Luận án Nghiên cứu chế tạo điện cực biến tính trên cơ sở Graphen ứng dụng trong phân tích Ure và Axit Uric
Axit uric (UA) và Ure là các thành phần thường có trong dịch sinh học trong
cơ thể người bởi chúng là sản phẩm cuối của quá trình chuyển hóa sinh hóa của cơ
thể. Các thông số về hàm lượng UA và Ure là một trong số những kênh thông tin
quan trọng giúp theo dõi sự hoạt động của gan và thận. Bệnh tăng huyết áp, bệnh
tim mạch và bệnh gút có liên quan khi nồng độ UA trong huyết thanh và nước tiểu
quá cao (khoảng 420 μ M và 4,43 mM) [ 1]. Tuy nhiên khi UA trong huyết thanh và
nước tiểu thấp hơn 120 μ M và 1,48 mM là dấu hiệu của bệnh thoái hóa thần kinh
[2]. Việc đánh giá tỷ lệ UA/creatinin trong nước tiểu cho phép theo dõi nhanh bệnh
gút, bệnh thận [3], và tính hữu ích trong điều trị một số bệnh như tăng UA máu, suy
thận và bệnh thận do UA cấp tính [4]. Phương pháp sắc ký để xác định đồng thời
UA và ure hiện đang được tiến hành bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao [5] điện di mao
quản vùng [6], sắc ký lỏng khối phổ [7] và sắc ký điện di mao quản điện động học
kiểu micelle [8]. Mặc dù các phương pháp này cho độ chính xác và độ nhạy cao,
nhưng chúng khá phức tạp và đòi hỏi phải có thiết bị. Do đó, sự phát triển của một
phương pháp phân tích nhanh UA và ure thay thế các phương pháp trên là cần thiết.
Trong những thập kỷ qua, kỹ thuật điện hóa là phương pháp được ứng dụng
nhiều nhất do tính đơn giản, chi phí thấp, dễ xử lý, thời gian đáp ứng nhanh, tính di
động và tiêu thụ điện năng thấp [9]. Nhưng UA, DA và AA cùng tồn tại trong dịch
cơ thể, cả ba chất chuyển hóa này đều hoạt động điện hóa và do đó chúng thích hợp
cho các phương pháp điện hóa. Ở các điện cực thông thường, cả UA, DA, AA bị
oxy hóa, các đỉnh vôn – ampe thường trùng nhau nên khó xác định chúng một cách
chọn lọc [10]. Do đó, các điện cực biến tính được chế tạo kết hợp với các vật liệu
nano tạo thành nanocompozit được phát triển trong những năm qua để loại bỏ ảnh
hưởng của AA. Nhờ các kĩ thuật biến tính, người ta có thể tạo ra những cảm biến
có độ chọn lọc, độ nhạy, độ ổn định hay bền vững cao. Gần đây, hướng chế tạo
nanocompozit polyme dẫn và vật liệu nanocacbon được đặc biệt quan tâm và thu
được các kết quả rất khả quan. Graphen là vật liệu mới nhất được phát hiện năm 2004
và nhanh chóng thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của các nhà vật lý, hóa học và khoa2
học vật liệu trong và ngoài nước. Ngay sau khi được phát minh, graphen đã nhanh
chóng được nghiên cứu chế tạo nanocompozit với polyme dẫn và kỳ vọng có được
đặc tính vượt trội nhờ kết hợp các ưu điểm của cả hai vật liệu thành phần. Cho đến
nay, một số điện cực biến tính đã được phát triển để xác định UA, urê bao gồm, các
điện cực paste cacbon [11], ống nano cacbon liên kết [12], Điện cực biến tính đất
sét [13], Điện cực oxi hóa màng kim cương [14], màng sol – gel xêramic kết hợp xanh
methylen trên GCE [15], điện cực biến tính axit ferrocenecarboxylic [16], biến tính β-
cyclodextrin copolyme của axit sulfanilic và N-acetylanilin [17], xử lý điện hóa điện
cực bút chì graphit [18], điện cực GCE biến tính màng polymerized luminol [19], cảm
biến điện hóa graphen pha tạp nitơ [20], graphen/Pt kích thước nano[21], điện cực
enzym dựa trên màng poly (vinyl alcohol) / polyion phức hợp chứa pyruvat oxyaza
[22], điện cực biến tính enzym paste cacbon [23], điện cực biến tính cấu trúc nano
NiO [24], điện cực NiO/Cellulose/CNT để phát hiện ure không enzym [25].
