Tổng Hợp và Nghiên Cứu Tính Chất Phức Chất Hỗn Hợp Phối Tử Benzoat và 1,10-Phenantrolin

• Tác giả: Đỗ Thị Tú Anh
• 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 Phối Tử Benzoat và 1,10-Phenantrolin của Nguyên Tố Đất Hiếm Nhẹ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) và khả năng tạo phức của chúng
• 1.2. Đặc điểm chung về các NTĐH (La, Nd, Sm)
• 1.3. Khả năng tạo phức của các NTĐH
• 1.4. Sơ lược về 1,10-phenantrolin
• 1.5. Phức chất của các NTĐH với axit cacboxylic và 1,10-phenantrolin
• 1.6. Một số phương pháp nghiên cứu phức chất rắn
• 1.6.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.6.2. Phương pháp phân tích nhiệt
• 1.6.3. Phương pháp phổ khối lượng
• 1.6.4. Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Thiết bị và hóa chất
• 2.1.1. Chuẩn bị hóa chất
• 2.1.2. Dung dịch LnCl3
• 2.1.3. Dung dịch EDTA 10-2M
• 2.1.4. Dung dịch Asenazo III ~ 0,1%
• 2.1.5. Dung dịch đệm axetat có pH ≈ 5
• 2.2. Tổng hợp các phức chất
• 2.3. Phân tích xác định hàm lượng ion đất hiếm trong các phức chất
• 2.4. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 2.5. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt
• 2.6. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng
• 2.7. Nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang của các phức chất
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm Nhẹ Giới Thiệu Chung

Hóa học phức chất là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học hiện đại, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Đặc biệt, các phức chất của cacboxylat kim loại với 1,10-phenantrolin ngày càng phát triển mạnh mẽ, đa dạng về cấu trúc và ứng dụng. Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) đóng vai trò quan trọng trong các phức chất này, mở ra tiềm năng lớn trong khoa học vật liệu, môi trường, y học, nông nghiệp và công nghệ sinh học. Tuy nhiên, nghiên cứu về phức chất hỗn hợp phối tử giữa benzoat và 1,10-phenantrolin vẫn còn hạn chế. Luận văn này tập trung vào việc tổng hợp và nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử của một số nguyên tố đất hiếm nhẹ. Mục tiêu là đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất hỗn hợp phối tử của nguyên tố đất hiếm. Các kết quả nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của các phức chất này, từ đó mở ra hướng ứng dụng mới.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Phức Chất Đất Hiếm Trong Nghiên Cứu

Các phức chất đất hiếm ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xúc tác đến vật liệu phát quang. Nghiên cứu về phức chất đất hiếm giúp khám phá những tính chất độc đáo của chúng, mở đường cho các ứng dụng tiềm năng. Việc hiểu rõ cấu trúc và tính chất của phức chất là chìa khóa để phát triển các vật liệu mới với hiệu suất và độ ổn định cao. Theo một nghiên cứu gần đây, các phức chất có khả năng tự lắp ráp thành các cấu trúc nano phức tạp, hứa hẹn ứng dụng trong công nghệ nano.

1.2. Giới Hạn Nghiên Cứu Hiện Tại Về Phức Chất Benzoat và 1 10 Phenantrolin

Mặc dù các phức chất của cacboxylat kim loại đã được nghiên cứu rộng rãi, nhưng phức chất hỗn hợp phối tử giữa benzoat và 1,10-phenantrolin của nguyên tố đất hiếm vẫn còn ít được quan tâm. Điều này tạo ra một khoảng trống trong kiến thức về tính chất và ứng dụng tiềm năng của chúng. Nghiên cứu này nhằm mục đích lấp đầy khoảng trống này bằng cách tổng hợp và nghiên cứu tính chất của các phức chất này. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá đầy đủ tiềm năng của các phức chất hỗn hợp này.

