ĐIỀU CHỈNH BỀ MẶT HÓA HỌC CỦA HẠT NANO CARBON  BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỶ LỆ TIỀN CHẤT ACID/AMINE

Phạm Thị Thu Trang; Trần Thị Khánh Linh; Bùi Huy Hoàng; Mai Xuân Dũng; Trần Khánh Hòa; Vũ Thị Phương Anh; Nguyễn Văn Hảo; Nguyễn Thị Thanh

doi:10.34238/tnu-jst.12097

ĐIỀU CHỈNH BỀ MẶT HÓA HỌC CỦA HẠT NANO CARBON BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỶ LỆ TIỀN CHẤT ACID/AMINE

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 20/02/25 Ngày hoàn thiện: 05/05/25 Ngày đăng: 05/05/25

Các tác giả

1. Phạm Thị Thu Trang , Học viên Quân Y
2. Trần Thị Khánh Linh, Học viên Quân Y
3. Bùi Huy Hoàng, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
4. Mai Xuân Dũng, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
5. Trần Khánh Hòa, Trường Đại học Thủy lợi
6. Vũ Thị Phương Anh, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
7. Nguyễn Văn Hảo, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
8. Nguyễn Thị Thanh, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Tóm tắt

Điều chỉnh bề mặt hóa học của hạt nano carbon có ý nghĩa quan trọng để triển khai ứng dụng của hạt nano carbon trong một số lĩnh vực khác nhau như xúc tác quang hóa, y sinh và chế tạo vật liệu đa chức. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp các mẫu hạt nano carbon bằng cách thủy nhiệt hỗn hợp axit citric và ethylenediamine khác nhau về tỷ lệ axit citric/ethylenediamine. Nghiên cứu hạt nano carbon bằng phổ hồng ngoại, phổ huỳnh quang và phổ hấp thụ UV-Vis, chúng tôi nhận thấy bề mặt của hạt nano carbon thay đổi từ giàu carboxy sang giàu amino khi giảm tỷ lệ axit citric/ethylenediamine. Các hạt nano carbon đều có chung một đỉnh hấp thụ ở khoảng 350 nm trong khi hiệu suất phát xạ lượng tử thay đổi trong khoảng từ 2,5% đến 63,0%. Tính toán lý thuyết cho thấy vị trí năng lượng của HOMO và LUMO của hạt nano carbon chức năng hóa bởi carboxy thấp hơn so với hạt nano carbon chức năng hóa bằng amino trong khi độ rộng vùng cấm của chúng là tương tự nhau. Kết quả trình bày trong bài báo này cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế hạt nano carbon phù hợp cho ứng dụng cụ thể.

Từ khóa

Hạt carbon; Nhóm chức; Hóa học bề mặt; Thủy nhiệt; Mức năng lượng

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] S. Zhu, Y. Song, X. Zhao, J. Shao, J. Zhang, and B. Yang, “The photoluminescence mechanism in carbon dots (graphene quantum dots, carbon nanodots, and polymer dots): current state and future perspective,” Nano Res., vol. 8, no. 2, pp. 355–381, Feb. 2015, doi: 10.1007/s12274-014-0644-3.

[2] T. D. Nguyen et al., “Decorating conjugated fluorophore to PEI for photoluminescence sensing and interfacial electrolyte applications,” Mater. Lett., vol. 377, Aug. 2024, Art. no. 137444, doi: 10.1016/j.matlet.2024.137444.

[3] T. T.-H. Do et al., “Control the solubility of carbon quantum dots by solvent engineering,” HPU2 J. Sci. Nat. Sci. Technol., vol. 2, no. 3, pp. 51–58, Dec. 2023, doi: 10.56764/hpu2.jos.2023.2.3.51-58.

[4] X.-D. Mai et al., “One-pot synthesis of homogeneous carbon quantum dots/aluminum hydroxide composite and its application in Cu(II) detection,” Carbon Lett., vol. 34, pp. 603–609, Jan. 2024, doi: 10.1007/s42823-023-00676-z.

[5] T. Q. Nguyen et al., “Universal method for preparation of metal-doped Carbon quantum dots,” TNU J. Sci. Technol., vol. 200, no. 07, pp. 3–9, 2019.

[6] D.-K. Nguyen, T.-S. Le, Q.-T. Le, and X.-D. Mai, “The roles of intermediate fluorophores on the optical properties of bottom-up synthesized carbon nanodots,” HPU2 J. Sci. Nat. Sci. Technol., vol. 2, no. 2, pp. 68–82, 2023, doi: 10.56764/hpu2.jos.2023.2.2.68-82.

[7] X.-D. Mai, T. T. K. Chi, T.-C. Nguyen, and V.-T. Ta, “Scalable synthesis of highly photoluminescence carbon quantum dots,” Mater. Lett., vol. 268, Jun. 2020, Art. no. 127595, doi: 10.1016/j. matlet.2020.127595.