Ở nước ta, trong thời gian gần đây, nghiên cứu chế tạo cảm biến điện hóa và
sinh học để xác định ure và UA đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Các
nghiên cứu chủ yếu nhằm tìm kiếm các vật liệu biến tính để nâng cao chất lượng về
độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định của cảm biến xác định UA và ure. Không nằm
ngoài xu hướng phát triển của hóa học phân tích hiện đại, đề tài “Nghiên cứu chế
tạo điện cực biến tính trên cơ sở graphen ứng dụng trong phân tích ure và axít
uric ” được thực hiện nhằm mục đích chính:
i) Nghiên cứu chế tạo điện cực cảm biến xác định hàm lượng ure, UA với độ
nhạy và độ chọn lọc đáp ứng yêu cầu với mẫu sinh học .
ii) Đánh giá khả năng áp dụng thực tế của cảm biến chế tạo được trên cơ sở
xác định hàm lượng ure, UA trong mẫu sinh học.
Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung nghiên cứu khoa học quan trọng
của luận án được thực hiện gồm:
- Nghiên cứu vật liệu dùng biến tính điện cực để xác định UA bằng phương
pháp điện hóa.
- Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học xác định ure theo nguyên tắc đo
điện thế và đo vôn-ampe.3
- Khảo sát các điều kiện tối ưu nhất cho các điện cực đã chế tạo.
- Sử dụng điện cực mới chế tạo, sử dụng qui trình xây dựng được xác định
hàm lượng ure, UA trong mẫu nước tiểu. Đồng thời đánh giá độ tin cậy của qui
trình phân tích qua độ đúng và độ lặp lại. Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn
định lượng của phương pháp phân tích
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu chế tạo điện cực biến tính trên cơ sở Graphen ứng dụng trong phân tích Ure và Axit Uric
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Bùi Thị Phương Thảo NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH URE VÀ AXIT URIC LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Bùi Thị Phương Thảo NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH URE VÀ AXIT URIC Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã sỗ: 9 44 01 18 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội, 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Bùi Thị Phương Thảo LỜI CẢM ƠN Công trình khoa học này được hoàn thành là nhờ vào sự nỗ lực của bản than tôi cùng quá trình đào tạo và chỉ bảo của các thầy cô hướng dẫn, sự hỗ trợ tạo điều kiện và dành thời gian của đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS. Đỗ Phúc Quân, GS. TS. Trần Đại Lâm đã trực tiếp chỉ bảo và định hướng chuyên môn khoa học đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho phép tôi hoàn thành tốt bản luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS Phạm Hùng Việt và ban giám đốc trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững (CETASD), trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG Hà Nội, TS Nguyễn Văn Chúc, ThS. Nguyễn Hải Bình Viện Khoa học Vật Liệu – Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Viện Hóa học - Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam đã dạy dỗ, giúp đỡ và bồi dưỡng cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Khoa học Công Nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiêp Việt trì, ban lãnh đạo khoa Kỹ thuật Phân tích tạo mọi điều kiện tuận lợi cho tôi trong thời gian làm luận án. Tôi cũng xin cảm ơn các nhà khoa học đã có những ý kiến phản biện và ý kiến về chuyên môn giúp hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người luôn ở bên và động viên và khích lệ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Bùi Thị Phương Thảo MỤC LỤC Mở đầu .............................................................................. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 4 1.1. Axit uric và ure .............................................................................................................. 