Nghiên Cứu Tính Chất Phức Chất Hỗn Hợp Axetylsalixylat và 2,2’-Dipyridin N,N'-Dioxit của Nguyên Tố Đất Hiếm

• Tác giả: Trần Như Quỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Hiền Lan
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Phức Chất Hỗn Hợp Axetylsalixylat và 2,2’-Dipyridin N,N'-Dioxit với Nguyên Tố Đất Hiếm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng
• 1.1.1. Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)
• 1.1.2. Giới thiệu về các NTĐH tecbi (Tb), dysprosi (Dy), tuli (Tm), ytecbi (Yb)
• 1.2. Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm
• 1.3. Axit cacboxylic và cacboxylat kim loại
• 1.3.1. Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của các axit monocacboxylic
• 1.3.2. Axit axetylsalixylic
• 1.4. Phức chất của nguyên tố đất hiếm với axit cacboxylic
• 1.5. 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit và khả năng tạo phức
• 1.6. Phức chất của nguyên tố đất hiếm với 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit
• 1.7. Phức chất của nguyên tố đất hiếm với hỗn hợp phối tử cacboxylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit
• 1.8. Một số phương pháp hóa lí nghiên cứu phức chất
• 1.8.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.8.2. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.8.3. Phương pháp phổ khối lượng
• 1.8.4. Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.1.1. Chuẩn bị hóa chất
• 2.1.2. Các dung dịch LnCl3 (Ln: Tb, Dy, Tm, Yb)
• 2.1.3. Dung dịch EDTA 10-2M
• 2.1.4. Dung dịch Arsenazo III ~ 0,1%
• 2.1.5. Dung dịch đệm axetat có pH ≈ 5
• 2.2. Tổng hợp các phức chất. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hồng ngoại
• 2.3. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt
• 2.4. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng
• 2.5. Nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang của các phức chất
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm và Ứng Dụng

Hóa học phức chất, đặc biệt là phức chất của nguyên tố đất hiếm với phối tử hữu cơ, đang là hướng phát triển của hóa học vô cơ hiện đại. Những tính chất quý như từ tính, xúc tác, tính dẫn điện, tính quang học khiến phức chất hỗn hợp phối tử của đất hiếm ngày càng được quan tâm. Nghiên cứu này tập trung vào phức chất hỗn hợp phối tử có khả năng phát quang, một lĩnh vực đầy tiềm năng trong công nghiệp vật liệu mới. Các phức chất này có thể được ứng dụng để tạo ra các vật liệu siêu dẫn, các đầu dò phát quang, trong vật liệu quang điện, khoa học môi trường, công nghệ sinh học tế bào và nhiều lĩnh vực khác. Mục tiêu của nghiên cứu này là góp phần vào lĩnh vực phức chất hỗn hợp phối tử cacboxylat - 2,2’-dipyridin N,N’-dioxit của kim loại.

1.1. Giới thiệu chung về phức chất axetylsalixylat

Axit axetylsalixylic (aspirin) là một dẫn xuất của axit salixylic, có khả năng tạo phức tốt với ion kim loại. Nguyên tử kim loại thay thế nguyên tử H của nhóm hiđroxyl trong nhóm chức cacboxyl và liên kết với phối tử thông qua nguyên tử oxi của nhóm cacbonyl. Điều này tạo nên các phức chất vòng càng bền vững. Ứng dụng của axetylsalixylat trong y học đã được biết đến rộng rãi, nhưng tiềm năng của nó trong việc tạo phức với các kim loại, đặc biệt là đất hiếm, vẫn còn là một lĩnh vực đang được khám phá. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào khả năng tạo phức của nó với các nguyên tố đất hiếm.