II. Cách Nghiên Cứu Tính Chất Phức Chất Phương Pháp Phổ Biến

Nghiên cứu tính chất phức chất đòi hỏi sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ tổng hợp đến phân tích cấu trúc và tính chất. Các phương pháp phổ biến bao gồm phổ UV-Vis, phổ hồng ngoại (IR), phổ huỳnh quang, và phân tích nhiệt. Mỗi phương pháp cung cấp thông tin khác nhau về cấu trúc, độ bền và khả năng phát quang của phức chất. Việc kết hợp nhiều phương pháp cho phép có cái nhìn toàn diện về tính chất của phức chất hỗn hợp phối tử. Các phương pháp này giúp xác định sự tạo thành liên kết giữa các phối tử và ion trung tâm, cũng như ảnh hưởng của chúng đến tính chất của phức chất.

2.1. Phổ Hồng Ngoại IR Xác Định Liên Kết Phối Tử Trong Phức Chất

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là một phương pháp vật lý hiện đại và thông dụng dùng để nghiên cứu phức chất. Dữ liệu từ phổ IR cho phép xác định sự tạo thành phức chất và cách phối trí giữa phối tử và ion trung tâm. Nó cũng cho phép xác định kiểu phối trí và độ bền liên kết của kim loại – phối tử. Khi mẫu nghiên cứu hấp thụ năng lượng điện tử có thể dẫn đến các quá trình thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử. Phổ hồng ngoại đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân tử.

2.2. Phân Tích Nhiệt Đánh Giá Độ Bền Nhiệt Của Phức Chất Đất Hiếm

Phương pháp phân tích nhiệt được sử dụng để nghiên cứu sự thay đổi về khối lượng và nhiệt độ của mẫu khi nung nóng. Kết quả phân tích nhiệt cung cấp thông tin về độ bền nhiệt của phức chất, sự phân hủy của các thành phần, và sự hình thành các sản phẩm trung gian. Giản đồ nhiệt giúp xác định các giai đoạn phân hủy của phức chất, từ đó suy ra cấu trúc và thành phần của chúng. Theo tài liệu gốc, kết quả phân tích nhiệt của các phức chất La(Benz)3Phen, Nd(Benz)3Phen, và Sm(Benz)3Phen được trình bày.

2.3. Phổ Huỳnh Quang Nghiên Cứu Khả Năng Phát Sáng Của Phức Chất

Phổ huỳnh quang là một phương pháp nhạy được sử dụng để nghiên cứu khả năng phát sáng của các phức chất đất hiếm. Các ion đất hiếm, đặc biệt là Eu3+ và Tb3+, có khả năng phát quang đặc trưng khi được kích thích bằng ánh sáng. Việc nghiên cứu phổ huỳnh quang giúp xác định các bước sóng phát xạ, cường độ phát quang, và thời gian sống của trạng thái kích thích. Thông tin này rất quan trọng trong việc đánh giá tiềm năng ứng dụng của phức chất đất hiếm trong các thiết bị phát quang và cảm biến. Phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất Nd(Benz)3Phen và Sm(Benz)3Phen được ghi nhận trong tài liệu.

III. Hướng Dẫn Tổng Hợp Phức Chất Benzoat và 1 10 Phenantrolin

Quá trình tổng hợp phức chất benzoate và 1,10-phenantrolin của nguyên tố đất hiếm nhẹ thường bắt đầu bằng việc chuẩn bị các dung dịch muối của nguyên tố đất hiếm. Sau đó, dung dịch benzoat và 1,10-phenantrolin được thêm vào theo tỷ lệ thích hợp. Phản ứng thường được thực hiện trong dung môi hữu cơ, với kiểm soát chặt chẽ pH và nhiệt độ. Kết tủa tạo thành được lọc, rửa sạch và sấy khô để thu được phức chất. Điều kiện phản ứng, tỷ lệ các chất phản ứng và phương pháp kết tinh có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và chất lượng của phức chất thu được. Cần tối ưu hóa các yếu tố này để đạt được kết quả tốt nhất.