4 1.1.1. Axit uric ...................................................................................................................... 4 1.1.1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................................... 4 1.1.1.2. Vai trò của UA trong cơ thể ................................................................................... 5 1.1.1.3. Các phương pháp phân tích UA ............................................................................. 6 1.1.2. Ure ............................................................................................................................. 13 1.1.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 13 1.1.2.2. Các phương pháp phân tích Ure........................................................................... 14 1.2. Cảm biến sinh học ....................................................................................................... 16 1.2.1. Cấu tạo cảm biến sinh học ....................................................................................... 16 1.2.2. Ứng dụng của cảm biến sinh học ............................................................................ 21 1.2.3. Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học .................................................................. 22 1.3. Nghiên cứu trong nước về cảm biến điện hóa và sinh học...23 1.4. Các phương pháp biến tính điện cực để xác định axit uric, ure ............................... 24 1.4.1. Ứng dụng graphen (Gr) ........................................................................................... 24 1.4.2. Ứng dụng Polyme dẫn ............................................................................................. 26 1.4.3. Ứng dụng hạt Nano kim loại ................................................................................... 28 1.4.4. Ứng dụng enzym ...................................................................................................... 29 1.5. Mục tiêu và ý nghĩa khoa học của nghiên cứu .......................................................... 31 1.6. Kết luận ........................................................................................................................ 32 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 34 2.1. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 34 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ................................................................................................... 34 2.1.2. Hóa chất .................................................................................................................... 35 2.1.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 35 2.1.3.1. Các phương pháp nghiên cứu phản ứng và bề mặt điện cực ............................. 35 2.1.3.2. Phương pháp điện hóa tổng hợp polyme ............................................................. 38 2.1.3.3. Phương pháp xác định các thông số đặc trưng của điện cực ............................. 38 2.1.4. Ứng dụng phân tích mẫu và đánh giá kết quả ........................................................ 42 2.2. Thực nghiệm ................................................................................................................ 42 2.2.1. Phân tích axit uric ..................................................................................................... 42 2.2.1.1. Chế tạo và khảo sát điện cực GCE/Gr/PDA – Cu(II)/CuNPs ............................ 42 2.2.1.2. Chế tạo và khảo sát điện cực GCE/rGO/PDA–Cu/CuNPs ................................ 43 2.2.2. Phân tích ure (Điện cực Pt/ Graphen/PANi/Ureaza) ............................................. 45 2.2.3. Phân tích mẫu nước tiểu .......................................................................................... 