1.2. Vai trò của 2 2 Dipyridin N N Dioxit trong tạo phức đất hiếm

2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit (DipyO2) là một phối tử hữu cơ có khả năng tạo phức với nhiều kim loại, bao gồm cả nguyên tố đất hiếm. Với hai nguyên tử oxy có khả năng cho điện tử, DipyO2 có thể liên kết với ion kim loại để tạo thành các phức chất bền. Sự kết hợp giữa axetylsalixylat và DipyO2 có thể tạo ra các phức chất hỗn hợp với cấu trúc và tính chất độc đáo. Ứng dụng của dipyridin N,N'-Dioxit trong các lĩnh vực khác nhau như xúc tác, cảm biến và vật liệu phát quang đang ngày càng được quan tâm.

1.3. Tầm quan trọng của nguyên tố đất hiếm trong hóa học phức chất

Nguyên tố đất hiếm (NTĐH) có những tính chất độc đáo như từ tính, quang học, và xúc tác, khiến chúng trở thành thành phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghệ cao. Khả năng tạo phức của NTĐH với các phối tử hữu cơ như axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu tiên tiến. Nghiên cứu này tập trung vào các nguyên tố đất hiếm nặng (Tb, Dy, Tm, Yb) và tính chất của các phức chất hỗn hợp mà chúng tạo thành.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Tổng Hợp và Xác Định Cấu Trúc Phức Chất

Việc tổng hợp và xác định cấu trúc của phức chất hỗn hợp là một thách thức lớn. Các yếu tố như điều kiện phản ứng, tỉ lệ phối tử, và bản chất của nguyên tố đất hiếm đều ảnh hưởng đến kết quả. Nghiên cứu này cần phải tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp để thu được các phức chất có độ tinh khiết cao và cấu trúc xác định. Sau khi tổng hợp, các phương pháp phân tích như phổ IR, phổ UV-Vis, nhiệt phân, và phân tích nhiệt sẽ được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của các phức chất. Theo tài liệu gốc, "trong nhiều thập kỉ qua, phức chất của các ion đất hiếm đặc biệt là các cacboxylat thơm của đất hiếm đã và đang nhận được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học về cấu tạo và tiềm năng ứng dụng của chúng trong lĩnh vực chế tạo vật liệu siêu dẫn, vật liệu từ, đầu dò phát quang [31]."

2.1. Phương pháp tổng hợp phức chất axetylsalixylat và DipyO2

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phản ứng trực tiếp giữa muối của nguyên tố đất hiếm (LnCl3) với axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit trong dung môi thích hợp. Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian, và pH được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất phản ứng và độ tinh khiết của sản phẩm. Việc kiểm soát tỉ lệ mol giữa các chất phản ứng là rất quan trọng để thu được các phức chất có thành phần xác định. Sản phẩm được lọc, rửa, và sấy khô trước khi tiến hành các phân tích tiếp theo.

2.2. Ứng dụng phổ IR để xác định liên kết trong phức chất

Phổ IR là một công cụ quan trọng để xác định các liên kết hóa học trong phức chất. Sự thay đổi vị trí và cường độ của các peak hấp thụ trong phổ IR có thể cung cấp thông tin về sự phối trí của axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit với ion đất hiếm. Ví dụ, sự xuất hiện của các peak mới hoặc sự dịch chuyển của các peak đặc trưng của nhóm cacboxylat và nhóm N-O có thể cho thấy sự hình thành liên kết phối trí. So sánh phổ IR của phức chất với phổ IR của các phối tử tự do giúp xác định các vị trí phối trí.

2.3. Phân tích nhiệt để đánh giá độ bền phức chất

Phân tích nhiệt (TGA/DSC) được sử dụng để đánh giá độ bền nhiệt của phức chất. Thông qua việc theo dõi sự thay đổi khối lượng và nhiệt độ của phức chất khi nung nóng, có thể xác định các giai đoạn phân hủy và sự giải phóng các phân tử phối tử. Nhiệt độ phân hủy cao cho thấy phức chất có độ bền nhiệt tốt. Thông tin từ phân tích nhiệt cũng có thể được sử dụng để xác định thành phần của phức chất, đặc biệt là số lượng phân tử nước hoặc dung môi kết tinh trong cấu trúc.

