Nghiên Cứu Chế Tạo Và Khảo Sát Các Tính Chất Đặc Trưng Của Vật Liệu Nano Kim Loại Platin

Luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất đặc trưng của vật liệu nano kim loại platin, ứng dụng tiềm năng trong công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Thị Xuân Lộc
• Người hướng dẫn: ThS. Ngô Hoàng Minh
• Trường học: Đại học Lạc Hồng
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa - Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu nano kim loại platin
• Loại tài liệu: báo cáo nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Biên Hòa

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vật liệu platin
• 1.2. Cấu trúc của platin
• 1.3. Tính chất của platin
• 1.3.1. Tính chất chung
• 1.3.2. Đồng vị của platin
• 1.3.3. Tính chất vật lý và hoá học của platin
• 1.4. Ứng dụng của platin
• 1.5. Vật liệu nano kim loại
• 1.5.1. Tính chất vật liệu nano
• 1.5.1.1. Tính chất quang học
• 1.5.1.2. Tính chất điện
• 1.5.1.3. Tính chất từ
• 1.5.1.4. Tính chất nhiệt
• 1.5.2. Hiện tượng cộng hưởng bề mặt plasmon
• 1.5.3. Hiệu ứng bề mặt
• 1.5.4. Hiệu ứng kích thước
• 1.6. Phương pháp chế tạo vật liệu nano kim loại
• 1.6.1. Phương pháp từ trên xuống
• 1.6.2. Phương pháp từ dưới lên
• 1.7. Tính chất của nano platinum
• 1.7.1. Tính chất quang
• 1.7.2. Tính chất từ
• 1.7.3. Tính chất nhiệt
• 1.8. Các phương pháp tổng hợp hạt nano platin
• 1.8.1. Phương pháp polyol hỗ trợ bởi nhiệt vi sóng
• 1.8.2. Phương pháp sinh học
• 1.8.3. Phương pháp vật lý
• 1.8.4. Phương pháp khử hoá học
• 1.8.5. Phương pháp ăn mòn laser
• 1.9. Ứng dụng của hạt nano Platin
• 1.9.1. Trong các phản ứng hoá học
• 1.9.2. Trong pin nhiên liệu
• 1.9.3. Trong trị liệu da thẩm mỹ
• 1.9.4. Trong công nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và thiết bị - dụng cụ
• 2.1.1. Các hóa chất sử dụng
• 2.1.2. Các thiết bị và dụng cụ
• 2.2. Chế tạo nano platin trong dung môi nước
• 2.3. Chế tạo nano platin trong dung môi etylen glycol
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Chế tạo nano platin trong dung môi nước
• 3.1.1. Kết quả UV-Vis
• 3.1.2. Kết quả TEM
• 3.2. Chế tạo nano platin trong dung môi EG
• 3.2.1. Kết quả UV-Vis
• 3.2.2. Kết quả TEM
• 3.3. Phân tích nhiễu xạ tia X
• 3.4. Sản phẩm ứng dụng
• 3.4.1. Ứng dụng trong mỹ phẩm
• 3.4.2. Nanocomposite Pt/C ứng dụng làm xúc tác trong pin nhiên liệu
• 3.4.2.1. Sơ lược về pin nhiên liệu
• 3.4.2.2. Điều chế nanocomposite Pt/C
• 3.4.2.3. Kết quả EDS
• 3.4.2.4. Kết quả TEM
• 3.4.2.5. Kết quả XRD
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1
• PHỤ LỤC 2

Tóm tắt

I. Tổng quan về vật liệu nano platin

Vật liệu nano platin đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu do tính chất độc đáo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Vật liệu nano có kích thước nhỏ, thường dưới 100 nanomet, cho phép chúng có diện tích bề mặt lớn và tính chất khác biệt so với vật liệu ở quy mô lớn. Platin là một trong những kim loại quý, được biết đến với tính chất ổn định và khả năng xúc tác cao. Nghiên cứu về tính chất vật liệu nano platin không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của nó mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghệ xúc tác, điện tử và y học. Theo nghiên cứu, tính chất hóa học của platin cho thấy nó có khả năng kháng oxi hóa và không bị ăn mòn, điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.