47 3.1. Điện cực GCE/Gr/PDA – Cu(II)/CuNPs ................................................................... 50 3.1.1. Khảo sát điều kiện chế tạo màng Gr trên điện cực GCE ....................................... 50 3.1.2. Khảo sát điều kiện chế tạo màng PDA-Cu(II) ....................................................... 51 3.1.2.1. Khảo sát phương pháp tổng hợp PDA – Cu(II) .................................................. 51 3.1.2.2. Khảo sát thời gian điện phân ................................................................................ 53 3.1.3. Khảo sát điều kiện chế tạo GCE/Gr/PDA-Cu(II)/CuNPs ..................................... 54 3.1.4. Khảo sát các đặc trưng của điện cực GCE/Gr/PDA–Cu(II)/CuNPs..............55 3.1.4.1. Tính chất điện hóa........................................................................................55 3.1.4.2. Khảo sát pH của dung dịch đệm..59 3.1.4.3. Khảo sát khả năng đáp ứng của điện cực theo thời gian .................................... 60 3.1.4.4. Khảo sát độ chọn lọc của điện cực : Ảnh hưởng của DA, Glucozo, Citric ....... 61 3.1.4.5. Các đặc trưng phân tích của điện cực GCE/Gr/PDA-Cu(II)/ CuNPs ............... 62 3.1.5. Kết luận ..................................................................................................................... 67 3.2. Điện cực GCE/rGO/PDA-Cu/CuNPs ........................................................................ 68 3.2.1 Tổng hợp màng PDA – Cu(II) ................................................................................. 68 3.2.1.1. Khảo sát phương pháp tổng hợp PDA – Cu(II) .................................................. 68 3.2.1.2. Khảo sát vai trò của Cu(II) trong PDA ............................................................... 70 3.2.1.3. Khảo sát số vòng điện phân .................................................................................. 72 3.2.1.4. Khảo sát dung dịch điện phân PDA – Cu(II) ...................................................... 74 3.2.2. Tổng hợp CuNPs ...................................................................................................... 77 3.2.3. Khảo sát các đặc trưng của điện cực GCE/rGO/PDA – Cu(II)/CuNPs ............. 78 3.2.4. Khảo sát độ chọn lọc của điện cực GCE/rGO/PDA-Cu(II)/CuNPs ..................... 82 3.2.5. Kết luận ..................................................................................................................... 87 3.3. Điện cực Pt / Gr / PANi / ureaza ................................................................................ 88 3.3.1. Đặc tính của Gr tổng hợp......................................................................................... 88 3.3.2. Chế tạo vi điện cực Pt/Gr/ PANi/Ureaza ................................................................ 89 3.3.2.1. Tổng hợp điện hóa màng PANi trên vi điện cực tích hợp dropsens .................. 89 3.3.2.2. Khảo sát các điều kiện tối ưu ............................................................................... 90 3.3.3. Kết quả phân tích hàm lượng UA sử dụng điện cực biến tính Pt/Gr/ PANi/Ureaza ....................................................................................................................... 92 3.3.4. Kết luận ..................................................................................................................... 93 3.5. Kết quả ứng dụng phân tích mẫu thực tế ................................................................... 93 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Đáp ứng của điện cực GCE/Gr/PDA-Cu(II)/CuNPs với UA trong PBS pH 7 với hàm lượng Gr khác nhau .......................................................................................... 