I. Tổng quan về vật liệu nano ZnO
Vật liệu nano ZnO đã được nghiên cứu rộng rãi nhờ vào các tính chất đặc biệt của nó. Vật liệu nano này không chỉ có hoạt tính quang xúc tác mà còn có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ. ZnO có cấu trúc tinh thể wurtzite, tạo điều kiện cho việc phát triển các tính chất quang học và điện từ. Nhờ vào tính chất quang học ưu việt, ZnO có thể hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại, từ đó tạo ra các gốc tự do có khả năng phân hủy các chất hữu cơ độc hại. Như đã chỉ ra trong nghiên cứu, việc điều chế vật liệu nano ZnO dạng tấm đã giúp tăng cường đáng kể hoạt tính quang xúc tác và kháng khuẩn. Theo các nghiên cứu trước đây, vật liệu này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước thải, sản xuất mỹ phẩm và y tế.
1.1 Tính chất quang xúc tác của ZnO
ZnO được biết đến với khả năng quang xúc tác mạnh mẽ. Khi được chiếu sáng, các electron trong vùng hóa trị được kích thích lên vùng dẫn, tạo ra các lỗ trống và electron tự do. Các electron này có khả năng phản ứng với oxy và nước, tạo ra các gốc tự do như hydroxyl và superoxide, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Cơ chế này cho thấy tính năng quang hóa của ZnO là rất quan trọng trong các ứng dụng xử lý môi trường. Hơn nữa, các yếu tố như kích thước hạt, hình thái và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác của ZnO. Việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể dẫn đến việc phát triển các vật liệu có hoạt tính quang xúc tác tốt hơn.
1.2 Tính chất kháng khuẩn của ZnO
Khả năng kháng khuẩn của ZnO đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu. Vật liệu này có thể tiêu diệt vi khuẩn như E. coli chỉ trong thời gian ngắn, nhờ vào sự hình thành các gốc tự do oxy hóa. Cơ chế kháng khuẩn của ZnO liên quan đến việc tạo ra các gốc tự do gây tổn thương cho màng tế bào vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy rằng tính năng kháng khuẩn của ZnO có thể được cải thiện thông qua việc điều chỉnh kích thước và hình thái của vật liệu. Việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt như Sodium dodecyl sulfate (SDS) trong quá trình tổng hợp cũng đã cho thấy hiệu quả tích cực trong việc nâng cao khả năng kháng khuẩn của vật liệu nano ZnO.
II. Phương pháp tổng hợp vật liệu nano ZnO
Phương pháp thủy nhiệt là một trong những cách hiệu quả để tổng hợp vật liệu nano ZnO. Trong nghiên cứu này, vật liệu được tổng hợp với sự hỗ trợ của chất hoạt động bề mặt SDS, giúp kiểm soát hình thái và kích thước của vật liệu. Quá trình tổng hợp được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và thời gian được tối ưu hóa để thu được vật liệu nano với hoạt tính cao. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng SDS không chỉ cải thiện sự phân tán của các hạt mà còn giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác của vật liệu. Những mẫu vật liệu được tổng hợp đã được phân tích bằng các phương pháp hiện đại như XRD và SEM để xác định cấu trúc và hình thái của chúng.
2.1 Điều kiện tổng hợp
Điều kiện tổng hợp là yếu tố quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu nano ZnO. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ dung nhiệt, hàm lượng SDS và thời gian phản ứng có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và hình thái của vật liệu. Các mẫu được tổng hợp trong điều kiện tối ưu cho thấy khả năng phân hủy dung dịch Methylene Blue tốt hơn so với các mẫu không sử dụng SDS. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp là cần thiết để nâng cao hoạt tính quang xúc tác của ZnO.
2.2 Phân tích tính chất vật liệu
Các tính chất của vật liệu nano ZnO được phân tích thông qua nhiều phương pháp hiện đại. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể, trong khi kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp quan sát hình thái bề mặt. Hơn nữa, phổ khuếch tán phản xạ tử ngoại khả kiến (UV-Vis DRS) được sử dụng để đánh giá khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu. Các kết quả phân tích cho thấy rằng vật liệu nano ZnO có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng quang xúc tác.
III. Đánh giá hoạt tính quang xúc tác và kháng khuẩn
Hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano ZnO được đánh giá thông qua khả năng phân hủy dung dịch Methylene Blue dưới ánh sáng UV. Kết quả cho thấy rằng mẫu ZnO được tổng hợp có khả năng phân hủy hoàn toàn dung dịch này chỉ sau 60 phút chiếu xạ. Điều này chứng tỏ rằng tính năng quang hóa của vật liệu là rất hiệu quả. Bên cạnh đó, hoạt tính kháng khuẩn cũng được đánh giá thông qua thí nghiệm với vi khuẩn E. coli. Kết quả cho thấy rằng mẫu ZnO có khả năng tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn chỉ sau 30 phút tiếp xúc, cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong lĩnh vực kháng khuẩn.
3.1 Hoạt tính quang xúc tác
Trong nghiên cứu, hoạt tính quang xúc tác của vật liệu nano ZnO được đánh giá thông qua sự phân hủy dung dịch Methylene Blue. Kết quả cho thấy rằng mẫu vật liệu nano ZnO có khả năng phân hủy dung dịch này hoàn toàn sau 60 phút chiếu xạ dưới ánh sáng UV. Điều này cho thấy rằng tính năng quang hóa của vật liệu là rất hiệu quả và có thể được ứng dụng trong xử lý nước thải. Việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp cũng đã góp phần nâng cao khả năng quang xúc tác của ZnO.
3.2 Hoạt tính kháng khuẩn
Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu nano ZnO được đánh giá thông qua thí nghiệm với vi khuẩn E. coli. Kết quả cho thấy rằng mẫu ZnO điều chế có khả năng tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn chỉ sau 30 phút tiếp xúc. Điều này chứng tỏ rằng ZnO không chỉ là một chất xúc tác quang hiệu quả mà còn là một chất kháng khuẩn tiềm năng. Việc sử dụng chất hoạt động bề mặt trong quá trình tổng hợp cũng đã góp phần nâng cao khả năng kháng khuẩn của vật liệu.