III. Nghiên Cứu Tính Chất Quang Học của Phức Chất Đất Hiếm

Một trong những mục tiêu quan trọng của nghiên cứu này là khảo sát tính chất quang học của phức chất đất hiếm. Các phức chất của Eu(III) và Tb(III) thường có khả năng phát quang mạnh do sự chuyển mức năng lượng trong ion kim loại. Axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có thể đóng vai trò là các anten, hấp thụ ánh sáng và truyền năng lượng đến ion kim loại trung tâm, làm tăng cường hiệu quả phát quang. Phổ phát xạ huỳnh quang sẽ được sử dụng để xác định bước sóng và cường độ phát quang của các phức chất. Theo tài liệu gốc, "Các phức chất phát quang của Sm3+ có khả năng phát xạ ánh sáng trong vùng cam-đỏ. Tính chất quý này được ứng dụng trong các thiết bị công nghệ cao [29]."

3.1. Phổ UV Vis để xác định sự hấp thụ ánh sáng

Phổ UV-Vis được sử dụng để nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng của phức chất. Vị trí và cường độ của các peak hấp thụ trong phổ UV-Vis cung cấp thông tin về các chuyển mức năng lượng điện tử trong phức chất. Sự thay đổi phổ UV-Vis khi so sánh với các phối tử tự do có thể cho thấy sự tương tác giữa các phối tử và ion kim loại trung tâm. Thông tin này rất quan trọng để hiểu cơ chế phát quang của phức chất.

3.2. Phổ phát xạ huỳnh quang để đánh giá khả năng phát quang

Phổ phát xạ huỳnh quang là phương pháp chính để đánh giá khả năng phát quang của phức chất đất hiếm. Phổ phát xạ cho thấy các bước sóng phát xạ đặc trưng của ion kim loại trung tâm. Cường độ phát xạ càng cao thì khả năng phát quang càng tốt. Nghiên cứu này sẽ khảo sát ảnh hưởng của các phối tử axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit đến cường độ phát xạ của các ion đất hiếm khác nhau.

3.3. Cơ chế truyền năng lượng trong phức chất phát quang

Hiệu quả phát quang của phức chất đất hiếm phụ thuộc vào cơ chế truyền năng lượng từ các phối tử đến ion kim loại trung tâm. Axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có thể hấp thụ ánh sáng và truyền năng lượng đến ion đất hiếm thông qua quá trình chuyển mức năng lượng. Việc tối ưu hóa cấu trúc của phức chất và lựa chọn các phối tử phù hợp có thể làm tăng cường hiệu quả truyền năng lượng và do đó, làm tăng cường khả năng phát quang.

IV. Nghiên Cứu Tính Chất Từ Của Phức Chất Đất Hiếm Mới

Ngoài tính chất quang học, tính chất từ cũng là một khía cạnh quan trọng của phức chất đất hiếm. Các ion đất hiếm có moment từ lớn do có các electron không ghép đôi trong lớp 4f. Nghiên cứu này có thể khảo sát tính chất từ của các phức chất mới tổng hợp để đánh giá tiềm năng ứng dụng của chúng trong lĩnh vực vật liệu từ. Các phương pháp đo từ tính như SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) có thể được sử dụng để xác định moment từ, nhiệt độ Curie, và các thông số từ khác của phức chất.

4.1. Đo từ tính để xác định moment từ của phức chất

Phương pháp đo từ tính được sử dụng để xác định moment từ của phức chất. Kết quả đo từ tính cho phép đánh giá sự tương tác từ giữa các ion đất hiếm trong phức chất. Sự thay đổi moment từ so với các ion đất hiếm tự do có thể cung cấp thông tin về cấu trúc và liên kết trong phức chất.

4.2. Ảnh hưởng của phối tử đến tính chất từ của phức chất

Các phối tử axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có thể ảnh hưởng đến tính chất từ của phức chất thông qua sự tương tác với ion kim loại trung tâm. Sự phối trí của các phối tử có thể làm thay đổi sự phân bố electron trong lớp 4f và do đó, ảnh hưởng đến moment từ và các thông số từ khác.

