Synthesis of green CdSe/chitosan quantum dots using a polymer-assisted γ -radiation route

Synthesis of green CdSe/chitosan quantum dots using Synthesis of green CdSe/chitosan quantum dots using a polymer-assisted a polymer-assisted γγ-radiation route-radiation route

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNGBỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

Tổng hợp chấm lượng tử CdSe/chitosan lục sử Tổng hợp chấm lượng tử CdSe/chitosan lục sử dụng dòng bức xạ dụng dòng bức xạ γγ khuôn polymer khuôn polymer

Bin Kang, Shu-Quan Chang, Yao-Dong Dai, Da ChenBin Kang, Shu-Quan Chang, Yao-Dong Dai, Da Chen

Tổng hợp chấm lượng tử CdSe/chitosan lục sử Tổng hợp chấm lượng tử CdSe/chitosan lục sử dụng dòng bức xạ dụng dòng bức xạ γγ khuôn polymer khuôn polymer

GVHDGVHD: TS. Lâm Quang Vinh: TS. Lâm Quang Vinh HVTHHVTH: Phan Trung Vĩnh: Phan Trung Vĩnh

ABSTRACT/ABSTRACT/TÓM TẮTTÓM TẮT

Chấm lượng tửChấm lượng tửCdSe phủ ChitosanCdSe phủ Chitosan

(CdSe/CS QDs)(CdSe/CS QDs)

Hệ chứa nướcHệ chứa nước(Aqueous System)(Aqueous System)

Dòng bức xạ Dòng bức xạ γγ((γγ--radiation route)radiation route)

Nhiệt độ phòngNhiệt độ phòng(Room Temperature)(Room Temperature)

Áp suất khí quyểnÁp suất khí quyển(Ambient Pressure)(Ambient Pressure)

QDsQDs

d=4nm

Phân bố kích thước hẹpPhân bố kích thước hẹp(Narrow Size Distribution)(Narrow Size Distribution)

Peak hấp thu: 460 nmPeak hấp thu: 460 nmPeak phát xạ: 535 nmPeak phát xạ: 535 nm

460

535

Lõi CdSe cấu trúcLõi CdSe cấu trúcZinc BlendeZinc Blende

Vỏ chitosanVỏ chitosan

INTRODUCTIONINTRODUCTION/GIỚI THIỆU/GIỚI THIỆU

Tính chất duy nhất:Tính chất duy nhất:quang, phát quang, điện,quang, phát quang, điện,

vật lý và hóa học khácvật lý và hóa học khác Đầu dò phát quangĐầu dò phát quangphân tử, phát hiện ungphân tử, phát hiện ungthư, hình ảnh sinh họcthư, hình ảnh sinh học

CdSe: Hiệu suất lượngCdSe: Hiệu suất lượngtử phát quang cao; Etử phát quang cao; Egg nhỏ nhỏ

& các t/c quang & các t/c quang ↔ điện↔ điện

Goldestein et al., 1992Goldestein et al., 1992Rees & Krauter, 1996;Rees & Krauter, 1996;

Empedocles & Bawendi, 1997Empedocles & Bawendi, 1997

Dubertret et al., 2002;Dubertret et al., 2002;Larson et al., 2003;Larson et al., 2003;Michalet at al., 2005Michalet at al., 2005

Các phương phápCác phương phápchế tạo CdSe QDschế tạo CdSe QDs

Phản ứng rắnPhản ứng rắn(Solid Reactions)(Solid Reactions)

Phản ứng ddPhản ứng ddnước (Aqueousnước (Aqueous

Solution Reactions)Solution Reactions)

PP dùng chất banPP dùng chất banđầu là HCHC kim loạiđầu là HCHC kim loại

(Organometallic(OrganometallicPrecursor Routes)Precursor Routes)

Nhiệt độ cao;Hợp chất độc hại(Toxic Substance)

Tinh thể NanoTinh thể Nanobán dẫn/bán dẫn/

Chấm lượng tửChấm lượng tử(QDs)(QDs)

Yu et al.,Yu et al.,19981998

Phương pháp chiếu Phương pháp chiếu γγ((γγ-irradiation method)-irradiation method) KL, hợp kim, oxit KL,KL, hợp kim, oxit KL,

sulfide KL dạng tinh thể nanosulfide KL dạng tinh thể nanoHan chHan chếế: kích thư: kích thướớc lc lớớn,n,

khó tan khó tan Sinh h Sinh họọcc

INTRODUCTIONINTRODUCTION/GIỚI THIỆU/GIỚI THIỆUTrong công trình này:Trong công trình này:

Chế tạo thành công: Chế tạo thành công: CdSe QDs có thể hòa tanCdSe QDs có thể hòa tan

Hệ chứa nướcHệ chứa nước(Aqueous Sys.)(Aqueous Sys.)

