phân tách và chuyển về các điện cực khác nhau ta sẽ thu được dòng điện. QDs có kích thước khác nhau có thể được sử dụng để hấp thụ riêng rẽ từng phân đoạn của quang phổ mặt trời, kể cả vùng hồng ngoại. Hình 1.4. Chấm lượng tử ứng dụng trong chế tạo pin mặt trời 8 Việc chế tạo pin mặt trời đòi hỏi khả năng biến đổi, giữ và phân li điện tích để mang lại lợi ích lớn nhất. Công nghệ chấm lượng tử hứa hẹn mang lại hiệu quả hấp thu và chuyển đổi của các tế bào pin mặt trời nên được ứng dụng nhiều trong việc nâng cao hiệu suất của các tấm pin mặt trời [5]. 1.2. Chấm lượng tử Carbon 1.2.1. Cấu trúc chấm lượng tử Carbon Hình 1.5. Chấm lượng tử Carbon Carbon thường là vật liệu màu đen, và thường được xem là có độ hòa tan thấp trong nước và huỳnh quang yếu. Có rất nhiều công trình mô tả quá trình hình thành, cấu trúc và tính chất quang - điện tử của CQDs. Hầu hết cho rằng các CQDs gồm nhiều hệ đa vòng thơm liên hợp liên kết với nhau trong một nền hidrocacbon no. Thực tế khả năng tan trong nước của CQDs được quyết định bởi các nhóm chức phân cực có trên bề mặt như NH2, COOH, OH, SH...Tính chất quang của CQDs phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước, thành phần, khả năng tương tác giữa các hệ liên hợp, thành phần và trạng thái hóa học của các dị tố O, N, S. 1.2.2. Ưu điểm của CQDs Các hệ lượng tử trước thường chứa các nguyên tố độc hại như Cd, khó khăn về tổng hợp như In. Để mở rộng lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng của 9 QDs, đặc biệt là trong y sinh thì vấn đề đặt ra là phải tìm ra loại có hiệu suất lượng tử lớn, có khả năng thương mại hóa và không độc hại. QDs của Si, Ge, C đáp ứng được các tiêu chí trên nên được ưu tiên sử dụng. Tuy nhiên, QDs của Si kém bền trong không khí, quy trình tổng hợp hạn chế, còn tổng hợp QDs của Ge đòi hỏi nhiệt độ cao, do vậy mà chấm lượng tử Carbon (CQDs) được sử dụng rộng rãi hơn cả do nó có đầy đủ đặc tính: không độc hại, dễ tổng hợp từ nguyên liệu đơn giản và thân thiện với môi trường. Vậy nên, CQDs nhanh chóng thu hút được sự đặc biệt quan tâm từ các nhà nghiên cứu về QDs. 1.2.3. Tiềm năng ứng dụng của CQDs Các tính chất sinh học vượt trội của các chấm lượng tử Carbon, chẳng hạn như độc tính thấp và khả năng tương thích sinh học tốt, giao phó chúng với các ứng dụng tiềm năng trong sinh học và phân phối sinh học. Các tính chất điện tử nổi bật của các chấm lượng tử Carbon gây ra phát quang hóa học và phát quang điện, ưu tiên cho chúng tiềm năng rộng trong xúc tác và cảm biến…[4]. Trong y sinh Với một ưu điểm là không độc hại, kích thước nhỏ, chấm lượng tử Carbon được nghiên cứu thử nghiệm và ứng dụng trong lĩnh vực y sinh thay thế cho các chất màu hữu cơ truyền thống. Cùng với khả năng tan trong nước, độ chọn lọc cao đối với các chất phân tích mục tiêu, khả năng tương thích sinh học thuận lợi, khả năng quang học tốt, nên CQDs được dùng để theo dõi và nghiên cứu các đối tượng bằng cách gắn CQDs với các yếu tố sinh học. Người ta cũng có thể đính các hạt nano vào kháng thể để kháng thể bám vào Protein của tế bào ung thư rồi xem