1.1. Tính chất vật lý và hóa học của platin

Platin có nhiều tính chất vật lý và hóa học đặc trưng. Về mặt vật lý, platin có màu trắng bạc, có độ dẫn điện và nhiệt tốt. Nhiệt độ nóng chảy của platin lên tới 1768,3°C, cho thấy khả năng chịu nhiệt cao. Về mặt hóa học, platin có số oxi hóa phổ biến là +2 và +4, và nó không phản ứng với nước hay kiềm. Điều này cho thấy tính chất vật lý và tính chất hóa học của platin rất ổn định, làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu. Các ứng dụng của platin trong lĩnh vực xúc tác, đặc biệt là trong pin nhiên liệu, đã chứng minh giá trị thực tiễn của nó trong việc cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Phương pháp chế tạo vật liệu nano platin

Việc chế tạo vật liệu nano platin có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp khử hóa học và phương pháp polyol là hai phương pháp phổ biến. Phương pháp khử hóa học sử dụng các chất khử như trisodium citrate để tạo ra hạt nano platin trong môi trường nước hoặc etylen glycol. Phương pháp polyol, với sự hỗ trợ của nhiệt vi sóng, giúp kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano. Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ chất khử đều ảnh hưởng đến tính chất vật liệu nano platin. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể tạo ra các hạt nano với kích thước và hình dạng mong muốn, từ đó nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể.

2.1. Các phương pháp tổng hợp hạt nano platin

Các phương pháp tổng hợp hạt nano platin bao gồm phương pháp từ trên xuống và từ dưới lên. Phương pháp từ trên xuống thường liên quan đến việc phá vỡ các vật liệu lớn thành các hạt nhỏ hơn, trong khi phương pháp từ dưới lên xây dựng hạt từ các nguyên tử hoặc phân tử. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp khử hóa học có thể tạo ra hạt nano platin với kích thước đồng đều và ổn định. Hơn nữa, việc sử dụng các chất bảo vệ như polyvinylpyrrolidone (PVP) giúp ngăn chặn sự kết tụ của các hạt nano, từ đó duy trì tính chất quang học và điện của chúng. Điều này mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác và công nghệ nano.

III. Khảo sát tính chất vật liệu nano platin

Khảo sát tính chất vật liệu nano platin là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các tính chất như tính chất quang học, tính chất điện và tính chất từ được phân tích thông qua các phương pháp hiện đại như UV-Vis, TEM và XRD. Kết quả cho thấy hạt nano platin có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, điều này có thể được ứng dụng trong các thiết bị quang điện tử. Ngoài ra, tính chất điện của hạt nano platin cũng cho thấy khả năng dẫn điện cao, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Việc khảo sát các tính chất này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai.

3.1. Ứng dụng của hạt nano platin

Hạt nano platin có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực xúc tác, chúng được sử dụng để tăng cường hiệu suất của các phản ứng hóa học, đặc biệt là trong pin nhiên liệu. Hơn nữa, hạt nano platin cũng được ứng dụng trong mỹ phẩm nhờ vào tính chất chống oxi hóa và khả năng tái tạo tế bào da. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng hạt nano platin trong các sản phẩm chăm sóc da có thể giúp cải thiện độ đàn hồi và làm giảm nếp nhăn. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu nano không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong đời sống hàng ngày.

Nội dung chính

BÁO CÁO KHOA HỌC: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO KIM LOẠI PLATIN

---

Tóm tắt nghiên cứu (200-250 từ)

Nghiên cứu tập trung giải quyết câu hỏi khoa học cốt lõi: Làm thế nào để kiểm soát kích thước, hình thái và độ phân tán của hạt nano platin (Pt) thông qua các phương pháp hóa học xanh và gia nhiệt vi sóng nhằm tối ưu hóa hiệu năng ứng dụng trong xúc tác pin nhiên liệu và mỹ phẩm?

Quy trình thực nghiệm được triển khai đồng bộ qua hai phương pháp chính: phương pháp khử hóa học trong môi trường nước sử dụng chất khử Trisodium Citrate (TSC) kết hợp chất bảo vệ Polyvinylpyrrolidone (PVP), và phương pháp polyol trong dung môi Ethylene Glycol (EG) dưới sự hỗ trợ của năng lượng vi sóng ở các điều kiện pH (7, 9, 11) và nhiệt độ khác nhau (120–180°C). Cấu trúc và đặc tính hóa lý của vật liệu được phân tích chuyên sâu qua phổ UV-Vis, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS).

