Tổng hợp vật liệu tổ hợp trực tiếp rGO/thanh nano NiO bằng phương pháp nhiệt thủy phân và nghiên cứu các tính chất của vật liệu tổ hợp
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
Tổng hợp vật liệu tổ hợp trực tiếp rGO/thanh nano NiO bằng phương pháp
nhiệt thủy phân và nghiên cứu các tính chất của vật liệu tổ hợp
In-Situ Synthesis rGO/NiO Nanorod Nanocomposites via One-Step Hydrothermal Method and
Investigating Physical Properties of Nanocomposites
Nguyễn Đức Tài, Lưu Thị Lan Anh, Nguyễn Hữu Lâm, Nguyễn Công Tú*
Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam
*Email: tu.nguyencong@hust.edu.vn
Tóm tắt
Vật liệu tổ hợp giữa graphen oxit đã khử (rGO) với thanh nano NiO được tổng hợp trực tiếp (in-situ) bằng
phương pháp nhiệt thủy phân với các hàm lượng graphen oxit (GO) (% khối lượng của GO trong vật liệu tổ
hợp là 0,0, 0,5 và 1,0% khối lượng GO). Trong đó, GO được chế tạo từ mảnh nano graphen bằng phương
pháp Hummer và được đưa trực tiếp vào dung dịch tiền chất của vật liệu NiO. Cấu trúc và tính tinh thể của
vật liệu tổ hợp được khảo sát bằng phổ nhiễu xạ tia X. Hình thái của vật liệu được khảo sát bằng kính hiển
vi điện tử quét. Khả năng hấp phụ của vật liệu được đánh giá thông qua thí nghiệm hấp phụ các chất nhuộm
màu metyl da cam và công-gô đỏ. Kết quả cho thấy GO không làm thay đổi cấu trúc tinh thể nhưng gây ra
sự gẫy của các thanh nano NiO, làm tăng vi ứng suất trong các thanh nano NiO, và tăng khả năng hấp phụ
chất nhuộm màu metyl da cam và công-gô đỏ. Các kết quả của nghiên cứu này đóng góp vào nghiên cứu
về vật liệu lai hóa giữa graphen oxit với các cấu trúc nano của các oxit kim loại bán dẫn cho các ứng dụng
trong xử lý môi trường.
Từ khóa: Vật liệu tổ hợp trực tiếp, niken oxit, graphen oxit, nhiệt thủy phân, hấp phụ
Abstract
In-situ nanocomposites of reduced graphene oxide (rGO) and nickel oxide (NiO) nanowire were prepared by
direct introducing homemade graphene oxide (GO) into precursor solution of NiO with different weight
contents of GO (0.0, 0.5, and 1.0 wt.%) before carrying out the one-step hydrothermal process. Homemade
GO was synthesized from graphene nanoflakes via the Hummer method. Crystal structure and crystallinity
of nanocomposites were analyzed using the X-ray diffraction method. Scanning electron microscopy was
used to study the morphology of nanocomposites. The absorbability of nanocomposites was evaluated
through the absorption experiment with two organic dyes: methyl orange and congo red. The results show
that compositing with GO does not affect the crystal structure of NiO but it causes the break of NiO nanorods
into shorter nanorods, the increase of microstrain in NiO nanorods, and the slight increase of the absorption
efficiency of nanocomposite with both methyl orange and congo red. The results are a contribution to the
study on hybrid/nanocomposite materials of carbon-based materials and metal oxide semiconductor
nanostructures.
