Tổng hợp và khảo sát các tham số ảnh hưởng đến tính chất quang của các hạt Nano bạc

Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 54 , 04 – 2018 187
TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN 
TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BẠC 
Vũ Xuân Hòa1*, Phạm Thị Thu Hà2, Hà Duy Hiền1 
Tóm tắt: Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào tổng hợp các hạt nano bạc 
hình cầu (AgNPs) bằng phương pháp hóa khử: sử dụng tri-natri citrat (TSC) khử 
bạc nitrat (AgNO3) và khảo sát các tham số ảnh hưởng đến tính chất quang của các 
mẫu chế tạo được. TSC hoạt động như một chất khử và chất ổn định. Kích thước và 
tính chất quang học của các AgNPs được đo đạc bằng quang phổ hấp thụ UV-vis, 
kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 
(FTIR) và phân tích nhiễu xạ tia X (XRD). Ảnh TEM cho thấy kích thước trung bình 
của các hạt nano bạc khoảng 40 nm đối với mẫu có tỷ lệ mol TSC/AgNO3 =5:1. Từ 
phổ XRD cho thấy các hạt nano bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC). Kết quả 
thu được chỉ ra rằng, các hạt nano bạc được tổng hợp (AgNPs) có dạng tựa cầu và 
phân tán tốt trong nước. 
Từ khóa: Tổng hợp, Nano bạc, TEM, Phổ hấp thụ UV-vis, Nhiễu xạ tia X, FTIR. 
 1. GIỚI THIỆU 
Gần đây, các hạt nano bạc (AgNPs) được ứng dụng ngày càng nhiều trong các 
lĩnh vực khác nhau và đặc biệt là trong lĩnh vực y-sinh học và môi trường [1-4]. 
Nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu tính chất quang, điện, nhiệt, đánh dấu 
sinh học, vận chuyển thuốc, liệu pháp ung thư và khả năng hiện ảnh của chúng [5-
9]. Do tính chất quang học đặc biệt của AgNPs liên quan đến sự cộng hưởng 
plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) mà chúng nhận được sự quan tâm lớn của các nhà 
khoa học và đã được ứng dụng trong: tác nhân kháng khuẩn, sản phẩm công 
nghiệp và chăm sóc sức khoẻ, bảo quản các sản phẩm tiêu dùng, lớp phủ thiết bị y 
tế, cảm biến quang học [10]. Các tính chất nội tại của các cấu trúc nano kim loại có 
thể được điều chỉnh bằng cách điều khiển kích thước, hình dạng, thành phần, độ 
kết tinh và cấu trúc của chúng tùy thuộc vào điều kiện thực nghiệm [11]. Có một 
số phương pháp có thể chế tạo hạt AgNPs: phương pháp vật lý, phương pháp hóa 
học và phương pháp sinh học [12]. Cách tiếp cận từ phương pháp khử hóa học 
thường được sử dụng để tổng hợp AgNPs vì tiết kiệm thời gian và chi phí. Ngày 
nay, các phân tử có thể hoạt động đồng thời như một tác nhân khử và tác nhân ổn 
định luôn được ưu tiên sử dụng. Điều này có thể cho phép kiểm soát tốt hơn các 
thông số phản ứng và giảm các bước trung gian tham gia vào việc tổng hợp các 
AgNPs [13]. Việc khảo sát các tham số ảnh hưởng đến chất lượng hạt nano bạc là 
rất cần thiết được nghiên cứu. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng một phương pháp chế tạo nhanh, khá 
đơn giản và rẻ để tổng hợp các hạt nano bạc với LSPR cao và có khả năng kháng 
khuẩn tốt trong tương lai. Đó là phương pháp hóa khử sử dụng tri-natri citrat 
(TSC), TSC hoạt động đồng thời như là chất khử và chất ổn định. Sự ảnh hưởng 
của một số tham số (tỷ lệ mol TSC/AgNO3, thời gian phản ứng và độ pH) đã được 
nghiên cứu khảo sát, từ đó tìm ra quy trình và thông số tối ưu cho phép tạo ra các 
AgNPs ổn định trong nước và độ bền quang cao. Các đặc trưng và tính chất của 
các hạt AgNPs được khảo sát bằng quang phổ hấp thụ UV-Vis; kính hiển vi điện tử 
truyền qua (TEM); Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và phân tích 
nhiễu xạ tia X (XRD). 