Kết quả nghiên cứu chứng minh công nghệ vi sóng giúp đẩy nhanh quá trình tạo mầm đồng thể, tạo ra các hạt nano Pt có kích thước siêu nhỏ, phân bố đồng đều mà không bị kết tụ. Trọng lượng phân tử của chất bảo vệ PVP và nồng độ chất khử đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát hiệu ứng bề mặt và kích thước hạt. Đồng thời, việc tổng hợp thành công hệ nanocomposite Pt/C trên nền Vulcan XC-72 đã mở ra giải pháp xúc tác điện hóa hiệu năng cao cho pin nhiên liệu và định hướng các công thức mỹ phẩm chống oxy hóa vượt trội.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng (300-350 từ)

Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng hóa thạch toàn cầu và áp lực biến đổi khí hậu gia tăng, nhu cầu phát triển các hệ thống chuyển đổi năng lượng sạch như pin nhiên liệu (Fuel Cells) đang trở thành ưu tiên hàng đầu của nền khoa học công nghệ hiện đại. Platin (bạch kim) là kim loại quý chuyển tiếp thuộc nhóm VIIIB, nổi bật với tính trơ hóa học, độ bền nhiệt cao và đặc biệt là hoạt tính điện xúc tác vượt bậc đối với các phản ứng oxy hóa nhiên liệu hữu cơ và phản ứng khử oxy (ORR).

Tuy nhiên, rào cản lớn nhất hạn chế việc thương mại hóa platin quy mô lớn là độ hiếm và giá thành đắt đỏ. Việc chuyển dịch từ vật liệu khối sang vật liệu nano platin mở ra bước ngoặt đột phá: hiệu ứng giam hãm lượng tử và hiệu ứng kích thước giúp tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích ($f = n_s/n$) tăng vọt, giải phóng mật độ tâm hoạt tính cao bất thường, từ đó nâng cao hiệu suất xúc tác gấp nhiều lần với lượng nguyên liệu tối thiểu.

Mặc dù tiềm năng to lớn, các nghiên cứu trong nước về công nghệ tổng hợp nano platin kiểm soát kích thước còn khá hạn chế và chủ yếu dừng lại ở các phương pháp gia nhiệt thông thường tốn nhiều thời gian, dễ gây kết tụ hạt. Nghiên cứu này được thực hiện kịp thời nhằm lấp đầy khoảng trống công nghệ thông qua việc ứng dụng nhiệt vi sóng kết hợp dung môi polyol thân thiện môi trường. Đề tài không chỉ mang tính thời sự cao trong việc tối ưu hóa chi phí sản xuất chất xúc tác cho pin nhiên liệu sạch, mà còn tạo nền tảng chuyển giao công nghệ cho ngành dược mỹ phẩm thẩm mỹ – nơi nano Pt được ứng dụng như chất dọn gốc tự do, chống lão hóa da và kháng khuẩn tiên tiến.

---

Methodology và approach (350-400 từ)

Nghiên cứu thiết kế một hệ thống thực nghiệm đa biến chuẩn xác nhằm đánh giá tác động của các thông số động học và nhiệt động học lên quá trình hình thành hạt nano Pt từ tiền chất axit chloroplatinic ($H_2PtCl_6$).

[Tiền chất H2PtCl6] + [Chất ổn định PVP] + [Dung môi / Khử: H2O/TSC hoặc Ethylene Glycol]
               [Hiệu chỉnh pH hệ phản ứng: pH 7, 9, 11]
         [Gia nhiệt vi sóng: 2450 MHz, 800W, 120°C - 180°C]
       [Hạ nhiệt nhanh phòng tránh kết tụ & Khảo sát cấu trúc]

Thiết kế thực nghiệm và quy trình phản ứng

1. Phương pháp khử hóa học trong pha nước: $H_2PtCl_6$ được khử bởi Trisodium citrate dihydrate (TSC) trong nước cất với sự hiện diện của PVP (khảo sát 3 dải trọng lượng phân tử: $Mw = 40.000$; $55.000$; và $1.000.000\text{ g/mol}$). Khảo sát được tiến hành ở các điều kiện pH = 7, 9 và 11 (điều chỉnh bằng NaOH 1M).
2. Phương pháp Polyol hỗ trợ nhiệt vi sóng: Sử dụng Ethylene Glycol (EG) đóng vai trò kép: vừa làm môi trường dung môi vừa làm tác nhân khử ở nhiệt độ cao (120°C, 140°C, 160°C, 180°C) dưới tác động của lò vi sóng công suất 800W, tần số 2450 MHz.
3. Tổng hợp xúc tác Nanocomposite Pt/C: Cố định hạt nano Pt lên giá mang carbon dẫn điện Vulcan XC-72 nhằm tăng độ dẫn điện và ngăn ngừa hiện tượng thiêu kết hạt trong môi trường pin nhiên liệu.