Keywords: In-situ nanocomposite, niken oxide, graphene oxide, one-step hydrothermal, absorption
Niken oxit (NiO) là vật liệu bán dẫn loại p với
lớn [13], độ linh động điện tử vượt trội [14], dẫn nhiệt
tốt và độ bền cao. Tuy nhiên, do hiệu ứng biên, khả
năng phân tán thấp và khả năng dễ bị tái xếp lớp nên
ứng dụng của Gr còn bị hạn chế. Gần đây, một hướng
nghiên cứu mới đang được các nhà khoa học quan
tâm đó là phát triển các vật liệu tổ hợp giữa dẫn xuất
của graphen - graphen oxit đã khử (rGO) với các vật
liệu oxit bán dẫn như NiO, WO3, ZnO… cho các ứng
dụng xử lý môi trường như làm chất hấp phụ hay
chất phân hủy các chất thải hữu cơ [15-20]. Trong
các nghiên cứu này, người ta tận dụng diện tích bề
mặt lớn và độ linh động điện tử cao của Gr với khả
năng thay đổi hình thái và khuyết oxi bề mặt của
các oxit bán dẫn [18-20]. Để tổng hợp vật liệu tổ hợp,
có hai phương pháp chính là tổng hợp trực tiếp (các
vật liệu được tổ hợp với nhau ngay từ quá trình tạo
mầm) và tổng hợp gián tiếp (các vật liệu thuần được
tổng hợp
bề rộng vùng cấm lớn ~3.6 - 4.0 eV. NiO là một vật
liệu hứa hẹn trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác
nhau vì những ưu điểm vượt trội của nó như trong
cảm biến khí [1-3], vật liệu quang xúc tác cho phản
ứng phân hủy các thuốc nhuộm công nghiệp [4-6],
chế tạo pin năng lượng mặt trời [7], chất phủ điện sắc
[8,9], diệt khuẩn [10-12]…
Graphen (Gr) là một dạng hợp chất cấu tạo từ
đơn lớp các nguyên tử Carbon, đã được nghiên cứu
rất nhiều do các tính chất nổi bật như diện tích bề mặt
ISSN: 2734-9381
Received: August 30, 2020; accepted: December 23, 2020
119
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
với hình thái chọn trước rồi mới tổ hợp với nhau để
tạo vật liệu tổ hợp)[21]. Trong hai phương pháp này,
phương pháp tổng hợp trực tiếp được sử dụng nhiều
hơn do nó làm tăng khả năng tương tác, liên kết giữa
các vật liệu thành phần và làm tăng cường các tính
chất của vật liệu tổ hợp [21]. Ví dụ, Al-nafiey và
cộng sự đã sử dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp
để tổng hợp vật liệu tổ hợp rGO/hạt nano NiO và thu
được sự nâng cao rõ rệt về hiệu suất hấp phụ chất
nhuộm màu Rhodamin B [17].
được sau quá trình thủy nhiệt được lọc rửa 5 lần bằng
o
nước cất, sau đó sấy khô ở 80 C trong 24 h. Bột thu
o
được được nung ở 400 C trong 2 h sẽ thu được sản
phẩm cuối là bột rGO@NiO. Các mẫu được đặt tên là
DT00, DT05 và DT10 tương ứng với hàm lượng GO
trong tổ hợp là 0,0, 0,5 và 1,0% khối lượng.
2.2 Phương phép đo và phân tích
Cấu trúc tinh thể của vật liệu được xác định
bằng phương pháp nhiễu xạ tia X sử dụng máy X’pert
Pro (PANalytical) MPD với bức xạ Cu-Kα có bước
sóng (λ=1.54065 Å), dải đo 2θ từ 10o đến 80o. Phổ tán
xạ Raman được đo bằng máy RENISHAW Invia
Raman microscope sử dụng laser có bước sóng 633
nm. Hình thái của vật liệu được quan sát bằng kính
hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM, JEOL
JSM-7600F). Kính hiển vi điện tử quét (SEM,
Microscope HITACHI TM4000Plus) được sử dụng
để chụp ảnh SEM độ phân giải thấp và ảnh phân bố
các nguyên tố trong mẫu. Phổ hấp thụ hồng ngoại
biến đổi Fourier (FTIR) được đo bằng máy JASCO
FTIR 4600 chế độ 32 scans.
Nằm trong xu hướng nghiên cứu chung đó, trong
nghiên cứu này, nhóm đã chế tạo vật liệu tổ hợp trực
tiếp giữa rGO và thanh nano NiO bằng phương pháp
nhiệt thủy phân một bước đơn giản và khảo sát khả
năng ứng dụng của vật liệu trong xử lý môi trường.
Trong đó tiền chất GO được chế tạo từ các mảnh nano
graphen bằng phương pháp Hummer sau đó được cho
trực tiếp vào dung dịch tiền chất của NiO. Cấu trúc
tinh thể của vật liệu được nghiên cứu bằng phổ nhiễu
xạ tia X. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và ảnh quét
phổ tán xạ năng lượng đặc trưng được sử dụng để
nghiên cứu hình thái và sự phân bố các nguyên tố trong
mẫu. Khả năng ứng dụng trong xử lý môi trường của
vật liệu được đánh giá thông qua thí nghiệm hấp phụ
chất nhuộm màu metyl da cam (MO) và công-gô đỏ
(RC) ở nhiệt độ phòng. Trong nghiên cứu này, ảnh
hưởng của GO tới kích thước tinh thể trung bình và vi
ứng suất cũng được thảo luận.
