Nghiên Cứu Về Ứng Dụng Au Trong Khoa Học Tự Nhiên
Nghiên cứu tổng hợp cu2o, cu2o au nano và ứng dụng của chúng trong luận văn thạc sĩ tại VNU LVTS08W. Khám phá tiềm năng công nghệ mới.
Trường đại học
Đại học Quốc gia Hà NộiChuyên ngành
Khoa học tự nhiênNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Luận vănPhí lưu trữ
35 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng Vàng Au Trong Khoa Học
Ngày nay, thuật ngữ “nano” không còn xa lạ. Công nghệ nano đã trở thành vấn đề thời sự, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học. Công nghệ nano là bước tiến vượt bậc, cho phép tạo ra vật liệu mới với tính năng tưởng chừng không thể. Nó tham gia và tạo sự đột phá trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng như điện, hóa học, mỹ phẩm, nhựa, cơ khí. Có thể kể đến một vài thành tựu của khoa học nano và công nghệ nano như: công nghiệp điện tử, quang tử (các linh kiện chấm lượng tử, vi xử lý tốc độ nhanh, linh kiện lưu giữ thông tin…), năng lượng (pin mặt trời, pin liti), y – sinh học và nông nghiệp (thuốc chữa bệnh nano, mô nhân tạo…), hàng không – vũ trụ - quân sự (vật liệu siêu nhẹ, siêu bền, chịu bức xạ…).
1.1. Vật Liệu Nano Vai Trò Của Đồng I Oxit Cu2O
Đồng (I) oxit (Cu2O) nano là một trong những vật liệu nano có tính chất đặc biệt. Cu2O nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm bộ cảm biến áp suất oxit màng mỏng, pin mặt trời màng mỏng, chất bán dẫn loại p, nguyên liệu cho công nghệ dược phẩm và thiết bị y tế. Cu2O có tính chất bán dẫn loại p, năng lượng vùng cấm thấp, hứa hẹn cho chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện và hóa học.
1.2. Vàng Nano Au Ứng Dụng Đột Phá Trong Khoa Học Hiện Đại
Vàng nano (Au) là vật liệu có nhiều tính chất ưu việt. Au nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: làm điện cực, pin mặt trời silicon, làm bộ cảm biến. Đặc biệt nó có ứng dụng to lớn trong lĩnh vực sinh, y học như hỗ trợ trong điều trị ung thư, có khả năng cố định các nguyên tử sinh học (kháng nguyên, kháng thể), vì vậy Au nano được dùng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa.
II. Nghiên Cứu Cấu Trúc Dị Thể Au Cu2O Tiềm Năng Ứng Dụng
Khi kết hợp Cu2O và Au nano ở dạng cấu trúc dị thể sẽ tạo ra vật liệu có một số tính chất vượt trội hơn do cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au – Cu2O thể hiện tính năng cộng sinh mà rất khó có ở dạng đơn lẻ. Ví dụ như khả năng xúc tác, dẫn điện, cảm biến của nhân vỏ Au – Cu2O nano tốt hơn nhiều so với từng dạng đơn lẻ Au và Cu2O. Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu tổng hợp một số dạng Cu2O, Cu2O/Au nano và khả năng ứng dụng của chúng” với các nội dung cụ thể như sau:
2.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Tổng Hợp Cấu Trúc Dị Thể Au Cu2O
Tổng hợp cấu trúc dị thể nhân – vỏ Au – Cu2O với hai hình dạng của nhân vàng là hạt nano vàng và thanh nano vàng. Khảo sát khả năng xúc tác của Cu2O, Au – Cu2O nano cho quá trình khử màu dung dịch xanh metylen.
2.2. Cấu Trúc Dị Thể Au Cu2O Ưu Điểm Vượt Trội So Với Vật Liệu Đơn
Cấu trúc dị thể nhân vỏ Au-Cu2O thể hiện tính năng cộng sinh, khó tìm thấy ở dạng đơn lẻ. Khả năng xúc tác, dẫn điện, và cảm biến của nano Au-Cu2O vượt trội so với Au và Cu2O riêng biệt. Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp và khảo sát khả năng ứng dụng của cấu trúc này.
2.3. Ứng Dụng Tiềm Năng Khử Màu Dung Dịch Xanh Metylen
Nghiên cứu tập trung vào khảo sát khả năng xúc tác của Cu2O và Au-Cu2O nano trong quá trình khử màu dung dịch xanh metylen. Đây là một ứng dụng tiềm năng trong xử lý môi trường, tận dụng khả năng xúc tác của vật liệu nano.
III. Phương Pháp Tổng Hợp Cu2O Nano Hướng Dẫn Chi Tiết Nhất
Đồng (I) oxit (Cu2O) rất bền với nhiệt (nóng chảy ở 1240°C), không tan trong nước nhưng tan chậm trong kiềm đặc và NH3 đặc, tan tốt trong dung dịch axit. Cu2O có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương với hằng số mạng a = 4. Mạng tinh thể của Cu2O được tạo thành bởi hai phân mạng: phân mạng Cu kiểu lập phương tâm mặt và phân mạng oxi kiểu lập phương tâm khối. Mỗi ô cơ sở chứa 4 nguyên tử Cu và 2 nguyên tử O, trong đó nguyên tử đồng có số phối trí bằng 2, nguyên tử oxi có số phối trí bằng 4.
3.1. Phương Pháp Kết Tủa Điều Chế Cu2O Nano Dễ Dàng
Cu2O nano dạng bột được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phổ biến nhất là phương pháp kết tủa trong dung môi lỏng. Phương pháp khử trong dung dịch Cu2O có kích cỡ 2 – 18nm được điều chế bằng cách thêm từ từ dung dịch t – BuOH trong tetrahidrofuran (THF) vào dung dịch hỗn hợp CuA2 (A= Cl, CH3COO, (CH3COO)2CH) và NaH trong THF ở 630C.