Phương pháp phân tích và kiểm soát độ tin cậy

• Quang phổ hấp thụ UV-Vis (JASCO V-670): Theo dõi sự biến mất của pic hấp thụ ion $Pt^{4+}$ và sự hình thành vùng hấp thụ cộng hưởng plasmon bề mặt, kiểm tra độ ổn định quang học của hệ keo.
• Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM JEM-1400): Quan sát trực tiếp hình thái học, cấu trúc nano và đo đạc biểu đồ phân bố kích thước hạt.
• Nhiễu xạ tia X (XRD Bruker D8 Advance): Xác định cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) và kích thước tinh thể thông qua công thức Scherrer.
• Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS): Định tính và định lượng thành phần nguyên tố, kiểm tra độ tinh sạch và mức độ gắn tải platin trên chất nền cacbon.

---

Phát hiện chính (400-450 từ)

Dữ liệu thực nghiệm thu được từ nghiên cứu đã cung cấp những phát hiện có giá trị khoa học cao về cơ chế tạo mầm và phát triển hạt nano Pt:

1. Vai trò kiểm soát kích thước của trọng lượng phân tử PVP

Kết quả quang phổ UV-Vis cho thấy bước sóng hấp thu của keo nano Pt dao động trong khoảng 222–230 nm. Khi trọng lượng phân tử của chất bảo vệ PVP giảm từ $1.000.000\text{ g/mol}$ xuống $55.000\text{ g/mol}$ và $40.000\text{ g/mol}$, cường độ hấp thụ tăng mạnh (từ 1.91 lên 4.13 tại pH 7). Trọng lượng phân tử nhỏ giúp chuỗi polymer phân bố linh hoạt, tạo lớp bao phủ lập thể (steric hindrance) tối ưu quanh mầm kim loại, ngăn chặn sự kết tụ hiệu quả mà không làm cản trở quá trình truyền khối.

2. Tác động của pH môi trường và chất khử TSC

Ở môi trường kiềm (pH 9 và pH 11), tốc độ khử ion $Pt^{4+}$ diễn ra nhanh hơn đáng kể so với môi trường trung tính (pH 7). Sự gia tăng nồng độ TSC làm tăng mật độ tạo mầm ban đầu nhưng không gây dịch chuyển vị trí đỉnh hấp thụ plasmon, chứng minh rằng nồng độ chất khử điều khiển mật độ số lượng hạt sinh ra hơn là làm thay đổi kích thước hạt đơn lẻ.

3. Tối ưu hóa nhiệt vi sóng trong dung môi Ethylene Glycol

Gia nhiệt bằng vi sóng cung cấp khả năng truyền năng lượng đồng đều và tức thời đến từng vi vùng dung dịch. Tại dải nhiệt độ 140–160°C trong môi trường EG, phản ứng khử diễn ra hoàn toàn chỉ trong vài chục giây. Ảnh TEM xác nhận các hạt nano Pt tạo thành có dạng hình cầu đồng nhất, phân tán đơn phân tán cao với đường kính trung bình chỉ từ 2–5 nm, không bị hiện tượng tích tụ hạt thô.

Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử PVP đến độ hấp thụ UV-Vis (tại pH=7, TSC=2.0ml):

4. Cấu trúc tinh thể và khả năng phân tán trên nền Vulcan XC-72

Giản đồ XRD xác nhận hạt nano platin tổng hợp được có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) đặc trưng với các mặt phẳng tinh thể (111), (200), (220). Kết quả phân tích TEM và EDS của hệ vật liệu tổ hợp Pt/C cho thấy các hạt nano Pt phân bố đồng đều, bám dính bền vững trên các hạt carbon dẫn điện Vulcan XC-72, không xảy ra hiện tượng vón cục, tạo cấu trúc xốp lý tưởng cho việc vận chuyển proton và chất phản ứng.