2.3 Khảo sát khả năng hấp phụ các chất nhuộm
màu
Các chất nhuộm màu sử dụng trong thí nghiệm
này gồm Metyl da cam (MO, C14H14N3NaO3S) và
Công-gô đỏ (RC, C32H22N6Na2O6S2). Quá trình khảo
sát được thực hiện trong phòng tối ở nhiệt độ phòng
theo các bước như sau: phân tán 20 mg vật liệu hấp
phụ (NiO và vật liệu tổ hợp rGO@NiO) vào trong 100
ml dung dịch chất nhuộm màu (MO – 10 ppm, RC –
50 ppm) bằng máy khuấy từ (Máy quay ly tâm VELP,
450 rpm) để tạo dung dịch thí nghiệm; cách mỗi 5
phút, lấy 3 ml từ trong dung dịch thí nghiệm; quay ly
tâm với tốc độ 10 000 rpm trong 3 phút (máy quay ly
tâm DLAB D3024R), sau đó lấy phần dung dịch thu
được đo phổ hấp thụ bằng máy đo phổ UV-Vis JASCO
750. Hiệu suất của quá quá trình hấp phụ được xác
định thông qua lượng chất nhuộm màu còn lại trong
dung dịch thí nghiệm theo công thức (1) sau:
2. Thực nghiệm
2.1 Tổng hợp vật liệu
Graphen oxit được tổng hợp bằng phương pháp
Hummer theo các bước sau: phân tán đồng thời 0,05 g
mảnh nano graphit và 0,10 g NaNO3 vào 4,8 ml axit
H2SO4 đặc ở 0 oC; thêm từ từ 0,60 g KMnO4 vào hỗn
hợp trên, khuấy liên tục trong 90 phút ở 0 oC; để mẫu
trở về nhiệt độ phòng tự nhiên và tiếp tục khuấy trong
2 h; thêm 24 ml nước cất vào dung dịch thu được để
thúc đẩy quá trình phản ứng; nhỏ từ từ dung dịch
H2O2 vào dung dịch thu được sau phản ứng để trung
hòa các ion dư đến khi dung dịch hoàn toàn chuyển
màu vàng tươi. Dung dịch được để lắng đọng trong
24 h để ổn định cấu trúc graphen oxit, sau đó được
rửa và lọc axit và các muối tan dư bằng phương pháp
quay ly tâm với nước cất và cồn tuyệt đối nhiều lần
với tốc độ 4000 rpm. Sau đó phân tán GO thu được
vào nước cất để chuẩn bị cho các bước tiếp theo.
C0 −Ct
C0
I0 − It
I0
H % =
×100% =
×100%
(1)
(
)
Trong đó C0 và Ct tương ứng là nồng độ chất
nhuộm màu trong dung dịch ban đầu và ở thời điểm
thí nghiệm t; I0 và It tương ứng là cường độ đỉnh hấp
phụ đặc trưng trong phổ hấp phụ của chất nhuộm màu
trong dung dịch ban đầu và ở thời điểm thí nghiệm t.
Đỉnh đặc trưng của các chất MO và RC trong phổ
UV-Vis tương ứng là 464 và 496 nm.
Vật liệu tổ hợp rGO@NiO được tổng hợp bằng
phương pháp nhiệt thủy phân một bước đơn giản. Cụ
thể như sau: hòa tan 0,3859 g Na2C2O4 vào 26ml
nước cất và 52 ml Etylen glycol; nhỏ từ từ dung dịch
GO đã chế tạo ở trên vào dung dịch trên sao cho hàm
lượng GO trong dung dịch tổ hợp tương ứng là 0,0%,
0,5%, và 1,0% khối lượng; thêm từ từ 1,5232 g
NiCl2.6H2O vào dung dịch và khuấy đều đến khi
dung dịch chuyển màu xanh trong hoàn toàn; cho hỗn
hợp thu được vào bình thủy nhiệt lõi Teflon và tiến
hành nhiệt thủy phân ở 200 oC trong 24 h. Kết tủa thu
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Chế tạo vật liệu GO và NiO
Hình 1a là phổ Raman của mảnh nano graphit
ban đầu và GO thu được sau khi chế tạo. Trong phổ
Raman của cả graphit và GO, ta đều thu được các dải
tín hiệu đặc trưng của vật liệu họ graphen là các dải
120
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
D, dải G, dải 2D và dải D+G [22]. Kết quả cho thấy
mẫu graphit ban đầu có các đỉnh G và 2D rõ nét với
cường độ cao đặc trưng cho cấu trúc tinh thể của
dạng graphit mỏng, trong khi đỉnh D xuất hiện với
cường độ nhỏ chứng tỏ vật liệu graphit ban đầu có
tính tinh thể rất cao và chỉ tồn tại một số ít sai hỏng.