Vật lý 
V. X. Hòa, P. T. T. Hà, H. D. Hiền, “Tổng hợp và khảo sát các tham số ... hạt nano bạc.” 188 
2. THỰC NGHIỆM 
2.1. Hóa chất 
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phương pháp tổng hợp AgNPs, các hóa chất sử 
dụng đều đảm bảo có độ tinh khiết cao (>99%) của hãng Merck, bao gồm: Muối 
bạc nitrat (AgNO3), Trisodium citrate dihydrate (TSC - C6H5Na3O7.2H2O). Các 
hóa chất đều được pha bằng nước khử ion. 
2.2. Tổng hợp nano bạc 
 Trong nghiên cứu này, TSC ngoài việc đóng vai trò là tác nhân khử còn đóng 
vai trò là tác nhân ổn định để ngăn cản sự kết đám của hạt nano trong quá trình 
tổng hợp các hạt nano AgNPs. Quá trình tổng hợp được thực hiện như sau: Đầu 
tiên, dung dịch muối bạc AgNO3 có nồng độ 1mM được khuấy từ mạnh và gia 
nhiệt đến sôi. Tiếp theo, dung dịch TSC được thêm từng giọt vào bình đựng 
AgNO3khi nhiệt độ trong bình phản ứng đã đạt 100
oC. Khi mầu của dung dịch 
chuyển sang hơi vàng nhạt, chứng tỏ đã xảy ra phản ứng khử ion Ag+. Ngừng các 
điều kiện phản ứng và để bình phản ứng nguội dần đến nhiệt độ phòng. 
Các mẫu sau khi chế tạo được bảo quản trong bóng tối và ở nhiệt độ 4oC. Một 
số tham số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp hạt nano bạc được khảo sát nhằm tìm 
ra điều kiện tối ưu để ổn định hạt nano với hiệu suất cộng hưởng plasmon cao. 
Phản ứng khử ion Ag+ theo tác giả Pillai Z.S và cộng sự [14] như sau; 
4Ag+ + C6H5O7Na3 + 2H2O → 4Ag
0+ C6H5O7H3 + 3Na
+ + H+ +O2↑ 
Để khảo sát ảnh hưởng của 3 tham số (tỷ lệ mol TCS/AgNO3, thời gian phản 
ứng và pH), đối với mỗi thí nghiệm chỉ một tham số thay đổi còn các tham số khác 
được giữ nguyên. 
2.3. Tính chất của các hạt nano bạc 
Tính chất quang của các hạt nano bạc được phân tích bởi phổ hấp thụ plasmon 
UV-vis (HITACHI-U2900, Japan). Thiết bị hoạt động ở nhiệt độ phòng và sử 
dụng phổ kế UV-vis hai chùm tia (bước sóng quét từ 300-600nm). Hình thái bề 
mặt và kích thước AgNPs được quan sát dưới kính hiển vi truyền qua (TEM) có số 
hiệu JEM-1010 (JEOL) ở điện thế 80 kV. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi 
Fourier (FTIR) để phân tích các nhóm chức năng của AgNPs. Cấu trúc tinh thể của 
hạt nano bạc được phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia X (Siemens D5005) phát ra từ 
CuKa có bước sóng λ = 1.5417Å. 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của 3 tham số đối với quá trình tổng hợp các 
hạt nano bạc, ảnh hưởng cụ thể của từng tham số được trình bày cụ thể sau đây. 
3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol TSC/AgNO3 
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng chất khử, tiến hành làm 7 thí 
nghiệm riêng rẽ, với tỷ lệ mol giữaTSC/AgNO3 lần lượt: 2:1; 3,5:1; 5:1; 8:1; 15:1; 
20:1 và