hóa chất truyền thông tin như thế nào ở tế bào thần kinh... Cảm biến CQDs cho hiệu quả vượt trội bởi sự phát sáng tốt hơn, lâu hơn và nhiều màu sắc hơn so với các chất màu hữu cơ. Dựa trên các 10 nghiên cứu này có thể tạo ra thuốc chống ung thư với độ chính xác hơn và hạn chế tác dụng phụ của phương pháp truyền thống. Thiết bị phát sáng (LED) CQDs là vật liệu nổi bật cho đèn LED do ánh sáng ổn định, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Các CQDs giàu nitrogen phát ra ánh sáng dài và cả ánh sáng nhìn thấy dưới tia cực tím và có giá trị trong các ứng dụng phosphor. Đèn LED từ CQDs có thể thay đổi màu sắc từ xanh lam, lục lam, đỏ tươi và trắng, các phát xạ màu xanh và trắng tinh khiết thu được bằng cách điều chỉnh vật liệu lớp vận chuyển điện tử và độ dày của điện cực [8]. Trong quang xúc tác CQDs được dùng trong xúc tác quang học, xúc tác quang hóa là một lĩnh vực thú vị và quan trọng trong khoa học nano. Mục tiêu chính là chế tạo ra những xúc tác nano (một loại xúc tác thế hệ mới) có độ mạnh và hoạt tính hóa học có thể thay đổi được, đặc hiệu và có độ chọn lọc. Một quang xúc tác tốt thì được sử dụng trong vùng nhìn thấy hoặc gần vùng tia cực tím, không tốn kém và thân thiện với môi trường. Khoa học nghiên cứu về nano và sự tác động đến phát triển của các chất xúc tác mới có tiềm năng hơn thông qua giới hạn của năng lượng vùng cấm, thành phần hóa học và sự thay đổi bề mặt. Có thể điều chỉnh từ vùng hồng ngoại đến vùng bước sóng xanh bằng cách kiểm soát kích thước của CQDs, điều đó mang lại những ứng dụng rộng rãi như trong xúc tác phân hủy nước, xúc tác chuyển hóa CO2….[7]. Cảm biến hóa học Bằng cách theo dõi những thay đổi về cường độ huỳnh quang của chúng dưới các kích thích vật lý hoặc hóa học bên ngoài, CQDs được sử dụng để phát hiện các chất và số lượng như DNA, thrombin, glucose, biothiol, Fe3 +, Ag+, Hg2+, Cu2 +… 11 Các CQDs được sử dụng như một loại cảm biến mới để phát hiện Fe3 + và dopamine (DA) không có nhãn với độ nhạy cao và độ chọn lọc. Phương pháp dựa trên thực tế là Fe3 + có thể oxy hóa các nhóm hydroquinone trên bề mặt của CQDs đối với các loài quinone, có thể dập tắt huỳnh quang của CQDs và DA có thể che lấp hiệu quả sự huỳnh quang do sự cạnh tranh của chúng với CQDs để phản ứng với Fe3 + . Hơn nữa, nền tảng cảm biến này thể hiện độ nhạy và độ chọn lọc cao đối với Fe3 + và DA so với các ion kim loại khác và các chất tương tự DA khác. Quan trọng hơn, việc loại bỏ sự cần thiết của QDs, thuốc nhuộm hữu cơ hoặc dung môi hữu cơ, cho thấy sự thân thiện với môi trường hơn nhiều. Hình 1.6. Sơ đồ biểu diễn của CQD huỳnh quang để phát hiện ion Fe3+ và dopamine [7] 1.2.4. Phương pháp tổng hợp CQDs CQDs được tổng hợp bằng hai phương pháp chính: phương pháp từ to xuống nhỏ (top-down) và phương pháp từ nhỏ lên to (bottum-up). Phương pháp từ to xuống nhỏ (top-down) Phương pháp này sử dụng kỹ thuật phá vỡ cấu trúc phân tử lớn tạo ra các chấm lượng tử có kích thước nano. Bao gồm: phương pháp oxi hóa điện hóa, phóng điện huỳnh quang và công nghệ laser. Phương pháp này có ưu 12