Trong phổ Raman của GO thu được, tín hiệu của dải
D tăng rõ rệt so với tín hiệu của dải G, đồng thời tín
hiệu của dải 2D giảm mạnh, bề rộng bán đỉnh của dải
G tăng mạnh, cùng với đó là sự xuất hiện của dải
D+G. Sự tăng cường độ tương đối của dải D so với
dải G, sự mở rộng của dải G và sự xuất hiện dải D+G
được giải thích là do graphit đã bị oxi hóa và các
nhóm chức đã gắn lên trên mạng graphit.
Để khẳng định sự tạo thành của GO, mẫu GO thu
được được đem phân tích bằng phổ FTIR (Hình 1b).
Trong phổ FTIR của mẫu GO, ta quan sát thấy các
đỉnh đặc trưng cho các dao động của các liên kết đặc
trưng cho cấu trúc GO như: dao động kéo dãn liên kết
C=C trong lai hóa sp2 đặc trưng của cấu trúc graphen
tại vị trí 1588 cm-1, các đỉnh thể hiện sự bất trật tự
trong cấu trúc gaphen như các liên kết C-O-C (epoxit)
tại các vị trí 868 và 1308 cm-1, C=O (cacboxyl) tại
1662 cm-1 và C=O (xeton) tại 1730 cm-1. Dải đỉnh từ
830 – 1330 cm-1 tương ứng với dao động liên kết
C-OH [23]. Kết quả này cho thấy đã gắn thành công
các nhóm oxi hóa lên graphit và khẳng định đã chế tạo
thành công GO từ graphit theo phương pháp Hummer.
Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu chế tạo DT00 với
các thẻ chuẩn: a) Trước khi nung; b) Sau khi nung ở
400oC trong 2h.
Hình 2a và 2b là giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu
NiO thuần trước (DT00CN) và sau nung (DT00). Kết
quả phân tích cùng với các thẻ chuẩn cho thấy mẫu
trước khi nung có cấu trúc là Niken oxalat hydrat
NiC2O4.2H2O (thẻ ICDD 00-014-0742) và mẫu sau
khi nung có cấu trúc hoàn toàn là Cubic NiO (thẻ
ICDD 01-078-0643) với các đỉnh sắc nhọn và rõ nét
(Hình 2a và 2b). Chú ý là trong phổ XRD của các
mẫu thu được không có đỉnh của các chất khác, điều
này cho thấy nhóm đã chế tạo thành công NiO và
hoàn toàn không chứa tạp chất. Sự hình thành NiO
được giải thích theo các phương trình phản ứng sau:
NiCl2 + Na2C2O4 → NiC2O4 ↓ +2NaCl (p.ư. 1)
to
2NiC2O4 + O2 → 2NiO + 4CO2
(p.ư. 2)
3.2 Cấu trúc tinh thể của vật liệu tổ hợp
Hình 3a là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu
thuần và mẫu tổ hợp thu được sau khi nung. Tất cả
các mẫu đều có chung dáng điệu của phổ XRD của
mẫu thuần. Điều này chứng tỏ sự hiện diện của GO
không gây ảnh hưởng tới cấu trúc tinh thể của vật liệu
NiO. Bên cạnh đó tín hiệu của các đỉnh nhiễu xạ của
các mẫu tổ hợp có cường độ tăng so với mẫu thuần,
và tại góc 2θ ~ 10 – 11o không xuất hiện đỉnh nào
chứng tỏ GO đã bị khử thành rGO, đồng thời vị trí
của đỉnh nhiễu xạ cũng bị dịch nhẹ so với mẫu không
Hình 1. (a) Phổ Raman của mảnh graphit và GO; (b)
Phổ FTIR của GO.
121
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
pha tạp - điều này chứng tỏ rGO đã có tương tác tới
theo sự xuất hiện của GO còn cho thấy sự tương tác
cấu trúc của NiO.
giữa GO và NiO trong vật liệu tổ hợp.