3.2. Phương Pháp Khử Tạo Cu2O Nano Kích Thước Kiểm Soát
Cu2O nano cũng được tạo ra bằng cách khử Cu2+ trong dung dịch có sử dụng chất hoạt động bề mặt bằng phản ứng của phức đồng (II) clorua với hidrazin N2H4.H2O trong môi trường kiềm ở nhiệt độ phòng. H2O tác dụng với axetamit trong dung môi 6 etylen glycol có sử dụng sóng siêu âm.
3.3. Phương Pháp Đồng Kết Tủa Tạo Hạt Nano Fe Cu2O
Phương pháp đồng kết tủa các tác giả đã tổng hợp được các hạt nano Fe/Cu2O bằng cách khử hỗn hợp CuSO4 và Fe(NO3)3 bằng hidrazin trong môi trường kiềm. Khi thêm 1% Fe vào Cu2O thì độ rộng vùng cấm của mẫu thu được là 1.87eV, còn thêm 2% Fe thì mẫu thu được có độ rộng vùng cấm là 1. Như vậy có sự giảm độ rộng vùng cấm của các mẫu thu được so với Cu2O tinh khiết.
IV. Ứng Dụng Cu2O Nano Xúc Tác Cảm Biến Năng Lượng
Đồng (I) oxit là chất bán dẫn loại p với năng lượng vùng cấm khá thấp nên nó là vật liệu đầy hứa hẹn cho quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng điện và năng lượng hóa học. Cu2O có hệ số hấp phụ quang cao và tính chất quang điện tốt nên được sử dụng trong các thiết bị quang điện với chi phí năng lượng thấp. Sau đây là một số ứng dụng của Cu2O.
4.1. Cu2O Nano Xúc Tác Phân Hủy Nước Hiệu Quả
Ví dụ, Cu2O làm xúc tác cho phản ứng phân hủy nước thành O2 và H2 dưới điều kiện của bức xạ hồng ngoại, ở nhiệt độ phòng khi có mặt WO3. Kết quả cho thấy khi được chiếu sáng bởi ánh sáng khả kiến thì Cu2O thể hiện hoạt tính xúc tác quang hóa trong phản ứng phân hủy nước thành H2 và O2 khi có mặt n- WO3 mạnh hơn nhiều so với khả năng xúc tác khi chỉ có Cu2O.
4.2. Cu2O Nano Xúc Tác Chuyển Hóa CO NOx
Cu2O/Ce còn làm xúc tác cho phản ứng phân hủy metanol thành H2 và CO; Cu2O làm xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa CO thành CO2, NOx thành N2 và O2. Đây là các phản ứng rất có ý nghĩa đối với xử lí khí thải. Nguyên nhân làm cho Cu2O nano có hoạt tính xúc tác tốt hơn Cu2O khối là do diện tích bề mặt của nó lớn.
4.3. Cu2O Nano Xúc Tác Oxy Hóa Muối Thiosunfat
Cu2O còn có khả năng xúc tác cho phản ứng oxi hóa muối thiosunfat, góp phần giải quyết ảnh hưởng bất lợi của các muối thiosunfat trong quá trình tuyển nổi (các muối này sẽ làm cho dung dịch có tính axit, trong khi yêu cầu đối với dung dịch tuyển nổi là có tính kiềm hoặc trung tính.
V. Cu2O Nano Ứng Dụng Trong Cảm Biến và Chuyển Hóa Năng Lượng
Cu2O còn được sử dụng trong cảm biến điện hóa đối với glucozo. Glucozo là một trong những nhiên liệu sinh học giàu năng lượng. Khi bị oxi hóa, nó giải phóng ra 4430Wh/kg, xấp xỉ giá trị năng lượng mà metanol giải phóng ra (6100Wh/kg). Vì vậy glucozo là một trong những nguồn nhiên liệu tốt nhất để sử dụng trong pin nhiên liệu. Mặt khác, glucozo không độc và rẻ tiền nên việc sử dụng trực tiếp gluco trong pin nhiên liệu đang được quan tâm chú ý.
5.1. Cảm Biến Điện Hóa Cu2O Phát Hiện Glucozo
Cu2O đang được nghiên cứu để thay thế các vật liệu trên vì hoạt tính xúc tác cho phản ứng oxi hóa gluco của oxits này cao hơn hẳn. Trong lĩnh vực chuyển hóa năng lượng mặt trời thì các loại màng mỏng có chứa Cu2O được nghiên cứu nhiều vì hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin mặt trời có chứa Cu2O cho giá trị lớn nhất (theo lí thuyết, hiệu suất biến đổi năng lượng của pin mặt trời Cu2O là khoảng 20%).
5.2. Pin Mặt Trời Cu2O Nâng Cao Hiệu Suất Chuyển Đổi
Tuy nhiên, thật khó để đạt được hiệu suất này vì để tạo ra p- Cu2O là rất khó. Pin mặt trời Schottky barrier (SB) với lớp hoạt động Cu/Cu2O được chế tạo bằng phương pháp oxi hóa nhiệt thanh Cu có hiệu suất chuyển hóa 1%. Pin SB với thành phần Ga thêm vào ZnO(GZO)/Cu2O được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng n+ - GZO trên tấm Cu2O bị oxi hóa nhiệt bằng cách hóa hơi hồ quang plasma chân không có hiệu suất chuyển hóa 1%.
05/06/2025