3.1. Chuẩn Bị Hóa Chất Đảm Bảo Độ Tinh Khiết Để Tổng Hợp

Việc chuẩn bị hóa chất là bước quan trọng trong quá trình tổng hợp phức chất. Cần sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao để đảm bảo chất lượng của phức chất thu được. Các hóa chất cần chuẩn bị bao gồm muối của nguyên tố đất hiếm (LnCl3), axit benzoic (HBez), 1,10-phenantrolin (Phen), dung dịch EDTA, dung dịch Asenazo III và dung dịch đệm axetat. Theo tài liệu, các dung dịch LnCl3 được chuẩn bị từ oxit tương ứng, và độ pH được điều chỉnh bằng dung dịch đệm axetat.

3.2. Quy Trình Phản Ứng Tối Ưu Tỷ Lệ và Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng tổng hợp phức chất thường được thực hiện bằng cách trộn các dung dịch chứa các thành phần phản ứng theo tỷ lệ thích hợp. Tỷ lệ mol giữa ion đất hiếm, benzoat, và 1,10-phenantrolin cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất. Điều kiện phản ứng như nhiệt độ, pH, và thời gian phản ứng cũng có ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp. Theo tài liệu, phản ứng thường được thực hiện ở pH ≈ 5 và nhiệt độ phòng, kết tủa được lọc, rửa sạch và sấy khô để thu được phức chất.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Tính Chất Phức Chất Đánh Giá và Thảo Luận

Nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử cho thấy sự hình thành các liên kết phối trí giữa các ion kim loại và các phối tử hữu cơ. Phổ IR xác nhận sự có mặt của nhóm benzoat và 1,10-phenantrolin trong phức chất. Phân tích nhiệt cho thấy độ bền nhiệt của phức chất, và sự phân hủy của các thành phần. Phổ huỳnh quang cho thấy khả năng phát quang của một số phức chất, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị phát quang. Các kết quả nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc, độ bền và tính chất quang học của phức chất hỗn hợp phối tử.

4.1. Phân Tích Phổ IR Xác Nhận Sự Phối Trí Của Benzoat và Phenantrolin

Kết quả phân tích phổ IR cho thấy sự có mặt của các dải hấp thụ đặc trưng cho nhóm benzoat và 1,10-phenantrolin trong phức chất. Sự thay đổi vị trí và cường độ của các dải hấp thụ này so với các phối tử tự do cho thấy sự phối trí của chúng với ion kim loại. Theo tài liệu gốc, các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các hợp chất được trình bày trong bảng.

4.2. Đánh Giá Độ Bền Nhiệt Ảnh Hưởng Của Thành Phần Đến Độ Bền

Kết quả phân tích nhiệt cho thấy độ bền nhiệt của phức chất phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của chúng. Các phức chất thường phân hủy theo nhiều giai đoạn, bắt đầu bằng sự mất nước và tiếp theo là sự phân hủy của các phối tử hữu cơ. Giản đồ phân tích nhiệt cung cấp thông tin về nhiệt độ phân hủy của từng thành phần, và năng lượng hoạt hóa cho quá trình phân hủy. Theo tài liệu gốc, kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất được trình bày trong bảng.

4.3. Nghiên Cứu Phổ Khối Lượng Xác Định Cấu Trúc Phân Tử Phức Chất

Phổ khối lượng là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để xác định khối lượng phân tử và cấu trúc của các phân tử. Trong nghiên cứu phức chất, phổ khối lượng có thể cung cấp thông tin về thành phần và cấu trúc của phức chất, cũng như các mảnh ion được tạo thành trong quá trình ion hóa. Điều này có thể giúp xác định các liên kết phối trí và cấu trúc tổng thể của phức chất. Theo tài liệu gốc, các mảnh ion giả thiết trong phổ khối lượng của các phức chất được trình bày trong bảng.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng Phức Chất Đất Hiếm Nhẹ Trong Vật Liệu Mới

Các phức chất của nguyên tố đất hiếm nhẹ có nhiều ứng dụng tiềm năng trong khoa học vật liệu. Khả năng phát quang của một số phức chất có thể được sử dụng trong các thiết bị phát quang, cảm biến, và đánh dấu huỳnh quang sinh học. Độ bền nhiệt và tính chất xúc tác của các phức chất cũng có thể được khai thác trong các ứng dụng khác. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới dựa trên phức chất đất hiếm là một hướng đi đầy hứa hẹn.