3.3 Hình thái của vật liệu tổ hợp
Hình 4a, 4b, và 4c thể hiện ảnh FESEM của các
mẫu tương ứng là mẫu DT00, DT05 và DT10. Kết
quả cho thấy các mẫu DT00 có dạng thanh dài, trong
khi DT05 và DT10 có dạng thanh ngắn xen kẽ với
một số thanh dài. Điều này được giải thích là do sự
xuất hiện của GO làm ngăn cản quá trình phát triển
thành thanh dài của NiO, đồng thời gây ra hiệu ứng
nén – tăng vi ứng suất trong vật liệu tổ hợp [21]. Chú
ý, trong các hình FESEM ta không quan sát thấy
rGO, điều này có thể lý giải là do chùm điện tử năng
lượng cao và độ hội tụ lớn đã xuyên qua những lớp
rGO mỏng. Để quan sát thấy sự có mặt của rGO mẫu
được đem chụp ảnh SEM với độ phân giải thấp. Hình
4d là ảnh SEM với độ phân giải thấp của mẫu DT05,
sự có mặt của rGO trong mẫu được khẳng định bởi
những điểm mờ phân bố trên bề mặt mẫu.
Để khảo sát sự phân bố đồng đều của rGO trong
mẫu, ảnh quét sự phân bố các nguyên tố được sử dụng
(Hình 5). Kết quả cho thấy các nguyên tố C, O, và Ni
phân bố đều trong cửa sổ quét có diện tích 110x80 μm2.
Sự phân bố đều của nguyên tố C trong mẫu khẳng định
sự phân tán đồng đều của GO trong vật liệu tổ hợp.
Hình 3. a) Phổ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu chế tạo; b)
giá trị vi ứng suất và kích thước tinh thể ứng với các
hàm lượng GO trong mẫu tổ hợp tính từ công thức
Williamson-Hall.
3.4 Kết quả hấp phụ các chất nhuộm màu
Để khảo sát khả năng ứng dụng trong xử lý môi
trường của vật liệu tổ hợp, thí nghiệm hấp phụ các
chất nhuộm màu (MO, RC) được thực hiện với hàm
lượng chất hấp phụ là 20 mg/100 ml dung dịch chất
nhuộm màu (MO – 10 ppm, RC – 50 ppm). Kết quả
cho thấy, với chất nhuộm màu MO, sau 5 phút thí
nghiệm, tất cả các vật liệu đều gần như đạt tới trạng
thái cân bằng hấp phụ (Hình 6a). Hiệu suất hấp phụ
MO của các mẫu DT00, DT05 và DT10 tương ứng là
19,5% lên 21,4 và 24,8%. Với chất nhuộm màu RC,
sau 30 phút thí nghiệm, các vật liệu mới gần đạt trạng
thái cân bằng hấp phụ. Hiệu suất hấp phụ RC của các
mẫu DT00, DT05 và DT10 tương ứng là 78, 87 và
81%. Các kết quả trên cho thấy tất cả các vật liệu tổ
hợp đều có hiệu suất hấp phụ cao hơn so với vật liệu
thuần dù sự tăng là nhỏ. Kết quả này được giải thích
là do các thanh NiO bị gẫy trong các mẫu tổ hợp làm
tăng diện tích tiếp xúc giữa NiO chất nhuộm màu. Ở
đây vai trò của rGO trong quá trình hấp phụ là nhỏ do
hàm lượng nhỏ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi
cũng khảo sát khả năng hấp phụ chất nhuộm màu
methyl xanh (MB) nhưng gần như MB không bị hấp
phụ bởi cả NiO thuần và vật liệu tổ hợp (kết quả
không thể hiện ở đây). Điều này được giải thích là do
NiO là bán dẫn loại p nên không hấp phụ các chất
nhuộm màu cation như MB mà chỉ hấp phụ các chất
nhuộm anion như MO. Các kết quả này cho thấy NiO
đóng vai trò chính trong vật liệu tổ hợp rGO@NiO
Để phân tích sâu hơn về kích thước tinh thể và
ứng suất trong tinh thể vật liệu, nhóm đã sử dụng
công thức Williamson – Hall (2)[21,24]:
kλ
βhkl ⋅cosθ =
+ 2ε ⋅sinθ
(2)
D
trong đó βhkl là bề rộng bán đỉnh, θ là góc nhiễu xạ, k là
hệ số thực nghiệm - ở đây ta lấy k=0.9, λ là bước sóng
của tia X sử dụng trong phép đo XRD (λ=1.54065 Å),
D là kích thước tinh thể trung bình, và ε là vi ứng suất
trong mẫu. Theo công thức Williamson-Hall, kích