Dòng bức xạ Dòng bức xạ γγ((γγ--radiation route)radiation route)

Nhiệt độ phòngNhiệt độ phòng(Room Temp.)(Room Temp.)

Áp suất k. quyểnÁp suất k. quyển(Ambient Pres.)(Ambient Pres.)

Chitosan làm mẫu khuônChitosan làm mẫu khuônphân tử (molecular template)phân tử (molecular template)

Các pp sử dụng để đo các tính chất của CdSe QDsCác pp sử dụng để đo các tính chất của CdSe QDs

Kính hiển vi điện tử truyền qua (SEM)Kính hiển vi điện tử truyền qua (SEM)

Phổ kế hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR)Phổ kế hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR)

Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

Phổ tán xạ năng lượng (EDS)Phổ tán xạ năng lượng (EDS)

Phổ ultraviolet-visible (UV-Vis)Phổ ultraviolet-visible (UV-Vis)

Phổ phát quang (PL)Phổ phát quang (PL)



EXPERIMENTALEXPERIMENTAL/THỰC NGHIỆM/THỰC NGHIỆM

ChitosanChitosan

Oligomer (Phân tửOligomer (Phân tửgồm 5 đơn phân)gồm 5 đơn phân) Độ polymer hóa:Độ polymer hóa:30 – 4030 – 40

Phương pháp phân ly bức xạPhương pháp phân ly bức xạ(Radiation Degradation Method)(Radiation Degradation Method)

Axit Acetic

Lọc sạchLọc sạch

PurifiedPurified

Chất dẫnChất dẫn(Eluent)(Eluent)

0,2 M CH0,2 M CH33COOH;COOH;

0,2 M CH0,2 M CH33COONaCOONa

Phương pháp ghi sắc ký thẩmPhương pháp ghi sắc ký thẩmthấu keothấu keo (Gel Permeation (Gel PermeationChromatography Route)Chromatography Route)

T = 30T = 3000CCTốc độ dòng (Flow Rate) = 1ml/phútTốc độ dòng (Flow Rate) = 1ml/phút

Nồng độ mẫu = ca.1% (w/v)Nồng độ mẫu = ca.1% (w/v)

Isopropanol (CIsopropanol (C33HH77OH)OH)

Cadmium Chloride (CdClCadmium Chloride (CdCl22))

Selenium Dioxide (SeOSelenium Dioxide (SeO22))


10 ml nước10 ml nướcđã được khửđã được khửion (deionized)ion (deionized)chứa chitosanchứa chitosanoligomeroligomer

CdClCdCl

2 SeO 2

Hòa tan CdClHòa tan CdCl2 2 và SeOvà SeO22

CCCdCl2CdCl2

= 0,5mM= 0,5mMCCSeO2SeO2

= 1mM= 1mM

Isopropanol Thêm 1 ml CThêm 1 ml C33HH77OHOH

CC33HH77OH: tácOH: tác

nhân dịchnhân dịchchuyển gốcchuyển gốc

OH (HydroxyOH (Hydroxyfree-radicalfree-radical

removal agent)removal agent)

N2N2

Sục khí NSục khí N22 trong 1h trong 1h

để khử oxy.để khử oxy.

Chiếu xạ tia Chiếu xạ tia γγnguồn Co-60nguồn Co-60độ phóng xạđộ phóng xạ7.107.105 5 Ci;Ci;Liều hấp thu: 15kGyLiều hấp thu: 15kGyTốc độ liều: 3kGy/hTốc độ liều: 3kGy/h

Co60

Ci: Curie; 1Ci = 3,7.10Ci: Curie; 1Ci = 3,7.101010BqBq1 Bq = 1 phân rã/s1 Bq = 1 phân rã/s

kGy: Kilogram Gray;kGy: Kilogram Gray;1 kGy = 1 kJ/kg1 kGy = 1 kJ/kg


Quay ly tâm với tần số 10Quay ly tâm với tần số 1044

rpm trong 5 phút rpm trong 5 phút Tách QDs Tách QDs

1 rpm = 1/60 Hz1 rpm = 1/60 Hz

Mẫu được rửa 3 lần vớiMẫu được rửa 3 lần vớinước khử ion và dung môinước khử ion và dung môihòa tan khác ở 4hòa tan khác ở 400C.C.