---

Đóng góp khoa học (250-300 từ)

Nghiên cứu mang lại những đóng góp thiết thực cho cả lý thuyết vật liệu nano và quy trình công nghệ chế tạo:

• Đóng góp lý thuyết: Làm sáng tỏ cơ chế tương tác bề mặt giữa chuỗi polymer PVP với các mầm tinh thể platin trong điều kiện trường sóng siêu cao tần. Bổ sung dữ liệu thực nghiệm về mối quan hệ giữa trọng lượng phân tử polymer bảo vệ và hiệu ứng dịch chuyển đỏ/xanh trong phổ plasmon bề mặt nano kim loại quý.
• Đổi mới phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình tổng hợp polyol hỗ trợ vi sóng khép kín, rút ngắn thời gian phản ứng từ nhiều giờ (phương pháp gia nhiệt truyền thống) xuống còn vài phút. Quy trình này giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại, đảm bảo khả năng tái lặp cao và tiết kiệm năng lượng.
• Giá trị ứng dụng thực tiễn:
  1. Ngành năng lượng sạch: Chế tạo thành công vật liệu xúc tác nanocomposite Pt/C đáp ứng yêu cầu khắt khe về độ phân tán và diện tích tiếp xúc cho màng điện cực pin nhiên liệu PEMFC.
  2. Ngành công nghệ hóa mỹ phẩm & y tế: Chế tạo dung dịch keo nano platin tinh khiết ứng dụng làm thành phần chống oxy hóa mạnh, hỗ trợ tái tạo collagen và kháng khuẩn trong kem dưỡng da và màng lọc môi trường.

---

Đối tượng quan tâm (200-250 từ)

Báo cáo nghiên cứu khoa học này mang lại giá trị tham khảo chuyên sâu cho nhiều nhóm đối tượng:

• Nhà nghiên cứu học thuật (Vật liệu, Hóa học, Vật lý nano): Tài liệu cung cấp thông số thực nghiệm chuẩn mực về phổ UV-Vis, TEM, XRD, cùng các cơ chế động học tạo mầm vi sóng để phát triển các nghiên cứu sâu hơn về kim loại chuyển tiếp.
• Kỹ sư và doanh nghiệp phát triển Pin nhiên liệu (Fuel Cell): Tham khảo quy trình gắn tải nano Pt lên nền Vulcan XC-72 nhằm tối ưu hóa chi phí điện cực, giảm tải lượng platin mà vẫn đảm bảo hiệu suất phóng điện.
• Các nhà phát triển công thức Dược - Mỹ phẩm cao cấp: Nắm bắt quy chuẩn an toàn và hiệu tính của dung dịch nano platin trong việc dọn dẹp gốc tự do, ứng dụng trong các dòng serum trẻ hóa da, kem liền sẹo và màng kháng khuẩn sinh học.
• Cơ quan quản lý và hoạch định năng lượng xanh: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá tính khả thi trong việc làm chủ chuỗi cung ứng vật liệu nano phục vụ chuyển dịch năng lượng sạch quốc gia.

---

FAQ (Câu hỏi thường gặp) (250-300 từ)

1. Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu này là gì?

Nghiên cứu xác định được việc sử dụng PVP có trọng lượng phân tử thấp ($Mw \approx 40.000\text{ g/mol}$) kết hợp nhiệt vi sóng trong dung môi Ethylene Glycol ở pH kiềm tạo ra các hạt nano Pt đồng đều nhất (2–5 nm) với độ phân tán bề mặt và độ hấp thu cực đại tối ưu.

2. Phương pháp nhiệt vi sóng có ưu điểm gì so với đun hồi lưu truyền thống?

Nhiệt vi sóng kích thích dao động lưỡng cực trực tiếp trong toàn bộ thể tích dung dịch, giúp nhiệt độ tăng tức thời và phân bố đồng nhất. Điều này kích hoạt quá trình tạo mầm đồng loạt trong thời gian ngắn, ngăn ngừa mầm phát triển thành hạt thô không đồng đều.

3. Kết quả của nghiên cứu có khả năng tổng quát hóa (generalize) không?

Có. Quy trình hóa học xanh kết hợp vi sóng này hoàn toàn có thể mở rộng và áp dụng cho các kim loại quý khác cùng nhóm như Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Vàng (Au) hoặc các hệ hợp kim lưỡng kim (Pt-Pd, Pt-Ni).

4. Hướng nghiên cứu tiếp theo (next steps) cần tập trung vào điều gì?

Cần tiến hành đo đạc các đường cong phân cực điện hóa (CV, LSV) để định lượng chính xác độ bền điện hóa chu kỳ (durability) của hệ xúc tác Pt/C, đồng thời mở rộng thử nghiệm lâm sàng đối với các dòng mỹ phẩm chứa keo nano Pt.

5. Ứng dụng thực tế khả thi nhất tại Việt Nam hiện nay là gì?