thước tinh thể trung bình và vi ứng suất có thể được
ngoại suy từ đồ thị βcosθ vs. sinθ. Kết quả về kích
thước tinh thể trung bình và vi ứng suất được biểu diễn
ở Hình 3b. Kết quả thu được cho thấy, vi ứng suất tăng
trong khi kích thước tinh thể trung bình gần như không
đổi khi tăng lượng GO trong mẫu. Cụ thể trong mẫu
thuần, ứng suất ε=0%, khi pha tạp GO với hàm lượng
0,5 và 1,0%, vi ứng suất tăng lên tương ứng là 0,13 và
0,14%. Kích thước tinh thể trung bình trong mẫu thuần
là 9,9 nm, khi pha tạp GO với hàm lượng 0,5 và 1,0%
kích thước tinh thể trung bình của mẫu tương ứng là
10,1 và 10,4 nm – các kết quả này gần như xấp xỉ
nhau. Như vậy GO tuy không làm thay đổi cấu trúc
nhưng đã làm thay đổi tính chất tinh thể của vật liệu
nanocomposite. Bên cạnh đó sự tăng của vi ứng suất
122
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
(a)
(b)
(c)
(d)
rGO
rG
Hình 4. Ảnh FESEM của hệ mẫu chế tạo với nồng độ pha tạp GO khác nhau: a) 0% GO (DT00); b) 0.5%GO
(DT05); c) 1.0%GO (DT10).
(b)
(a)
(d)
(c)
Hình 5. Ảnh SEM độ phân giải thấp (a), và ảnh phân bố các nguyên tố Carbon (b), Oxi (c) và Niken (d) trong
mẫu DT05.
Hình 6. Hiệu suất hấp phụ chất nhuộm màu hữu cơ (a) Metyl da cam (MO) và (b) công-gô đỏ (RC) của các mẫu.
123
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
Tài liệu tham khảo
Từ các kết quả hiệu suất hấp phụ, dung lượng hấp
[1] Hien, V.X. SO2-sensing properties of NiO nanowalls
synthesized by the reaction of Ni foil in NH4OH
solution. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. 9,
45013, 2018.
phụ q của vật liệu được xác định thông qua công thức (3):
H % ×m
(
)
mc
nh
q =
(3)
trong đó mnh và mc tương ứng là khối lượng chất
nhuộm màu và khối lượng vật liệu hấp phụ sử dụng
ban đầu. Kết quả tính toán cho thấy, dung lượng hấp
phụ của các mẫu DT00, DT05, và DT10 tương ứng
với chất nhuộm MO là 9,7, 10,7, và 12,4 (mg/g);
tương ứng với chất nhuộm RC là 195,0, 217,5 và
202,5 (mg/g). Kết quả này cho thấy, cả mẫu tổ hợp
rGO@NiO (DT05 và DT10) và mẫu NiO thuần
(DT00) có dung lượng hấp phụ RC là cao so với các
cấu trúc hay tổ hợp NiO/Gr đã công bố [25–27]. Cụ
thể, tổ hợp NiO/Gr tổng hợp bởi nhóm của Rong và
cộng sự [27] cho dung lượng hấp phụ RC là 124mg/g.
Trong khi đó, NiO có hình thái dạng tấm nano và hạt
nano chế tạo bởi Cheng và cộng sự [26] có dung
lượng hấp phụ RC tương ứng là 151 và 40 mg/g. Với
NiO dạng tấm nano xốp, Hu và cộng sự công bố dung
lượng hấp phụ RC là 194 mg/g [25]. Như vậy, so với
các kết quả đã công bố, mẫu DT05 cho dung lượng
hấp phụ RC lớn và cho thấy khả năng ứng dụng trong
xử lý chất nhuộm màu RC.
[2] Son, L.L., Cuong, D., Thi, T. Van, Hieu, T. Konjac
glucomanman-templated
synthesis
of
three
dimensional NiO nanostructures assembled from
porous NiO nanoplates for gas sensors. RSC Adv. Vol.
9, pp. 9584–9593, 2019.
[3] Duc, N., Tong, P. Van, Manh, C. Urea mediated
synthesis of Ni(OH)2 nanowires and their conversion
into NiO nanostructure for hydrogen gas-sensing
application. Int. J. Hydrogen Energy 2018, 43, 9446–
9453.
[4] Aydoghmish, S.M., Hassanzadeh-Tabrizi, S.A.,
Saffar-Teluri, A. Facile synthesis and investigation of
NiO–ZnO–Ag
nanocomposites
as
efficient
photocatalysts for degradation of methylene blue dye.