50 Bảng 3.3: Đáp ứng của điện cực GCE/Gr/PDA-Cu(II)/CuNPs với UA trong PBS pH 7 khi điện phân PDA – Cu ở các khoảng thời gian khác nhau .................................................. 53 Bảng 3.4: Đáp ứng của điện cực GC/Gr-PDA-Cu CuNPs với UA trong PBS pH 7 .... ... ctrode, Analitica Chimica Actan(2013)771, p 14-20. 118. Yanbo Zeng, Ying Zhou, Tianshu Zhou, Guoyue Shi, A novel composite of reduced grapheme oxide end molecularly imprinted polymer for electrochemical sensing 4-nitrophenol, Electrochimica Acta (2014) 130 p. 504–511. 119. Fengyuan Zhang, Zaihua Wang, Yuzhen Zhang, Zhixiang Zheng, Chunming Wang, Yongling Du, Weichun Ye, Shimultaneous electrochemical determination of uric acid, xanthine and hypoxanthine based on poly (1-arginine)/graphene composite film modified electrode, Talanta (2012) 93 p. 320-325. 120. Ying Zhou, Zhi-bei Qu, Yanbo Zeng, Tianshu Zhou, Guoyue Shi, A novel composite of graphene quantum dots and molecularly imprinted polymer for fluorescent detection of paranitrophenol, Biosensors and Bioelectronics (2014), 52 p.317-323. 121. A. Malinauskas, in Encyclopedia of Surface and Colloid Science, Marcel Dekker, New York 2002, pp. 753–773. 122. H. B. Mark, N. Atta, Y. L. Ma, K. L. Petticrew, H. Zimmer, Y. Shi, S. K. Lunsford, J. F. Rubinson, A. Galal, The electrochemistry of neurotransmitters at conducting organic polymer electrodes: electrocatalysis and analytical applications, Bioelectrochem. Bioenerg. 1995, 38, p 229-245. 123. R. Dobay, G. Harsnyi, C. Visy, Detection of uric acid with a new type of conducting polymer-based enzymatic sensor by bipotentiostatic technique, Anal. Chim. Acta 1999, 385, 187. 124. M. Aslanoglu, A. Kutluay, S. Abbasoglu, A Poly(3-acetylthiophene) Modified Glassy Carbon Electrode for Selective Voltammetric Measurement of Uric Acid in Urine Sample, Chem. Pharm. Bull. 2008, 56, 282. 125. Z. Wang, D. Zhang, Y. Zhang, S. Zhou, A novel poly (4-aminopyridine)- modified electrode for selective detection of uric acid in the presence of ascorbic acid, Anal. Lett. 2002, 35, 1453. 126. Z. Wang, Y. Wang, G. Luo, A selective voltammetric method for uric acid detection at β-cyclodextrin modified electrode incorporating carbon nanotubes, Analyst 2002, 127, 1353. 111 127. M. M. Castillo-Ortega, D. E. Rodriguez, J. C. Encinas, M. Plascencia, F. A. Méndez-Velarde, R. Olayo, Conductometric uric acid and urea biosensor prepared from electroconductive polyaniline–poly(n-butyl methacrylate) composites, Sens. Actuators B 2002, 85, 19-25. 128. P. R. Roy, T. Okajima, T. Ohsaka, Simultaneous electrochemical detection of uric acid and ascorbic acid at a poly (N, N-dimethylaniline) film-coated GC electrode, J. Electroanal. Chem. 2004, 561, 75. 129. L. D. Spurlock, A. Jaramillo, A. Praserthdam, L. J. Lewis, A. Brajter-Toth, Selectivity and sensitivity of ultrathin purine-templated overoxidized polypyrrole film electrodes, Anal. Chim. Acta 1996, 336(1-3), p.37-46. 130. Z. Gao,Electrochemistry of ascorbic acid at polypyrrole/dodecyl sulphate film-coated electrodes and its application, J. Electroanal. Chem. 1994, 365, 197. 131. J. M. Zen, Y. J. Chen, C. T. Hsu, Y. S. Ting, Poly(4‐vinylpyridine)‐coated chemically modified electrode for the detection of uric acid in the presence of a high concentration of ascorbic acid, Electroanalysis 1997, 9, 1009. 132. Z.Gao, H. Huang, Simultaneous determination of dopamine, uric acid and ascorbic acid at an ultrathin film modified gold electrode, Chem. Commun. 1998, 2107-2108. 133. S. I. Stoeva, J. S. Lee, C. S. Thaxton, C. A. Mirkin, Multiplexed DNA Detection with Biobarcoded Nanoparticle Probes, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3303. 134. L. Zhang, X. Jiang, Attachment of gold nanoparticles to glassy carbon electrode and its application for the voltammetric resolution of ascorbic acid and dopamine, J. Electroanal. Chem. 2005, 583, p292-299. 