Ứng dụng khả thi trước mắt là sản xuất vật liệu composite Pt/C cho cảm biến sinh học/hóa học và ứng dụng dung dịch keo Pt làm chất kháng khuẩn, chống lão hóa trong các sản phẩm chăm sóc da thương mại.

---

Kết luận (150 từ)

Nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu nano kim loại platin và vật liệu tổ hợp nanocomposite Pt/C thông qua phương pháp khử hóa học và polyol hỗ trợ bởi nhiệt vi sóng. Các thông số ảnh hưởng như trọng lượng phân tử PVP, độ pH và nhiệt độ dung môi đã được khảo sát toàn diện, chứng minh khả năng kiểm soát kích thước hạt ở cấp độ nanomet với độ đồng nhất cao. Kết quả này không chỉ đóng góp quan trọng vào kho tàng nghiên cứu công nghệ nano trong nước mà còn mở ra triển vọng ứng dụng to lớn trong công nghệ pin nhiên liệu sạch và ngành mỹ phẩm chăm sóc da cao cấp. Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ được khuyến khích hợp tác mở rộng quy mô thử nghiệm nhằm thương mại hóa nguồn vật liệu tiên tiến này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận 4 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Vật liệu platin 1. Lịch sử Platin được biết đến với những tên gọi khác như bạch kim hay vàng trắng. Cho tới bây giờ vẫn chưa thể khẳng định platin được tìm thấy khi nào.

Các nhà khảo cổ đã tìm thấy cái hộp bằng bạch kim trong mộ của nữ hoàng Sapenapit thế kỉ VII trước công nguyên. Vào thế kỉ 16,17 những người thực dân Tây Ban Nha một lần khi đi dọc sông Colombia họ đã tìm thấy vàng và nó có lẫn một kim loại màu trắng rất nặng. Họ đã không thể nào tách kim loại màu trắng này ra khỏi vàng nên gây khó khăn cho việc chế tác vàng. Tên gọi platin có từ đây nghĩa là “bạc xấu”.

Nên lúc bấy giờ bạch kim còn rẻ hơn nhiều so với bạc. Theo phương diện khoa học thì từ năm 1557 nhà khoa học Italia Scaliger đã mô tả thứ kim loại trắng tìm thấy ở Nam Mỹ. Hai thế kỷ trôi qua, Viện Hàn lâm Khoa học Paris gửi một đoàn thám hiểm sang các thuộc địa Tây Ban Nha, khi về nước, một viên trung úy trẻ người Tây Ban Nha có tên Ungioa trong đoàn thám hiểu đã viết một cuốn sách “Bản tường trình lịch sử về chuyến đi Nam Mỹ” và in tại Madrid năm 1748. Trong sách nói rằng có một mỏ vàng phải bỏ không khai thác vì trong quặng có chứa hàm lượng platin cao.

Sau đó hai năm, một số nhà khoa học Anh đã mô tả thứ kim loại màu trắng tìm thấy ở Nam Mỹ. Tháng 11 năm 1750, Oatxơn đã công bố về sự tìm ra một kim loại mà ông gọi là “Platin – del – pinto”. Công trình này đã gây được sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Đến năm 1752, nhà hóa học Thụy Sĩ H.

Scheffer công bố một báo cáo chi tiết về platin. Đến năm 1772, Sickinghen nghiên cứu tỉ mỉ những tính chất của platin và hợp kim của nó với vàng và bạc. Ông cũng nghiên cứu tính tan của platin trong nước cường toan. Đặc biệt ông đã dùng amoniclorua để kết tủa platin trong dung dịch.

Nhưng những nghiên cứu này sau mười năm mới được công bố. Chính vì thế vẫn chưa thể nào khẳng định năm nào là năm tìm ra kim loại platin. Cấu trúc của platin Platin có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) hay còn được gọi là tinh thể lập phương khối đặc khít (cubic close-packed). Thông số mạng: a: 392,42 pm α: 90,000o b: 392,42 pm β: 90,000o c: 392,42 pm γ: 90,000o Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của platin 1.

Tính chất của platin 1. Tính chất chung Platin là kim loại chuyển tiếp, số thứ tự 78 trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc phân nhóm phụ nhóm VIIIB, có 1 electron lớp ngoài cùng giống các kim loại kiềm ns1. Tương ứng cấu hình electron là: [Xe]4f145d96s1 Platin là kim loại thuộc phân nhóm VIIIB nên có tính trơ và rất ít bị ăn mòn hóa học thậm chí khi ở nhiệt độ cao.2: Cấu hình electron của platin 1. Đồng vị của platin Platin có 6 đồng vị trong tự nhiên, gồm có: 190Pt,192Pt,194Pt,195Pt,196Pt,198Pt.