Ceram. Int. 2019, 45, 14934–14942.
[5] Ezhilarasi, A.A., Vijaya, J.J., Kaviyarasu, K.,
Kennedy, L.J., Ramalingam, R.J., Al-lohedan, H.A.
Green synthesis of NiO nanoparticles using Aegle
marmelos leaf extract for the evaluation of in-vitro
4. Kết luận
Trong nghiên cứu này, nhóm đã tổng hợp thành
công vật liệu tổ hợp trực tiếp giữa rGO và thanh nano
NiO bằng phương pháp nhiệt thủy phân một bước
đơn giản. Các kết quả cho thấy rGO phân bố đều
trong mẫu tổ hợp và sự có mặt của rGO không ảnh
hưởng tới cấu trúc tinh thể nhưng ảnh hưởng tới hình
thái và vi ứng suất trong vật liệu. Khi có rGO các
thanh nano NiO bị vỡ vụn, vi ứng suất tăng từ
0,00 đến 0,13 và 0,14%, kích thước tinh thể trung
bình tăng nhẹ từ 9,9 đến 10,1 và 10,4 nm khi tổ hợp
tương ứng với 0,5 và 1,0% GO. Điều này được giải
thích là do sự xuất hiện của GO làm ngăn cản sự mọc
dài của thanh nano NiO và gây ra sự gẫy vụn, đồng
thời làm tăng vi ứng suất. Sự xuất hiện của GO giúp
làm tăng khả năng hấp phụ của vật liệu với các chất
nhuộm màu Metyl da cam và công-gô đỏ. Khi pha
tạp 0,5 và 1,0% GO, hiệu suất hấp phụ RC sau 30
phút tăng từ 78% lên tương ứng 87 và 81%, hiệu suất
hấp phụ MO tăng từ 19,5% lên 21,4 và 24,8%. Sự
tăng hiệu suất phấp phụ các chất nhuộm màu có thể
giải thích là do sự xuất hiện của GO làm tăng diện
tích tiếp xúc trong tổ hợp, tuy nhiên do hàm lượng
GO sử dụng là nhỏ nên sự tăng còn nhỏ. Nghiên cứu
này cho thấy khả năng phát triển phương pháp tổng
hợp trực tiếp và đơn giản để tổng hợp các vật liệu tổ
hợp giữa oxit bán dẫn và vật liệu graphen oxit cho
các ứng dụng xử lý môi trường như làm chất hấp phụ
các chất nhuộm màu hữu cơ.
cytotoxicity
,
antibacterial and photocatalytic
properties. J. Photochem. Photobiol. , B Biol. 2018,
180, 39–50.
[6] Sabouri, Z., Akbari, A., Ali, H., Darroudi, M. Facile
green synthesis of NiO nanoparticles and investigation
of dye degradation and cytotoxicity effects. J. Mol.
Struct. 2018, 1173, 931–936.
[7] Ahmed, A., Ahmed, S., Johari, R., Parvaz, M., Rafat,
M. Dual-energy application of NiOꢀ: Electrochemical
and photovoltaic properties. Optik (Stuttg). 2019, 179,
485–491.
[8] Chang, J.Y., Chen, Y.C., Wang, C.M., Chen, Y.W.
Electrochromic properties of Li-Doped NiO films
prepared by RF magnetron sputtering. Coatings 2020,
10, 1–8.
http://doi/org/10.3390/coatings10010087
[9] Hou, S., Gavrilyuk, A.I., Zhao, J., Geng, H., Li, N.,
Hua, C., Zhang, K., Li, Y. Controllable crystallinity of
nickel oxide film with enhanced electrochromic
properties. Appl. Surf. Sci. 2018, 451, 104–111.
[10] Behera, N., Arakha, M., Priyadarshinee, M. Oxidative
stress generated at nickel oxide nanoparticle interface
results in bacterial membrane damage leading to cell
death. RCS Adv. 2019, 9, 24888–24894.
Lời cảm ơn
[11] Khashan, K.S., Sulaiman, G.M., Ameer, F.A.K.,
Napolitano, G. Synthesis, characterization and
antibacterial activity of colloidal NiO nanoparticles.
Đề tài này được tài trợ bởi Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
124
JST: Engineering and Technology for Sustainable Development
Vol. 1, Issue 2, April 2021, 119-125
Pak. J. Pharm. Sci. 2016, 29, 541–546.
properties. J. Nanomater. 2019, 2019, 1703218.
