Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposit cacbon α-Fe2O3-Ag và ứng dụng trong cảm biến điện hóa

• Tác giả: Ths. Hồ Văn Minh Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Cường
• Trường học: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposit Cacbon/α-Fe2O3/Ag và ứng dụng cảm biến điện hóa xác định đồng thời các chất hữu cơ Uric, Xanthin và Hypoxanthin
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU BÁN DẪN NANO OXIT SẮT CẤU TRÚC TRẬT TỰ
• 1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu nano oxit sắt
• 1.2. Tính chất từ của vật liệu nano oxit sắt
• 1.3. Định nghĩa, phân loại và cách đặt tên vật liệu oxit sắt cấu trúc trật tự
• 1.4. Tổng hợp vật liệu oxit sắt cấu trúc trật tự
• 1.4.1. Phương pháp khung mềm (soft-templating)
• 1.4.2. Phương pháp khung cứng (hard templating)
• 1.5. Vật liệu nano kim loại quý (Au, Ag, …)
• 1.5.1. Giới thiệu vật liệu nano kim loại quý (Au, Ag, …)
• 1.5.2. Tính chất của vật liệu nano kim loại quý (Au, Ag, …)
• 1.5.3. Cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR)
• 1.5.4. Sự phát quang
• 1.6. Các phương pháp tổng hợp nano quý
• 1.6.1. Phương pháp vật lý
• 1.6.2. Phương pháp sinh học
• 1.7. Ứng dụng làm vật liệu kháng khuẩn
• 1.8. Ứng dụng làm xúc tác và cảm biến điện hóa
• 1.9. Vật liệu nanocomposit oxit sắt cấu trúc trật tự và ứng dụng
• 1.9.1. Ứng dụng vật liệu nanocomposit oxit sắt cấu trúc trật tự trong phân tích điện hóa
• 2. XÁC ĐỊNH AXIT URIC (UA), XANTHIN (XT), HYPOXANTHIN (HP)
• 2.1. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ
• 2.2. Quy trình tiến hành
• 2.3. Tổng hợp vật liệu nanocomposit cacbon@α-Fe2O3/Ag
• 2.4. Chuẩn bị điện cực làm việc
• 2.5. Chuẩn bị dung dịch vật liệu biến tính
• 2.6. Các phương pháp phân tích hóa lý
• 2.6.1. Phương pháp phân tích điện hóa
• 2.6.2. Phương pháp von-ampe vòng
• 2.6.3. Phương pháp von-ampe hòa tan anot
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định cấu trúc của vật liệu
• 3.1.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và bản đồ phân bố các nguyên tố (EM)
• 3.1.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.1.4. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
• 3.1.5. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ nitrogen
• 3.2. Nghiên cứu chế tạo và đặc tính điện hóa của các loại điện cực
• 3.2.1. Lựa chọn điện cực làm việc
• 3.2.2. Diện tích hiệu dụng của các điện cực
• 3.2.3. Nghiên cứu quá trình điện hóa trên bề mặt điện cực
• 3.2.4. Khảo sát dung dịch đệm pH
• 3.2.5. Khảo sát tốc độ quyét
• 3.2.6. Độ bền, độ lặp lại, khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện
• 3.2.6.1. Độ ổn định của dòng đỉnh hòa tan
• 3.2.6.2. Độ lặp lại của dòng đỉnh hòa tan
• 3.2.6.3. Khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu nanocomposit cacbon α Fe2O3 Ag

Vật liệu nanocomposit cacbon α-Fe2O3-Ag đang thu hút sự chú ý trong nghiên cứu cảm biến điện hóa. Sự kết hợp giữa cacbon, oxit sắt và bạc tạo ra một vật liệu có tính chất điện hóa vượt trội. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển một cảm biến điện hóa hiệu quả để xác định đồng thời các chất hữu cơ như axit uric, xanthin và hypoxanthin. Việc sử dụng vật liệu nanocomposit không chỉ cải thiện độ nhạy mà còn tăng cường độ chọn lọc trong phân tích hóa học.

1.1. Đặc điểm của vật liệu nanocomposit cacbon

Vật liệu nanocomposit cacbon có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng tiếp xúc với các chất phân tích. Cacbon có khả năng dẫn điện tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng điện hóa diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.