RESULTS AND DISCUSSIONRESULTS AND DISCUSSION /KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN /KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

1. CÁC ĐẶC TRƯNG TEM VÀ EDS1. CÁC ĐẶC TRƯNG TEM VÀ EDS

Ảnh chụp TEM CdSe/CS QDs tại các nồng độ chitosan khác nhauẢnh chụp TEM CdSe/CS QDs tại các nồng độ chitosan khác nhau

Không có CSKhông có CS CS = 0,5CS = 0,500//0000 CS = 5CS = 500//0000

Hình a:Hình a: Các QDs Các QDs phân bố thưa thớtphân bố thưa thớt (poor dispersity) (poor dispersity) Hình b:Hình b: Các QDs Các QDs phân bố dày đặcphân bố dày đặc hơn và hơn và đồng nhấtđồng nhất (monodisperse) (monodisperse)thành những đơn cầu đường kính 4nm. dthành những đơn cầu đường kính 4nm. d(111) (111) = 0,351nm= 0,351nm

Hình c:Hình c: Các QDs Các QDs phân bố thành đám rộngphân bố thành đám rộng, nhiều đơn cầu kết lại, nhiều đơn cầu kết lạithành quả cầu lớn hơn, đường kính 10 – 40nm.thành quả cầu lớn hơn, đường kính 10 – 40nm.

Nồng độ chitosan đóng vaiNồng độ chitosan đóng vaitrò quan trọng trò quan trọng →→ hình thành các hình thành cácđơn cầu QDs. Lý tưởng: 0,5đơn cầu QDs. Lý tưởng: 0,500//0000

Chitosan: khuôn phân tử (template) Chitosan: khuôn phân tử (template) → Kiểm soát kích thước QDs.→ Kiểm soát kích thước QDs.

Phổ EDS của CdSe/CS QDs đã tổng hợp đượcPhổ EDS của CdSe/CS QDs đã tổng hợp được

Từ hàm lượng C,Từ hàm lượng C,N, O, Cd, SeN, O, Cd, Se Tổng hợp thànhTổng hợp thànhcôngcông CdSe/CS QDs CdSe/CS QDs

Độ phủ trung bình của chitosan = 25,19wt% (% khối lượng)Độ phủ trung bình của chitosan = 25,19wt% (% khối lượng)

2. PHÂN TÍCH PHỔ XRD2. PHÂN TÍCH PHỔ XRD


Phổ XRD của CdSe/CS QDs đã tổng hợp đượcPhổ XRD của CdSe/CS QDs đã tổng hợp được

25,50 41,10 48,20

Các peak:Các peak:(111): 2(111): 2θθ = 25,5 = 25,500

(220): 2(220): 2θθ = 41,1 = 41,100

(311): 2(311): 2θθ = 48,2 = 48,200

Đặc trưng choĐặc trưng chocấu trúc Zinc Blendecấu trúc Zinc Blende Debye-ScherrerDebye-Scherrer(111): k.t.h. = 3,8nm(111): k.t.h. = 3,8nm ~ SEM~ SEM

CS = 0,5CS = 0,500//0000


Vỏ

chito

san

Vỏ

chito

san

3. PHÂN TÍCH PHỔ FT-IR3. PHÂN TÍCH PHỔ FT-IR


Phổ FT-IR của CdSe/CS QDs đã tổng hợp đượcPhổ FT-IR của CdSe/CS QDs đã tổng hợp được

- O - H

N - H

CH3-;-CH2-

C-O-C

Các peak (cmCác peak (cm-1-1):):3450: 3450: - O - H- O - H1580: 1580: N - HN - H1375: 1375: CHCH33-; -CH-; -CH22--

1020: Nhóm 1020: Nhóm C-O-CC-O-Ccủa chitosancủa chitosan Khẳng địnhKhẳng địnhsự có mặt củasự có mặt củachitosanchitosan

4. PHỔ UV-Vis VÀ PHỔ PL4. PHỔ UV-Vis VÀ PHỔ PL


460

535

Phổ UV-Vis và PL của CdSe/CS QDs đã tổng hợp đượcPhổ UV-Vis và PL của CdSe/CS QDs đã tổng hợp được

Peak hấp thuPeak hấp thu::CdSe/CS QDs: 460 nmCdSe/CS QDs: 460 nmCdSe khối: 714 nmCdSe khối: 714 nm EEgg tăng: tăng: DịchDịch

chuyển xanhchuyển xanhNN:NN: Hiệu ứng giam Hiệu ứng giamlượng tử (Quantumlượng tử (Quantumconfinement effect)confinement effect)

Peak phát quangPeak phát quang::535 nm (535 nm (λλ* =310nm)* =310nm)Á.sáng thường Á.sáng thường Đỏ ĐỏÁ.sáng UV Á.sáng UV Lục Lục

460nm310nm 535

5. BÀN LUẬN VỀ CƠ CHẾ5. BÀN LUẬN VỀ CƠ CHẾ


Trong dung dịch nước CdTrong dung dịch nước Cd2+2+, chitosan, isopropanol., chitosan, isopropanol.

