Đồ án tốt nghiệp: Tổng hợp và khảo sát tính chất vật liệu Carbon Dots đồng pha tạp N sử dụng tủ sấy đối lưu

Carbon Dots (CDs) là một loại vật liệu nano carbon mới, được phát hiện lần đầu vào năm 2004. Chúng có kích thước nhỏ, thường từ 2-10 nm, và có khả năng phát quang mạnh mẽ. CDs được tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, trong đó có thể kể đến các hợp chất như Copper Acetylacetonate (Cu-Complex) và Para Aminosalicylic Acid (PAS). Việc pha tạp nitrogen vào cấu trúc của CDs không chỉ cải thiện tính chất quang học mà còn nâng cao khả năng dẫn điện và tính ổn định của chúng. Sự phát triển của CDs đã mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như cảm biến hóa học, quang điện và y học. Theo nghiên cứu, việc điều chỉnh kích thước và thành phần nguyên tố trong CDs có thể tạo ra các sản phẩm với tính chất quang học khác nhau, từ đó phục vụ cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau.

Phương pháp nhiệt phân pha rắn (solid-phase pyrolysis) là một trong những phương pháp hiệu quả để tổng hợp CDs. Trong nghiên cứu này, các hợp chất như Cu-Complex và PAS được sử dụng làm nguyên liệu chính. Nhiệt độ phản ứng được điều chỉnh ở mức 170°C, thời gian phản ứng cũng được khảo sát để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Kết quả cho thấy, CDs tổng hợp có kích thước trung bình khoảng 5 nm và có thành phần nitrogen đáng kể. Các phương pháp phân tích như TEM, DLS, XPS và FTIR được sử dụng để xác định kích thước, hình dạng và thành phần hóa học của CDs. Việc sử dụng phương pháp nhiệt phân không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, đồng thời cho ra sản phẩm có chất lượng cao.

Tính chất quang học của CDs được khảo sát thông qua các phương pháp như quang phổ hấp thụ UV-Vis và quang phổ phát huỳnh quang (PL). Kết quả cho thấy, CDs pha nitrogen có đỉnh phát quang tại 495 nm khi kích thích ở bước sóng 343 nm, với hiệu suất phát quang đạt 30%. Sự hiện diện của nitrogen trong cấu trúc của CDs đã làm tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu suất phát quang. Điều này mở ra khả năng ứng dụng CDs trong các lĩnh vực như cảm biến hóa học và mực phát quang. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh kích thước và thành phần của CDs có thể tạo ra các sản phẩm với tính chất quang học khác nhau, từ đó phục vụ cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau.

CDs có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng được sử dụng làm cảm biến hóa học để phát hiện các ion kim loại nặng trong môi trường. Ngoài ra, CDs cũng được ứng dụng trong lĩnh vực y học, đặc biệt là trong việc phát hiện và điều trị bệnh. Tính chất phát quang của CDs cho phép chúng được sử dụng làm mực phát quang trong các sản phẩm tiêu dùng. Hơn nữa, với khả năng tương thích sinh học tốt, CDs có thể được ứng dụng trong các nghiên cứu về tế bào và mô. Việc phát triển và ứng dụng CDs không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống.

Nghiên cứu về tổng hợp và khảo sát tính chất của vật liệu Carbon Dots pha tạp nitrogen bằng phương pháp nhiệt phân pha rắn đã chỉ ra rằng, CDs có tiềm năng lớn trong nhiều ứng dụng khác nhau. Việc pha tạp nitrogen không chỉ cải thiện tính chất quang học mà còn nâng cao khả năng dẫn điện và tính ổn định của CDs. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về phát triển và ứng dụng của CDs trong các lĩnh vực công nghệ cao. Sự phát triển của CDs hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nano.