1.2. Vai trò của α Fe2O3 và Ag trong cảm biến

α-Fe2O3 đóng vai trò là chất xúc tác trong quá trình điện hóa, trong khi bạc (Ag) giúp tăng cường độ nhạy của cảm biến. Sự kết hợp này tạo ra một hiệu ứng hiệp lực, giúp cải thiện khả năng phát hiện các chất hữu cơ trong mẫu.

II. Thách thức trong việc phát triển cảm biến điện hóa

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong công nghệ cảm biến, việc phát triển cảm biến điện hóa hiệu quả vẫn gặp nhiều thách thức. Đặc biệt, độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến đối với các chất hữu cơ như axit uric, xanthin và hypoxanthin vẫn cần được cải thiện. Các yếu tố như độ ổn định của điện cực và khả năng tái sử dụng cũng là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến

Độ nhạy của cảm biến điện hóa phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của vật liệu. Việc tối ưu hóa các thông số như kích thước hạt, diện tích bề mặt và tính dẫn điện là rất quan trọng để đạt được độ nhạy cao.

2.2. Tính ổn định và khả năng tái sử dụng

Tính ổn định của điện cực là yếu tố quyết định đến hiệu suất của cảm biến. Cần có các nghiên cứu để cải thiện khả năng tái sử dụng của điện cực mà không làm giảm hiệu suất phân tích.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposit cacbon α Fe2O3 Ag

Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposit cacbon α-Fe2O3-Ag bao gồm nhiều bước, từ việc tổng hợp cacbon đến việc phủ α-Fe2O3 và bạc lên bề mặt cacbon. Quy trình này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, giúp tạo ra vật liệu có tính chất điện hóa tốt.

3.1. Tổng hợp vật liệu cacbon hình cầu

Sử dụng D-glucose trong quá trình thủy nhiệt để tổng hợp vật liệu cacbon hình cầu với kích thước micromet. Phương pháp này giúp tạo ra các hạt cacbon đồng đều và có cấu trúc xốp.

3.2. Phủ α Fe2O3 và Ag lên bề mặt cacbon

Sau khi tổng hợp cacbon, α-Fe2O3 được phủ lên bề mặt cacbon để tạo thành vật liệu cacbon/α-Fe2O3. Tiếp theo, bạc được khử trên bề mặt này để tạo ra nanocomposit cacbon/α-Fe2O3/Ag.

IV. Ứng dụng của cảm biến điện hóa trong phân tích hóa học

Cảm biến điện hóa sử dụng vật liệu nanocomposit cacbon α-Fe2O3-Ag có khả năng xác định đồng thời axit uric, xanthin và hypoxanthin với độ nhạy và độ chọn lọc cao. Việc ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện quy trình phân tích mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu hóa học phân tích.

4.1. Phân tích đồng thời các chất hữu cơ

Cảm biến điện hóa cho phép xác định đồng thời ba chất hữu cơ, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phân tích. Điều này đặc biệt quan trọng trong các nghiên cứu y sinh và thực phẩm.

4.2. Đánh giá hiệu suất của cảm biến

Kết quả nghiên cứu cho thấy cảm biến có độ ổn định và độ lặp lại cao, với giới hạn phát hiện thấp, cho phép phát hiện chính xác các chất hữu cơ trong mẫu.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về vật liệu nanocomposit cacbon α-Fe2O3-Ag đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực cảm biến điện hóa. Các kết quả đạt được cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của vật liệu này trong phân tích hóa học. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hơn nữa tính năng của cảm biến và mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác.

5.1. Tiềm năng ứng dụng trong y sinh

Cảm biến điện hóa có thể được ứng dụng trong việc theo dõi nồng độ axit uric trong máu, giúp phát hiện sớm bệnh gout và các rối loạn liên quan đến chuyển hóa purine.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần nghiên cứu thêm về khả năng cảm biến trong các mẫu thực phẩm và y sinh học, nhằm đánh giá hiệu quả thực tế của vật liệu nanocomposit trong các ứng dụng khác nhau.