Trong số các đồng vị này thì 195Pt là đồng vị phổ biến nhất chiếm 33,83%. 190Pt là đồng vị hiếm nhất, chỉ chiếm 0,01%. Ngoài ra platin còn có 31 đồng vị tổng hợp khác, có khối lượng nguyên tử từ 166 đến 202. Nên tổng số đồng vị của platin là 37 đồng vị.

Tính chất vật lý và hoá học của platin Tính chất vật lý: Trạng thái vật chất Rắn Màu Trắng Năng lượng ion hóa 870kJ.mol-1 Khối lượng riêng 195,084g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 1768,3oC Nhiệt độ sôi 3825oC Độ dẫn nhiệt 71,6 W.K-1 Bán kính nguyên tử 139pm Bán kính cộng hóa trị 136 ± 5pm Bán kính Van der Waals 175pm Tính chất hóa học: Platin thường có số oxi hóa phổ biến nhất là +2 và +4 các số oxi hóa +1, +3 ít phổ biến hơn. 7 Ở điều kiện thường, platin không bị gỉ trong không khí. Platin tác dụng chậm với brom lỏng ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng, platin tác dụng với khí clo theo các phản ứng sau: Pt + 2Cl2 → PtCl4 (275oC-300oC, trong luồng Cl2) Pt + Cl2 → PtCl2 (500oC trong luồng Cl2) Platin rất bền đối với oxi, ngay cả khi ở nhiệt độ cao.

Vì vậy, những chén nung, bát nung, thuyền nung trong phòng thí nghiệm thường được làm bằng platin. Platin rất thụ động hóa học, không phản ứng với nước, kiềm, cacbon monooxit. Đối với các axit, platin chỉ tan trong nước cường toan: 2Pt + 4HNO3 + 16HCl → 2H2PtCl6 + 4NO + 8H2O Platin tan được trong axit HCl bão hòa Cl2 Pt + 2HCl (đặc, nóng) + 2Cl2 → H2PtCl6 Platin tác dụng với kiềm nóng chảy khi có mặt oxi hay chất oxi hóa khác. Bởi vậy không được nấu chảy kiềm hay nung hỗn hợp chứa kiềm trong chén hay bát làm bằng platin mà dùng chén hay bát bằng sắt niken hoặc bạc.

Một điểm đáng chú ý nữa là không được nung nóng các chén bát platin ở vùng giữa ngọn lửa vì ở đó Cacbon tác dụng với platin tạo thành cacbua. Platin dễ nấu chảy với các kim loại họ Platin (trừ Ruteni và Osmi), với cả Fe, Co, Ni, Cu, Au, v.v…, khó nấu chảy với Sb, Bi, Sn, Pb, Ag. Do đó, không được dùng chén Pt để nấu chảy kim loại và tất cả các chất có thể giải phóng kim loại ở nhiệt độ cao (vì tạo nên các hợp chất dễ nóng chảy với Pt), nấu chảy kiềm, peoxit kim loại, xyanua, sunfua, sunfit, thiosunfat. Cũng không dùng chén Pt để nấu chảy các hỗn hợp gồm có: B, Si, P, As, Sb tự do và các hợp chất của chúng với kim loại (borua, silixua…).

Để làm sạch các chén Pt, ta có thể đun sôi với HCl đặc hoặc HNO3 đặc hay nấu chảy một hỗn hợp đồng lượng H3BO3 và KBF4. 8 Tương tác của Pt với hydro phân tử cũng là một điểm nổi bật. Platin bột và muội platin hấp thụ một lượng đáng kể H2. Ở áp suất thường và ở 80oC, một thể tích kim loại platin có thể hấp thụ 100 thể tích H2.