5.1. Vật Liệu Phát Quang Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Công Nghệ

Khả năng phát quang của phức chất đất hiếm mở ra tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm đèn LED, màn hình hiển thị, và cảm biến huỳnh quang. Các ion đất hiếm như Eu3+ và Tb3+ có khả năng phát quang với màu sắc đặc trưng, và hiệu suất phát quang cao. Việc kết hợp các ion này vào phức chất có thể tạo ra các vật liệu phát quang với tính chất được điều chỉnh. Theo tài liệu gốc, phổ phát xạ huỳnh quang của phức chất Nd(Benz)3Phen và Sm(Benz)3Phen được ghi nhận.

5.2. Cảm Biến Huỳnh Quang Ứng Dụng Trong Phân Tích và Y Học

Phức chất đất hiếm có thể được sử dụng làm cảm biến huỳnh quang để phát hiện các chất phân tích trong môi trường, thực phẩm, và y học. Sự thay đổi tính chất huỳnh quang của phức chất khi tương tác với chất phân tích có thể được sử dụng để định lượng chất đó. Các cảm biến huỳnh quang dựa trên phức chất đất hiếm có độ nhạy cao, độ chọn lọc tốt, và khả năng hoạt động trong môi trường phức tạp.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Phức Chất Đất Hiếm

Nghiên cứu tính chất phức chất hỗn hợp phối tử benzoate và 1,10-phenantrolin của nguyên tố đất hiếm nhẹ đã cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc, độ bền và tính chất của các phức chất. Các kết quả nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng tiềm năng trong khoa học vật liệu và công nghệ. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa tính chất của phức chất, khám phá các ứng dụng mới, và nghiên cứu các phức chất với các phối tử khác nhau. Nghiên cứu về phức chất đất hiếm sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khoa học và công nghệ.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Chính Về Phức Chất

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp và nghiên cứu tính chất của phức chất hỗn hợp phối tử benzoate và 1,10-phenantrolin của nguyên tố đất hiếm nhẹ. Các phương pháp phân tích hiện đại như phổ IR, phân tích nhiệt, và phổ huỳnh quang đã được sử dụng để xác định cấu trúc, độ bền và tính chất quang học của các phức chất. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng của các phức chất này trong khoa học vật liệu và công nghệ.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Mở Rộng Phạm Vi và Ứng Dụng

Hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc khám phá các phức chất với các phối tử khác nhau, tối ưu hóa tính chất của phức chất cho các ứng dụng cụ thể, và phát triển các phương pháp tổng hợp mới với hiệu suất cao hơn. Việc nghiên cứu các phức chất nano và các vật liệu composite chứa phức chất đất hiếm cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu về động học và nhiệt động lực học của quá trình tạo phức để hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng và ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau.

Tổng quan nghiên cứu

Nguyên tố đất hiếm (NTĐH) nhẹ như La, Nd, Sm thuộc nhóm lantanit có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ nhờ khả năng tạo phức đa dạng với các phối tử hữu cơ và vô cơ. Theo ước tính, các phức chất của NTĐH với axit cacboxylic và 1,10-phenantrolin có tiềm năng ứng dụng lớn trong khoa học vật liệu, môi trường, y học và công nghệ sinh học. Tuy nhiên, nghiên cứu về phức chất hỗn hợp phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin của các NTĐH nhẹ còn hạn chế, đặc biệt về tính chất hóa học và phát quang.

Mục tiêu của luận văn là tổng hợp và nghiên cứu tính chất của các phức chất hỗn hợp phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin của La(III), Nd(III), Sm(III). Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn năm 2020 tại Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, với phạm vi tập trung vào các phức chất rắn tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp dữ liệu về cấu trúc, tính bền nhiệt và khả năng phát huỳnh quang của các phức chất, góp phần mở rộng hiểu biết về hóa học phức chất hỗn hợp của NTĐH, đồng thời tạo nền tảng cho ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học vật liệu và phát quang sinh học.