135. P. Kannan, S. J. Abraham, Determination of nanomolar uric and ascorbic acids using enlarged gold nanoparticles modified electrode, Anal. Biochem. 2009, 386, p65-72. 136. J. Mathiyarasu, S. Senthilkumar, K. L. N. Phani, V. Yegnaraman, J. Nanosci, PEDOT-Au Nanocomposite Films for Electrochemical Sensing of Dopamine and Uric Acid, Nanotechnol. 2007, 7, 2206 137. O. Antoine, Y. Bultel, R. Durand, Oxygen reduction reaction kinetics and 112 mechanism on platinum nanoparticles inside Nafion, J. Electroanal. Chem. 2001, 499, p85-94. 138. U. Yogeswaran, S. Thiagarajan, S. M. Chen, Nanocomposite of functionalized multiwall carbon nanotubes with nafion, nano platinum, and nano gold biosensing film for simultaneous determination of ascorbic acid, epinephrine, and uric acid, Anal. Biochem. 2007, 365, 122. 139. Gurung N, Ray S, Bose S, Rai V. A broader view: Microbial enzymes and their relevance in industries, medicine, and beyond. BioMed Res Int. 2013;2013:329121. 10.1155/2013/329121 140. Đỗ Quý Hai. Giáo trình Enzyme. NXB Đại học Huế. 2008 141. Pharmaceutical Enzymer, Importance Of Enzymes In Medicine, Infinita Biotech August 22, 2019 142. Joseph Wang, John Wiley and sons, Inc: Hoboken, New jersey. Analytical electrochemistry 2006 143. György Inzelt, Conducting Polymers: New Era in Electrochemistry, Springer Science & Business Media, Leipzig, Germany. Monographs in Electrochemistry, ed. F. Scholz. 2008. 272 144. Tạ Thị Thảo, Giáo trình Thống kê trong Hóa Phân tích, Hà Nội 2010 145. Binh Hai Nguyen, Binh Thanh Nguyen, Hanh Van Vu, Chuc Van Nguyen, Dzung Tuan Nguyen, Loc Thai Nguyen, Thu Thi Vu, Lam Dai Tran, Development of label-free electrochemical lactose biosensor based on graphene/poly(1,5-diaminonaphthalene) film, Current Applied Physics(2016), 16, 2, 135-140. 146. J. Goldstein, D.E. Newbury, D.C. Joy, C.E. Lyman, P. Echlin, E. Lifshin, L. Sawyer, J.R Michael, Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis,2003, springer, ed. 3rd. 147. Fang Yea, Junmin Nana, Lishi Wang, Yansong, Kuanf-Bum Kim, The untrasonic electropolymerization of an 5-[o-(4-bromine amiloxy)phenyl]- 10,15,20-triphenylporphrin (o-BrPETPP) film electrode and its electrocatalytic properties to dopamine oxidation in aqueous solution, Electrochimica Acta (2008) 53, (12), p. 4156 – 4160. 113 148. A.J. Bard and L.R. Faulkner, Electrochemical methods: fundamentals and applications, Wiley, 2000. 149. C. Mattevi, H. Kim, M. Chhowalla, A review of chemical vapour deposition of graphene on copper, J. Mater. Chem. 21 (2011) 3324–3334. 150. N. Van Chuc, C. T. Thanh, N. Van Tu, V. T. Q.Phuong, P. V. Thang, N. T. Thanh Tam, A simple approach to the fabrication of graphene-carbon nanotube hybrid films on copper substrate by chemical vapor deposition, Journal of Materials Sciene& Technology, 31(2015), pp. 479-483. 151. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, C. N. Lau, Superior thermal conductivity of single-layer graphene, Nano Letters, 8(2008), 902-907. 114 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tổng hợp GO theo phương pháp Hummer Graphen oxit (GO) được tổng hợp từ bột graphit sử dụng phương pháp Hummer [1-3] theo quy trình sau: graphit (1 g), natri nitrat (NaNO3; 0,5 g) và axit sunfuric đặc (H2SO4 98%; 23 mL) được thêm vào bình 500 mL ở 5oC, có khuấy trong 5 phút. Thêm từ từ KMnO4 (3 g) vào bình trên. Hỗn hợp phản ứng được giữ ở 5oC trong vòng 2 giờ, sau đó tăng dần nhiệt độ đến 35oC và duy trì trong 30 phút (có khuấy). 