Ứng dụng của platin  Trong lĩnh vực xúc tác Xúc tác là một lĩnh vực quan trọng hiện nay nhằm nâng cao hiệu quả của các phản ứng hóa học và paltin là một vật liệu xúc tác được sử dụng từ những ngày đầu cũng như chiếm một phần lớn lượng chất xúc tác hiện đang sử dụng. Platin là chất xúc tác chính cho pin nhiên nhiệu, nó làm tăng mức độ phản ứng hóa học (tăng quá trình khử oxi). Platin có tính ổn định cao và hoạt tính điện xúc tác cao đối với những phản ứng quan trọng trong các tế bào nhiên liệu được hỗ trợ bởi các quá trình oxi hóa điện hóa của hydro và các phân tử hữu cơ nhỏ. Hơn 1/3 lượng bạch kim sản xuất hàng năm cho các thị trường quốc tế được sử dụng trong các bộ chuyển đổi chất xúc tác nhằm kiểm soát khí thải độc hại của xe hơi.3: Bộ chuyển đổi khí thải sử dụng platin làm xúc tác Ngoài ra platin còn được sử dụng trong quá trình reforming xúc tác trong công nghệ hóa lọc dầu để tạo những sản phẩm mong muốn.

9  Trong lĩnh vực chế tạo trang sức Trong một thời gian dài trước đây platin bị chê oan nhưng tới cuối thế kỷ 20 platin còn quý hơn cả vàng và những đồ trang sức được làm từ platin có lẫn vàng còn giá trị hơn nữa. Hiện nay, việc dùng platin để chế tạo trang sức rất phổ biến và dần thay thế vàng một phần nào đó. Platin có khả năng chống oxy hóa tốt cũng như rất ít gây dị ứng.4: Trang sức được làm từ bạch kim  Trong y học và trị liệu da thẩm mỹ Trong y học Ai Cập cổ đại platin đã được sử dụng như một bài thuốc quý giúp tăng cường sức khỏe và lọai bỏ những yếu tố độc hại của cơ thể. Bạch kim có tính năng vượt trội là tác dụng chống oxi hóa tuyệt vời làm phục hồi tế bào gốc, tăng sức sống của tế bào rất mạnh đồng thời làm tăng khả năng đàn hồi cho da và được xem như một liều thuốc hoocmon nữ tính nuôi dưỡng da.

Nhờ vậy, nó tái tạo collagen cho da làm trẻ hóa da đồng thời có hiệu quả cao trong việc làm giảm những vết thâm, tàn nhan, nếp nhăn và chùn trên da, loại bỏ gốc tự do là nguyên nhân gây ra lão hóa. Platin an toàn cho da nhạy cảm và hoàn toàn không gây hại cho cơ thể, thậm chí chúng còn được sử dụng như chất phụ gia thực phẩm được Bộ Y Tế Nhật Bản cho phép.5: Platin được sử dụng trong mỹ phẩm Platin được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy điều hòa nhịp tim, máy khử rung tim. Ngoài ra, các hợp chất của platin còn được sử dụng trong hóa trị liệu ung thư. Ví dụ như hợp chất cisplatin có tác dụng độc với tế bào, chống u và thuộc loại các chất alkyl hóa.

 Trong công nghiệp và trong đời sống Với tính chất chống ăn mòn nổi bật, điểm nóng chảy cao và hoạt tính xúc tác cao, bạch kim và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp vượt hơn hẳn việc sử dụng chúng trong đồ kim hoàn. Từ năm 1825 nó đã được dùng để pha chế vào thép tạo ra một loại thép mới cứng hơn nhiều các loại thép trước đó. Nó cũng chịu được sự va đập rất mạnh và không bị gãy. Với công nghiệp điện, platin được sử dụng để sản xuất các cặp nhiệt điện và các nhiệt kế điện trở, cũng như các công tắc điện và các điện cực cho các ứng dụng khác nhau.6: Nhiệt kế platin sử dụng điện trở platin Trong công nghiệp thủy tinh, bạch kim được dùng cho thiết bị thủy tinh nấu chảy, như các khuôn kéo sợi thủy tinh để chế tạo sợi thủy tinh, nồi nấu kim loại.

Còn với công nghiệp máy bay dùng cho các điện cực của bugi để mồi bằng tia lửa cho động cơ đốt trong của máy bay và dùng cho các bộ phận đánh lửa trong tuabin chạy bằng khí đốt của động cơ máy bay. Ngày nay nhu cầu sử dụng platin trong các ứng dụng công nghệ cao tăng lên nhanh chóng do chúng có tính chống ăn mòn tốt với nhiệt độ nóng chảy cao. Các sản phẩm có yêu cầu cao đều cần sử dụng platin như: lọc hóa dầu, màn hình LCD, kính mắt, thuốc chống ung thư, sơn, ổ đĩa cứng, cáp sợi quang và chất nổ.7: Bút và vỏ điện thoại làm bằng platin 1. Vật liệu nano kim loại 1.

Tính chất vật liệu nano 12 1.