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:

• Cấu trúc và tính chất của nguyên tố đất hiếm (NTĐH): Các NTĐH nhẹ La, Nd, Sm có cấu hình electron đặc trưng với lớp 4f, ảnh hưởng đến khả năng tạo phức và tính chất hóa học. Hiện tượng "co lantanit" làm giảm bán kính ion Ln3+ theo chiều tăng số hiệu nguyên tử, ảnh hưởng đến lực hút tĩnh điện giữa ion và phối tử.

• Khả năng tạo phức của NTĐH: Các ion Ln3+ có số phối trí cao, thường từ 8 đến 12, tạo phức bền với các phối tử hữu cơ như axit cacboxylic (benzoat) và bazơ dị vòng (1,10-phenantrolin). Hiệu ứng chelat và tương tác ion - phối tử là cơ sở cho sự ổn định của phức chất.

• Phương pháp nghiên cứu phức chất rắn: Sử dụng phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) để xác định liên kết phối trí, phân tích nhiệt (TG-DTA) để đánh giá độ bền nhiệt, phổ khối lượng (MS) để xác định cấu trúc phân tử và phổ phát xạ huỳnh quang (PL) để khảo sát khả năng phát quang của phức chất.

Các khái niệm chính bao gồm: phối tử benzoat (Benz), 1,10-phenantrolin (Phen), phức chất hỗn hợp phối tử, hiệu ứng chelat, số phối trí của ion đất hiếm, và các phương pháp phân tích phổ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các phức chất tổng hợp trong phòng thí nghiệm từ oxit La2O3, Nd2O3, Sm2O3 với phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin theo tỉ lệ mol 1:3:1. Quy trình tổng hợp gồm hòa tan oxit trong HCl, chuẩn bị dung dịch phối tử trong etanol, trộn và khuấy ở 60°C, giữ pH 4-5, thu kết tủa phức chất với hiệu suất 80-85%.

Phân tích hàm lượng ion đất hiếm bằng chuẩn độ complexon với EDTA và chỉ thị Asenazo III, thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình. Phân tích cấu trúc và tính chất bằng các phương pháp: phổ hấp thụ hồng ngoại (400-4000 cm-1), phân tích nhiệt TG-DTA (nhiệt độ từ phòng đến 1000°C, tốc độ 10°C/phút), phổ khối lượng LC/MS (nguồn ion ESI), và phổ phát xạ huỳnh quang (kích thích bước sóng 355 nm cho Nd, 480 nm cho Sm).

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm ba phức chất La(Benz)3Phen, Nd(Benz)3Phen, Sm(Benz)3Phen. Phương pháp chọn mẫu là tổng hợp có kiểm soát trong phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo tính đồng nhất và tái lập. Phân tích dữ liệu sử dụng so sánh lý thuyết và thực nghiệm, đối chiếu phổ và giản đồ nhiệt để xác định cấu trúc và tính chất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công phức chất hỗn hợp phối tử: Ba phức chất La(Benz)3Phen, Nd(Benz)3Phen, Sm(Benz)3Phen được tổng hợp với hiệu suất 80-85%, hàm lượng ion đất hiếm thực nghiệm đạt 20,43% (La), phù hợp với giá trị lý thuyết 20,57%. Điều này xác nhận công thức phân tử và thành phần phức chất.

2. Phổ hấp thụ hồng ngoại xác nhận liên kết phối trí: Các dải hấp thụ đặc trưng của nhóm -COO- dịch chuyển từ 1687 cm-1 (axit benzoic tự do) xuống khoảng 1600 cm-1 trong phức chất, chứng tỏ sự phối trí qua nguyên tử oxy. Dải C=N của 1,10-phenantrolin dịch chuyển từ 1585 cm-1 xuống 1556-1560 cm-1, xác nhận phối trí qua hai nguyên tử nitơ. Các dải dao động Ln-O xuất hiện ở 551-557 cm-1, khẳng định liên kết kim loại - phối tử.