4.3. Tiềm năng ứng dụng của phức chất đất hiếm trong vật liệu từ

Các phức chất đất hiếm có tính chất từ độc đáo có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm vật liệu từ tính nano, thiết bị lưu trữ dữ liệu, và cảm biến từ. Nghiên cứu này có thể đánh giá tiềm năng ứng dụng của các phức chất mới tổng hợp trong các lĩnh vực này.

V. Ứng Dụng và Kết Luận Tiềm Năng của Phức Chất Đất Hiếm

Nghiên cứu về phức chất đất hiếm với axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng của phức chất đất hiếm bao gồm vật liệu phát quang, cảm biến, xúc tác, và vật liệu từ. Việc hiểu rõ cấu trúc và tính chất của các phức chất này là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng mới. Nghiên cứu này góp phần vào sự hiểu biết về phức chất đất hiếm và mở ra các hướng nghiên cứu mới trong tương lai. Các kết quả thu được có thể cung cấp cơ sở cho việc thiết kế và tổng hợp các vật liệu chức năng mới với các tính chất được điều chỉnh.

5.1. Ứng dụng xúc tác của phức chất đất hiếm

Ứng dụng xúc tác là một lĩnh vực tiềm năng cho phức chất đất hiếm. Các ion đất hiếm có thể đóng vai trò là trung tâm hoạt động trong các phản ứng hóa học, xúc tác quá trình chuyển hóa các chất phản ứng thành sản phẩm. Axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có thể ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của ion đất hiếm thông qua sự phối trí và tương tác với các chất phản ứng.

5.2. Ứng dụng trong cảm biến hóa học và sinh học

Phức chất đất hiếm có thể được sử dụng trong cảm biến hóa học và sinh học. Tính chất phát quang của các phức chất này có thể thay đổi khi tương tác với các chất phân tích, cho phép phát hiện và định lượng các chất này. Axetylsalixylat và 2,2'-Dipyridin N,N'-Dioxit có thể được sử dụng để điều chỉnh độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến.

5.3. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu về phức chất đất hiếm vẫn còn nhiều thách thức và cơ hội. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc tổng hợp các phức chất mới với cấu trúc và tính chất được điều chỉnh, khảo sát các hoạt tính sinh học của phức chất, và phát triển các ứng dụng trong các lĩnh vực mới như y học, năng lượng, và môi trường. Theo tài liệu gốc, "Với mục đích góp phần nghiên cứu vào lĩnh vực phức chất hỗn hợp phối tử cacboxylat - 2,2’-dipyridin N,N’-dioxit của kim loại, chúng tôi tiến hành “Tổng hợp, nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat và 2,2’-dipyridin N,N’-dioxit của một số nguyên tố đất hiếm nặng”. Chúng tôi hy vọng các kết quả thu được sẽ góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất hỗn hợp phối tử với các nguyên tố đất hiếm."

Tổng quan nghiên cứu

Nguyên tố đất hiếm (NTĐH) là nhóm kim loại quý hiếm có tính chất đặc biệt về quang học, từ tính và xúc tác, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp hiện đại. Trong đó, các nguyên tố đất hiếm nặng như Tecbi (Tb), Dysprosi (Dy), Tuli (Tm) và Ytecbi (Yb) được quan tâm nghiên cứu do khả năng tạo phức với các phối tử hữu cơ, đặc biệt là phức chất hỗn hợp phối tử có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang, vật liệu siêu dẫn và công nghệ sinh học.

Luận văn tập trung vào tổng hợp và nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat (AcSa) và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit (DipyO2) với một số nguyên tố đất hiếm nặng Tb, Dy, Tm, Yb. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định cấu trúc, tính bền nhiệt, đặc tính quang học và thành phần của các phức chất này, góp phần mở rộng hiểu biết về hóa học phức chất của NTĐH và ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp vật liệu phát quang.

Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2019-2020 tại Đại học Thái Nguyên, sử dụng các phương pháp hóa lý hiện đại như phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR), phân tích nhiệt (TG-DTA), phổ khối lượng (MS) và phổ phát xạ huỳnh quang. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các vật liệu mới có tính chất phát quang cao, góp phần nâng cao giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn của phức chất đất hiếm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Hóa học phức chất của nguyên tố đất hiếm: NTĐH có cấu hình electron đặc trưng với các electron 4f bị chắn, tạo nên các ion Ln3+ có số phối trí cao và khả năng tạo phức với phối tử hữu cơ như axit cacboxylic và bazơ dị vòng. Số oxi hóa chủ yếu là +3, với tính chất hóa học tương đồng và biến đổi tuần hoàn theo chuỗi lantanit.

• Khả năng tạo phức của axetylsalixylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit: Axetylsalixylat là axit cacboxylic có nhóm –COO- linh động, tạo phức vòng càng bền vững với ion kim loại qua liên kết phối trí với nguyên tử oxy. 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit là bazơ dị vòng có khả năng phối trí qua nguyên tử oxy của nhóm N–O, tạo phức vòng càng với ion đất hiếm.

• Mô hình phức chất hỗn hợp phối tử: Phức chất được hình thành bởi ion Ln3+ phối trí với 3 phối tử axetylsalixylat và 1 phối tử 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit, tạo thành cấu trúc vòng càng với số phối trí 8. Liên kết kim loại – phối tử chủ yếu là liên kết ion phối trí qua nguyên tử oxy.

Các khái niệm chính bao gồm: số phối trí, liên kết phối trí, phức chất vòng càng, phổ hấp thụ hồng ngoại, phân tích nhiệt, phổ khối lượng và phổ phát xạ huỳnh quang.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Các phức chất Tb(AcSa)3(DipyO2), Dy(AcSa)3(DipyO2), Tm(AcSa)3(DipyO2), Yb(AcSa)3(DipyO2) được tổng hợp trong phòng thí nghiệm tại Đại học Thái Nguyên. Hóa chất sử dụng gồm oxit đất hiếm Tb2O3, Dy2O3, Tm2O3, Yb2O3, axit axetylsalixyllic, 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit và các dung môi phân tích.

• Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp phức chất theo tỉ lệ mol Ln3+ : AcSa : DipyO2 = 1 : 3 : 1 trong dung môi etanol, khuấy từ 2 giờ ở 50°C, điều chỉnh pH 4-5, thu kết tủa, lọc và làm khô. Hiệu suất tổng hợp đạt khoảng 80-85%.

• Phương pháp phân tích:

  • Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) để xác định nhóm chức và kiểu liên kết phối trí.
  • Phân tích nhiệt TG-DTA để đánh giá độ bền nhiệt và quá trình phân hủy.
  • Phổ khối lượng (MS) để xác định khối lượng phân tử và các mảnh ion.
  • Phổ phát xạ huỳnh quang để khảo sát đặc tính phát quang của phức chất.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu phức chất được chuẩn bị với khối lượng từ 0,02 đến 0,04 gam cho các phân tích. Phương pháp chuẩn độ complexon với Arsenazo III được sử dụng để xác định hàm lượng ion đất hiếm trong phức chất.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và phân tích mẫu trong vòng 6 tháng, từ chuẩn bị hóa chất, tổng hợp phức chất đến phân tích các tính chất hóa lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hàm lượng ion đất hiếm trong phức chất: Kết quả chuẩn độ complexon cho thấy hàm lượng ion Tb3+, Dy3+, Tm3+, Yb3+ trong phức chất tương ứng là 18,02%; 18,40%; 18,95%; 19,31%, phù hợp với giá trị lý thuyết tính theo công thức phức chất (Tb(AcSa)3(DipyO2), v.v.), sai số dưới 0,3%.

2. Phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR): Các phức chất không còn dải hấp thụ đặc trưng của nhóm –COOH tự do (1753-1691 cm-1) mà xuất hiện dải mới ở vùng 1591-1564 cm-1, chứng tỏ nhóm –COO- đã phối trí với ion Ln3+. Dải hấp thụ N–O của DipyO2 dịch chuyển từ 1249 cm-1 xuống 1213-1219 cm-1, xác nhận sự phối trí qua nguyên tử oxy. Dải hấp thụ Ln–O xuất hiện ở 582-584 cm-1, khẳng định liên kết kim loại – phối tử.

3. Phân tích nhiệt TG-DTA: Các phức chất không chứa nước kết tinh, ổn định đến nhiệt độ khoảng 260°C. Quá trình phân hủy xảy ra trong khoảng 267-570°C với hiệu ứng tỏa nhiệt mạnh, tạo sản phẩm cuối cùng là oxit đất hiếm Ln2O3. Phần trăm mất khối lượng thực nghiệm (75,26% - 82,03%) tương ứng với giá trị lý thuyết (78,06% - 79,30%).

4. Phổ khối lượng (MS): Phổ khối lượng xác nhận phức chất tồn tại ở dạng monome với khối lượng phân tử phù hợp với công thức giả thiết. Các mảnh ion phân tích cho thấy sự phân mảnh đặc trưng của phối tử axetylsalixylat và DipyO2, hỗ trợ cấu trúc phức chất vòng càng.

5. Phổ phát xạ huỳnh quang: Phức chất Tb(AcSa)3(DipyO2) phát quang mạnh ở vùng lục và cam, Dy phát quang vàng nhạt, Tm và Yb cũng có phổ phát xạ đặc trưng, phù hợp với tính chất quang học của ion đất hiếm nặng. Phức chất phát quang dưới kích thích bước sóng tử ngoại 266-324 nm, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang.

Thảo luận kết quả

Sự dịch chuyển các dải hấp thụ trong phổ FTIR so với phối tử tự do chứng tỏ sự hình thành liên kết phối trí bền vững giữa ion Ln3+ và các phối tử AcSa, DipyO2, tạo nên phức chất vòng càng với số phối trí 8. Kết quả phân tích nhiệt cho thấy phức chất có độ bền nhiệt cao, phù hợp với yêu cầu ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao. Phổ khối lượng hỗ trợ cấu trúc phức chất monome, đồng nhất.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về phức chất đất hiếm với phối tử benzoat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit, phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat và DipyO2 có tính chất tương tự nhưng có sự khác biệt về đặc tính phát quang, mở rộng phạm vi phối tử hữu cơ có thể sử dụng. Kết quả phát quang mạnh của phức chất Tb và Dy phù hợp với các ứng dụng trong công nghệ vật liệu phát quang và cảm biến sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ FTIR so sánh phối tử tự do và phức chất, giản đồ TG-DTA thể hiện quá trình phân hủy nhiệt, phổ khối lượng minh họa các mảnh ion và phổ phát xạ huỳnh quang thể hiện cường độ phát quang theo bước sóng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu phối tử: Tiến hành tổng hợp và khảo sát các phức chất hỗn hợp phối tử với các axit cacboxylic khác và bazơ dị vòng để tìm kiếm vật liệu phát quang có hiệu suất cao hơn, nhằm nâng cao chỉ số phát quang (quantum yield) trong vòng 1-2 năm, do các nhóm nghiên cứu hóa vô cơ và vật liệu thực hiện.

2. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phát quang: Phát triển các đầu dò huỳnh quang sinh học dựa trên phức chất Tb và Dy, tập trung vào cải thiện độ nhạy và chọn lọc trong phân tích sinh học, dự kiến hoàn thành trong 3 năm, phối hợp với các phòng thí nghiệm sinh học phân tử.

3. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp: Nghiên cứu điều kiện tổng hợp nhằm tăng hiệu suất và độ tinh khiết phức chất, giảm chi phí sản xuất, áp dụng công nghệ tự động hóa trong 1 năm, do phòng thí nghiệm hóa vô cơ thực hiện.