Dưới tác dụng của tia Dưới tác dụng của tia γγ::

CdCd2+2+ gắn vào nhóm gắn vào nhómamino (NHamino (NH22-) và nhóm-) và nhóm

hydroxyl (OH-) của chuỗihydroxyl (OH-) của chuỗichitosanchitosan

Tác nhân khử gốc OH (Tác nhân khử gốc OH (isopropanolisopropanol) trung hòa các ) trung hòa các gốcgốc..OH tự doOH tự do

Các Các e trong nướce trong nước (hydrated electron) và (hydrated electron) và nguyên tử Hnguyên tử H sẽ phân sẽ phânly ly SeOSeO22 thành Se thành Se2-2-

3

5. BÀN LUẬN VỀ CƠ CHẾ5. BÀN LUẬN VỀ CƠ CHẾ


Các Các e trong nướce trong nước (hydrated electron) và (hydrated electron) và nguyên tử Hnguyên tử H sẽ phân sẽ phânly ly SeOSeO22 thành Se thành Se2-2- Dưới tác dụng của lựcDưới tác dụng của lực

Coulomb, Coulomb, ion Seion Se2-2- liên kết liên kếtvới với ion Cdion Cd2+2+

Lõi CdSeLõi CdSe trên chuỗi trên chuỗichitosanchitosan Nhiều đơn phân Nhiều đơn phân CdSeCdSe Nano tinh thể CdSe vàNano tinh thể CdSe vàbao bọc bởi chitosanbao bọc bởi chitosan

CONCLUSIONSCONCLUSIONS/KẾT LUẬN/KẾT LUẬN

Chấm lượng tửChấm lượng tửCdSe phủ ChitosanCdSe phủ Chitosan

(CdSe/CS QDs)(CdSe/CS QDs)Hệ chứa nướcHệ chứa nước

Dòng bức xạ Dòng bức xạ γγ

Nhiệt độ phòngNhiệt độ phòng

Áp suất khí quyểnÁp suất khí quyểnChitosan làm mẫuChitosan làm mẫu

khuôn phân tửkhuôn phân tử

Các pp sử dụng để đo cácCác pp sử dụng để đo cáctính chất của CdSe QDstính chất của CdSe QDs

SEMSEM

Phổ FT-IRPhổ FT-IR

Phổ XRDPhổ XRD

Phổ EDSPhổ EDS

Phổ UV-VisPhổ UV-Vis

Phổ PL)Phổ PL)

QDsQDs

d=4n

m Lõi CdSe cấu trúcLõi CdSe cấu trúcZinc BlendeZinc Blende


Phân bố kích thước hẹpPhân bố kích thước hẹp(Narrow Size Distribution)(Narrow Size Distribution)

Peak hấp thu: 460 nmPeak hấp thu: 460 nmPeak phát xạ: 535 nmPeak phát xạ: 535 nm

Phát quang xanh lụcPhát quang xanh lụcdưới ánh sáng UVdưới ánh sáng UV

Tan tốt trong nướcTan tốt trong nước Có thể ứng dụngCó thể ứng dụngtrong sinh họctrong sinh học

REFERENCESREFERENCES/TÀI LIỆU THAM KHẢO/TÀI LIỆU THAM KHẢO

Cám ơn thầy và các bạn đã quan tâm theo dõi.

CHITOSANCHITOSAN

CarbohidrateCarbohidrate là những hợp chất hữu cơ tạp chức. là những hợp chất hữu cơ tạp chức.Công thức chung: Công thức chung: CCnn(H(H22O)O)nn. Phân loại:. Phân loại:

MonosaccharideMonosaccharide: đơn giản nhất, không thủy phân: đơn giản nhất, không thủy phânVD: Glucose, Fructose.VD: Glucose, Fructose. DisaccharideDisaccharide: thủy phân → 2 monosaccharide: thủy phân → 2 monosaccharideVD: Saccharose, Mantose.VD: Saccharose, Mantose. PolysaccharidePolysaccharide: phức tạp: phức tạpVD: Tinh bột, Cellulose.VD: Tinh bột, Cellulose.

ChitosanChitosan là một polysaccharide mạch thẳng, có nhiều trong các loài là một polysaccharide mạch thẳng, có nhiều trong các loàigiáp xác (tôm, cua, côn trùng,...), thực vật.giáp xác (tôm, cua, côn trùng,...), thực vật.

Là Là yếu tố dinh dưỡng thứ 6yếu tố dinh dưỡng thứ 6 cần thiết cần thiếtcho sự sống (sau protein, đường, chất béo,cho sự sống (sau protein, đường, chất béo,vitamin, chất khoáng).vitamin, chất khoáng). Công dụngCông dụng:: Giúp hấp thu cholesterolGiúp hấp thu cholesterol Kích thích vận độngKích thích vận động Tăng cường hệ miễn dịchTăng cường hệ miễn dịch Giải độc cơ thểGiải độc cơ thể Ngăn chặn quá trình lão hóaNgăn chặn quá trình lão hóa

Chitosan

Documents

Synthesis of green CdSe/chitosan quantum dots using a polymer-assisted γ -radiation route