3. Phân tích nhiệt cho thấy độ bền nhiệt thấp: Giản đồ TG-DTA cho thấy phức chất mất nước hydrat ở 75-80°C (mất khối lượng 5-6%), phân hủy chính ở 160-420°C và 420-1000°C với sản phẩm cuối cùng là oxit đất hiếm Ln2O3. Độ bền nhiệt tương tự giữa ba phức chất, phù hợp với cấu trúc hỗn hợp phối tử.

4. Phổ khối lượng xác định cấu trúc phân tử: Các ion phân tử monome [Ln(Benz)3Phen + H]+ có m/z lần lượt 683 (La), 688 (Nd), 694 (Sm). Các mảnh ion [Ln(Benz)3 + H]+ và [Phen + H]+ cũng được phát hiện với cường độ cao, chứng tỏ phức chất tồn tại ở dạng monome với số phối trí 8.

5. Khả năng phát huỳnh quang mạnh: Phức chất Nd(Benz)3Phen phát xạ mạnh ở bước sóng 393 nm khi kích thích 355 nm, tương ứng chuyển dời 4F3/2 → 4I9/2. Phức chất Sm(Benz)3Phen phát xạ ở các bước sóng 562, 596, 645, 702 nm khi kích thích 480 nm, với cường độ cao nhất ở 596 nm (màu cam) và 645 nm (màu đỏ). Phổ phát xạ sắc nét, cho thấy hiệu quả truyền năng lượng từ phối tử sang ion Ln3+.

Thảo luận kết quả

Sự dịch chuyển các dải hấp thụ IR so với phối tử tự do chứng tỏ sự phối trí bền vững qua nguyên tử oxy của benzoat và nguyên tử nitơ của 1,10-phenantrolin, phù hợp với lý thuyết về hiệu ứng chelat và tương tác ion - phối tử. Độ bền nhiệt thấp phản ánh tính chất kém bền nhiệt của phức chất hỗn hợp, tương tự các nghiên cứu trước về phức chất cacboxylat đất hiếm.

Phổ khối lượng xác nhận cấu trúc monome với số phối trí 8, phù hợp với các nghiên cứu về số phối trí cao của ion đất hiếm trong phức chất hữu cơ. Khả năng phát huỳnh quang mạnh và sắc nét của phức chất cho thấy phối tử hỗn hợp tạo trường phối tử hiệu quả, tăng cường truyền năng lượng kích thích đến ion Ln3+, mở ra tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang và đánh dấu sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ IR so sánh phối tử tự do và phức chất, giản đồ TG-DTA thể hiện các giai đoạn phân hủy, phổ khối lượng với các pic ion mảnh, và phổ phát xạ huỳnh quang minh họa các dải phát xạ đặc trưng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu tổng hợp phức chất hỗn hợp phối tử: Thực hiện tổng hợp với các phối tử khác có dung lượng phối trí lớn để tăng độ bền nhiệt và hiệu suất phát quang, nhằm nâng cao chất lượng vật liệu phát quang. Thời gian thực hiện 1-2 năm, chủ thể là các nhóm nghiên cứu hóa học vật liệu.

2. Phát triển ứng dụng phức chất trong cảm biến huỳnh quang: Khai thác khả năng phát huỳnh quang sắc nét của phức chất để thiết kế cảm biến sinh học hoặc môi trường, tập trung vào độ nhạy và chọn lọc. Thời gian 2-3 năm, phối hợp giữa khoa học vật liệu và công nghệ sinh học.

3. Nghiên cứu cơ chế truyền năng lượng phối tử - ion đất hiếm: Sử dụng kỹ thuật quang phổ thời gian và mô phỏng lý thuyết để hiểu sâu hơn về quá trình truyền năng lượng, từ đó tối ưu hóa cấu trúc phức chất. Thời gian 1-2 năm, chủ yếu do các phòng thí nghiệm chuyên sâu thực hiện.