4. Khảo sát tính bền nhiệt và cơ học: Mở rộng phân tích độ bền nhiệt và tính chất cơ học của phức chất để ứng dụng trong vật liệu chịu nhiệt và vật liệu siêu dẫn, nghiên cứu trong 2 năm, phối hợp với viện vật liệu và công nghệ cao.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa vô cơ và hóa học phức chất: Tài liệu cung cấp dữ liệu chi tiết về cấu trúc, tính chất và phương pháp phân tích phức chất hỗn hợp phối tử của NTĐH, hỗ trợ phát triển nghiên cứu chuyên sâu.

2. Chuyên gia phát triển vật liệu phát quang: Thông tin về đặc tính phát quang của phức chất đất hiếm nặng giúp thiết kế vật liệu mới cho ứng dụng trong cảm biến, thiết bị chiếu sáng và y sinh.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học và Vật liệu: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp tổng hợp, phân tích và đánh giá tính chất phức chất, nâng cao kỹ năng nghiên cứu thực nghiệm.

4. Doanh nghiệp công nghiệp vật liệu và dược phẩm: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ phát triển sản phẩm mới dựa trên phức chất đất hiếm, đặc biệt trong lĩnh vực vật liệu phát quang và dược phẩm có hoạt tính sinh học.

Câu hỏi thường gặp

1. Phức chất hỗn hợp phối tử là gì?
   Phức chất hỗn hợp phối tử là hợp chất trong đó ion kim loại phối trí với nhiều loại phối tử khác nhau cùng lúc, tạo nên cấu trúc phức tạp và đa dạng về tính chất. Ví dụ, phức chất Tb(AcSa)3(DipyO2) có phối tử axetylsalixylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit.

2. Tại sao chọn axetylsalixylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit làm phối tử?
   Axetylsalixylat có nhóm –COO- linh động tạo phức vòng càng bền, còn 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit có khả năng phối trí qua nguyên tử oxy của nhóm N–O, giúp tăng số phối trí và ổn định phức chất, đồng thời cải thiện tính chất phát quang.

3. Phương pháp phân tích nhiệt giúp gì cho nghiên cứu phức chất?
   Phân tích nhiệt xác định độ bền nhiệt, quá trình phân hủy và thành phần của phức chất, từ đó đánh giá tính ổn định và khả năng ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao.

4. Phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất đất hiếm có ý nghĩa gì?
   Phổ phát xạ huỳnh quang cho biết khả năng phát sáng của phức chất dưới kích thích ánh sáng tử ngoại, quan trọng trong phát triển vật liệu phát quang, cảm biến và ứng dụng y sinh.

5. Hiệu suất tổng hợp phức chất đạt bao nhiêu?
   Hiệu suất tổng hợp các phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit với Tb, Dy, Tm, Yb đạt khoảng 80-85%, đảm bảo tính khả thi cho nghiên cứu và ứng dụng.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công phức chất hỗn hợp phối tử axetylsalixylat và 2,2'-dipyridin N,N'-dioxit với các nguyên tố đất hiếm nặng Tb, Dy, Tm, Yb với hiệu suất 80-85%.
• Phân tích phổ FTIR, TG-DTA, MS và phổ phát xạ huỳnh quang xác nhận cấu trúc phức chất vòng càng, độ bền nhiệt cao và khả năng phát quang đặc trưng.
• Hàm lượng ion đất hiếm trong phức chất thực nghiệm phù hợp với giá trị lý thuyết, chứng tỏ tính đồng nhất và độ tinh khiết cao của sản phẩm.
• Phức chất có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang, cảm biến sinh học và vật liệu chịu nhiệt.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu phối tử, ứng dụng phát quang và tối ưu hóa quy trình tổng hợp trong các giai đoạn tiếp theo.

Luận văn là cơ sở khoa học quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về phức chất đất hiếm và phát triển vật liệu mới. Độc giả và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả để phát triển các ứng dụng công nghệ cao trong tương lai.