46 mL nước đề ion được thêm vào, gia nhiệt đến 98oC khuấy tiếp trong vòng 30 phút. Cuối cùng, 140 mL nước đề ion và 10 mL dung dịch H2O2 10% được thêm từ từ vào hỗn hợp. Màu của dung dịch phân tán chuyển từ đen sang vàng. Sản phẩm tổng hợp được lọc và rửa lại bằng dung dịch HCl (5% theo khối lượng) và nước đề ion. GO thu được từ quá trình tổng hợp trên được làm khô ở 60oC trong 12 giờ. HìnhP1 : Sơ đồ tổng hợp GO theo phương pháp Hummer 115 Phụ lục 2: Chế tạo màng graphene theo phương pháp CVD *Chuẩn bị mẫu và thiết bị. - Chuẩn bị mẫu tape Cu: Các tấm tape Cu với độ sạch 99,8% với diện tích được cắt nhỏ, sau đó tiến hành xử lý sạch nhằm loại bỏ tạp chất, dầu mỡ làm mất hoạt tính điện hóađế Cu. Cụ thể mẫu được rung siêu âm trong acetone 2 lần, tiếp sau rửa sạch bằng nước cất, sau đó rung siêu âm trong ethanol và cuối cùng rửa lại bằng nước cất cho sạch và sấy khô. - Chuẩn bị hệ CVD: Xử lý rửa sạch ống thạch anh sau đó tiến hành đốt nhiệt ống thạch anh ngay trên hệ CVD ở 10000C trong vòng 1 giờ có sự lưu thông của oxi trong không khí nhằm đốt cháy và loại bỏ những tác nhân có ảnh hưởng đến quá trình CVD. - Một số dụng cụ khác: Thuyền thạch anh đựng mẫu trong quá trình CVD, pank kẹp, dụng cụ bảo hộ *. Tiến hành CVD Quá trình thực hiện CVD có thể tóm tắt qua sơ đồ sau: Hình P2: Sơ đồ quá trình tiến hành CVD nhiệt. Quy trình tiến hành CVD nhiệt cho quá trình mọc graphene trên đế Cu thực hiện qua các bước sau: - Cho mẫu tape Cu lên thuyền thạch anh (khoảng 4 mẫu cho 1 lần CVD) sau đó đưa thuyền thạch anh vào ống thạch anh của hệ CVD rồi di chuyển thuyền thạch anh vào sâu trong buồng phản ứng ngay chỗ sợi đốt của buồng phản ứng nhằm đảm bảo nguồn nhiệt cao nhất tránh sự trôi nhiệt. 116 - Bật lò nhiệt, đặt các chế độ cho quá trình CVD như thời gian nâng nhiệt (khoảng 150C/ 1 phút), thời gian khử trước và sau CVD, thời gian CVD. - Nâng nhiệt độ lò lên 4000C trong môi trường không khí rồi tiến hành thổi khí Ar vào với lưu lượng 1000 cm3/phút để đẩy các khí khác trong ống phản ứng tạo môi trường trơ, đồng thời đậy đậy nắp cửa ống thạch anh lại ngăn không cho mẫu tiếp xúc với môi trường không khí. - Khi đạt tới nhiệt độ CVD thì ta bắt đầu cho khí H2 vào với lưu lượng 300 cm3/phút và tiến hành khử trong 15 phút nhằm khử các hạt oxit của Cu thành Cu kim loại. - Sau 15 phút khử trong H2 ta tiến hành cho khí CH4 vào với lưu lượng 30 cm3/phút và bắt đầu quá trình CVD. Thời gian CVD tùy thuộc vào ý định mà ta cần khảo sát. - Khi thời gian CVD hết ta tiến hành ngắt nguồn cung khí CH4 thông qua bộ điều chỉnh nguồn khí, đồng thời dịch lò phản ứng khoảng 20cm để cho mẫu tape Cu không còn ở vị trí trung tâm của lò phản ứng tạo điều kiện cho cơ chế hình thành graphene trên đế Cu. Trong thời gian này ta vẫn duy trì khí H2 trong khoảng 5 phút nhằm loại bỏ cácbon vô định hình. Lượng CH4 dư còn lại trong ống sẽ được đẩy ra ngoài lò phản ứng bởi khí Ar. - Hết 5 phút khử H2 sau quá trình CVD ta ngắt nguồn khí H2 và vẫn duy trì khí Ar tạo môi trường trơ. Lò phản ứng sẽ tự động hạ nhiệt lò xuống nhiệt độ phòng, sau khi lò nguội ta lấy mẫu ra cho vào túi nilon bảo quản tránh bụi bẩn. Hình P3: mẫu tape Cu sau thời gian CVD. 117 1. Guerrero-Contreras, J. and F. Caballero-Briones, Graphene oxide powders with different oxidation degree, prepared by synthesis variations of the Hummers method. (2015), Materials Chemistry and Physics, 153 pp. 209-220. 2. Hummers, W.S. and R. E.Offeman, Preparation of Graphitic Oxide (1958), Journal of the American Chemical Society, pp. 80-86 3. Moo, J.G., et al. Graphene oxides prepared by Hummers', Hofmann's, and Staudenmaier's methods: dramatic influences on heavy-metal-ion adsorption. Chemphyschem (2014), 15(14), pp. 2922-9.
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_che_tao_dien_cuc_bien_tinh_tren_co_so_gra.pdf
- Tóm tắt luận án tiếng anh.pdf
- Tóm tắt luận án tiếng việt.pdf
- Trang thông tin đóng góp mới tiếng việt.doc
- Trang thông tin đóng góp mới.pdf
- Trích yếu luận án.pdf