4. Tăng cường độ bền nhiệt của phức chất: Thử nghiệm các phương pháp biến đổi cấu trúc phối tử hoặc pha trộn với vật liệu khác để cải thiện độ bền nhiệt, mở rộng phạm vi ứng dụng trong điều kiện nhiệt độ cao. Thời gian 1-2 năm, do các nhóm nghiên cứu hóa học ứng dụng đảm nhận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa học phức chất: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về tổng hợp, cấu trúc và tính chất của phức chất hỗn hợp phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin với NTĐH, hỗ trợ phát triển nghiên cứu chuyên sâu.

2. Chuyên gia vật liệu phát quang: Thông tin về khả năng phát huỳnh quang mạnh và sắc nét của phức chất giúp thiết kế vật liệu phát quang mới cho ứng dụng trong cảm biến và đánh dấu sinh học.

3. Giảng viên và sinh viên ngành hóa học vô cơ: Tài liệu tham khảo thực nghiệm và lý thuyết về phương pháp phân tích phổ, phân tích nhiệt và phổ khối lượng, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

4. Doanh nghiệp công nghệ sinh học và vật liệu: Cơ sở để phát triển sản phẩm mới dựa trên phức chất NTĐH có tính chất phát quang, ứng dụng trong y học, môi trường và công nghệ sinh học tế bào.

Câu hỏi thường gặp

1. Phức chất hỗn hợp phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin có ưu điểm gì?
   Phức chất này kết hợp hiệu ứng chelat của benzoat và khả năng phối trí mạnh của 1,10-phenantrolin, tạo liên kết bền vững với ion đất hiếm, tăng cường khả năng phát huỳnh quang và ổn định cấu trúc.

2. Tại sao chọn La, Nd, Sm trong nghiên cứu?
   Ba nguyên tố này thuộc nhóm đất hiếm nhẹ, có cấu hình electron đặc trưng và phổ phát quang đa dạng, phù hợp để khảo sát ảnh hưởng phối tử hỗn hợp đến tính chất phức chất.

3. Phương pháp phân tích nhiệt giúp gì cho nghiên cứu?
   Phân tích nhiệt xác định độ bền nhiệt, các giai đoạn mất nước và phân hủy phức chất, từ đó đánh giá tính ổn định và khả năng ứng dụng trong điều kiện nhiệt độ khác nhau.

4. Khả năng phát huỳnh quang của phức chất được đo như thế nào?
   Sử dụng phổ phát xạ huỳnh quang với bước sóng kích thích phù hợp (355 nm cho Nd, 480 nm cho Sm), đo cường độ và bước sóng phát xạ để xác định hiệu suất và màu sắc phát quang.

5. Ứng dụng tiềm năng của các phức chất này là gì?
   Phức chất có thể dùng trong vật liệu phát quang, cảm biến sinh học, đánh dấu huỳnh quang trong y học và công nghệ sinh học, nhờ khả năng phát xạ sắc nét và ổn định.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công ba phức chất hỗn hợp phối tử benzoat và 1,10-phenantrolin của La(III), Nd(III), Sm(III) với công thức phân tử Ln(Benz)3Phen.
• Phổ hấp thụ hồng ngoại và phổ khối lượng xác nhận sự phối trí qua nguyên tử oxy của benzoat và nguyên tử nitơ của 1,10-phenantrolin, ion đất hiếm có số phối trí 8.
• Phân tích nhiệt cho thấy phức chất ở dạng hydrat, kém bền nhiệt, phân hủy thành oxit đất hiếm ở nhiệt độ cao.
• Phức chất phát huỳnh quang mạnh với các dải phát xạ sắc nét, chịu ảnh hưởng lớn của trường phối tử hỗn hợp.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu phát quang và ứng dụng trong cảm biến sinh học, đề xuất các bước tiếp theo gồm mở rộng phối tử, nghiên cứu cơ chế truyền năng lượng và cải thiện độ bền nhiệt.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm tiếp tục khai thác tiềm năng của phức chất hỗn hợp phối tử NTĐH trong các ứng dụng khoa học và công nghệ.