[12] Helan, V., Prince, J.J., Al-dhabi, N.A., Valan, M.,
Ayeshamariam, A., Madhumitha, G., Mohana, S.,
Jayachandran, M. Neem leaves mediated preparation
of NiO nanoparticles and its magnetization , coercivity
and antibacterial analysis. Results Phys. 2016, 6, 712–
718.
[20] Baig, N., Sajid, M., Saleh, A.T. Graphene-based
adsorbents for the removal of toxic organic pollutants:
A review. J. Environ. Manage. 2019, 244, 370–382.
[21] Nguyen, C.T., Pham, T.P., Luu, T.L.A., Nguyen, X.S.,
Nguyen, T.T., Nguyen, H.L., Nguyen, D.C. Constraint
effect caused by graphene on in situ grown Gr@WO3
-nanobrick hybrid material. Ceram. Int. 2020, 46,
8711–8718.
[13] Peigney, A., Laurent, C., Flahaut, E., Bacsa, R.R.,
Rousset, A. Specific surface area of carbon nanotubes
and bundles of carbon nanotubes. Carbon N. Y. 2001,
39, 507–514.
[22] Saito, R., Hofmann, M., Dresselhaus, G., Jorio, A.,
Dresselhaus, M.S. Raman spectroscopy of graphene
and carbon nanotubes. Adv. Phys. 2011, 60, 413–550.
[14] Geim, A.K., Novoselov, K.S. The rise of graphene.
Nat. Mater. 2007, 6, 183–191.
[15] Arshad, A., Iqbal, J., Mansoor, Q. NiO-nanoflakes
grafted graphene: an exellent photocatalyst and a novel
nanomaterial for achieving compete pathogen control.
Nanoscale 2017, 9, 16321–16328.
[23] Mohamed, M.A., Jaafar, J., Ismail, A.F., Othman,
M.H.D., Rahman, M.A. Fourier Transform Infrared
(FTIR) Spectroscopy. In Membrane Characterization,
Elsevier, 2017, pp. 3–29 ISBN 9780444637918.
[16] Balaji, V., Lau, K., Hui, D., Bhattacharyya, D.
Graphene-based materials and their compositesꢀ: A
review on production , applications and product
limitations. Compos. Part B 2018, 142, 200–220.
[24] Williamson, G.K., Hall, W.H. X-Ray broadening from
filed aluminium and tungsten. Acta Metall. 1953, 1,
22–31.
[25] Hu, H., Wang, M., Xuan, H., Zhang, K., Xu, J. Single-
crystalline porous NiO nanobiscuits with prompt
adsorption activity for Congo red. Micro Nano Lett.
2017, 12, 987–990,
[17] Al-nafiey, A., Al-mamoori, M.H.K., Alshrefi, M.S.,
Shakir, A.K., Ahmed, R.T. One step to synthesis (
rGO/Ni NPs) nanocomposite and using to adsorption
dyes from aqueous solution. Mater. Today Proc. 2019,
19, 94–101.
[26] Cheng, B., Le, Y., Cai, W., Yu, J. Synthesis of
hierarchical Ni(OH)2 and NiO nanosheets and their
adsorption kinetics and isotherms to Congo red in
water. J. Hazard. Mater. 2011, 185, 889–897.
[18] Gusain, R., Gupta, K., Joshi, P., Khatri, O.P.
Adsorptive removal and photocatalytic degradation of
organic pollutants using metal oxides and their
compositesꢀ: A comprehensive review. Adv. Colloid
Interface Sci. 2019, 272, 102009.
[27] Rong, X., Qiu, F., Qin, J., Zhao, H., Yan, J., Yang, D.
A facile hydrothermal synthesis , adsorption kinetics
and isotherms to Congo Red azo-dye from aqueous
solution of NiO graphene nanosheets adsorbent. J. Ind.
Eng. Chem. 2015, 26, 354–363.
[19] Modafferi, V., Santangelo, S., Fiore, M., Fazio, E.,
Triolo, C., Patanè, S., Ruffo, R., Musolino, M.G.
Transition metal oxides on reduced graphene oxide
nanocomposites: Evaluation of physicochemical
125
7 trang
18/04/2022
1180
Bạn đang xem tài liệu "Tổng hợp vật liệu tổ hợp trực tiếp rGO/thanh nano NiO bằng phương pháp nhiệt thủy phân và nghiên cứu các tính chất của vật liệu tổ hợp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tong_hop_vat_lieu_to_hop_truc_tiep_rgothanh_nano_nio_bang_ph.pdf