[8] S. Zhu et al., “Photoluminescence mechanism in graphene quantum dots: Quantum confinement effect and surface/edge state,” Nano Today, vol. 13, pp. 10–14, 2017, doi: 10.1016/j.nantod.2016.12.006.

[9] H. Li et al., “Water-soluble fluorescent carbon quantum dots and photocatalyst design,” Angew. Chemie - Int. Ed., vol. 49, no. 26, pp. 4430–4434, 2010, doi: 10.1002/anie.200906154.

[10] S. H. Jin, D. H. Kim, G. H. Jun, S. H. Hong, and S. Jeon, “Tuning the photoluminescence of graphene quantum dots through the charge transfer effect of functional groups,” ACS Nano, vol. 7, no. 2, pp. 1239–1245, 2013, doi: 10.1021/nn304675g.

[11] Q.-B. Hoang, V.-T. Mai, D.-K. Nguyen, D. Q. Truong, and X.-D. Mai, “Crosslinking induced photoluminescence quenching in polyvinyl alcohol-carbon quantum dot composite,” Mater. Today Chem., vol. 12, pp. 166–172, Jun. 2019, doi: 10.1016/j.mtchem.2019.01.003.

[12] X. Xu et al., “Surface functional carbon dots: Chemical engineering applications beyond optical properties,” J. Mater. Chem. C, vol. 8, no. 46, pp. 16282–16294, 2020, doi: 10.1039/d0tc03805a.

[13] X.-D. Mai et al., “Homogeneous and highly photoluminescent composites based on in-situ formed fluorophores in PVA blends,” Mater. Lett., vol. 319, Jul. 2022, Art. no. 132269, doi: 10.1016/j.matlet.2022.132269.

[14] X.-D. Mai et al., “The synthesis of polymeric nano carbon from foods and the application in Pb(II) detection,” TNU J. Sci. Technol., vol. 189, no. 13, pp. 45–51, 2018.

[15] H. Shabbir, E. Csapó, and M. Wojnicki, “Carbon quantum dots: The role of surface functional groups and proposed mechanisms for metal ion sensing,” Inorganics, vol. 11, no. 6, 2023, doi: 10.3390/inorganics11060262.

[16] T.-H. T. Dang, V.-T. Mai, Q.-T. Le, N.-H. Duong, and X.-D. Mai, “Post-decorated surface fluorophores enhance the photoluminescence of carbon quantum dots,” Chem. Phys., vol. 527, Nov. 2019, Art. no. 110503, doi: 10.1016/j.chemphys.2019.110503.

[17] Q. Fang et al., “Luminescence origin of carbon based dots obtained from citric acid and amino group-containing molecules,” Carbon, vol. 118, pp. 319–326, 2017, doi: 10.1016/j.carbon.2017.03.061.

[18] Y. Song et al., “Investigation from chemical structure to photoluminescent mechanism: A type of carbon dots from the pyrolysis of citric acid and an amine,” J. Mater. Chem. C, vol. 3, no. 23, pp. 5976–5984, 2015, doi: 10.1039/c5tc00813a.

[19] X.-D. Mai et al., “The thermal preparation of luminescent pmma composite using citric acid and ethylenediamine,” TNU J. Sci. Technol., vol. 227, no. 16, pp. 62–67, Oct. 2022, doi: 10.34238/tnu-jst.6470.

[20] A. M. Vervald, K. A. Laptinskiy, M. Y. Khmeleva, and T. A. Dolenko, “Toward carbon dots from citric acid and ethylenediamine, part 1: Structure, optical properties, main luminophore at different stages of synthesis,” Carbon Trends, vol. 19, 2025, Art. no. 100452, doi: 10.1016/j.cartre.2025.100452.

[21] M. Pykal et al., “Thermodynamics and kinetics of early stages of carbon dot formation: A case of citric acid and ethylenediamine reaction,” Nanoscale, vol. 17, pp. 7780-7789, 2025, doi: 10.1039/d4nr04420g.

[22] M. Otyepka, M. Langer, M. Paloncýová, and M. Medved’, “Molecular fluorophores self-organize into c-dot seeds and incorporate into c-dot structures,” J. Phys. Chem. Lett., vol. 11, no. 19, pp. 8252–8258, 2020, doi: 10.1021/acs.jpclett.0c01873.

[23] P. Duan, B. Zhi, L. Coburn, C. L. Haynes, and K. Schmidt-Rohr, “A molecular fluorophore in citric acid/ethylenediamine carbon dots identified and quantified by multinuclear solid-state nuclear magnetic resonance,” Magn. Reson. Chem., vol. 58, no. 11, pp. 1130–1138, 2020, doi: 10.1002/mrc.4985.

[24] M. Shamsipur, A. Barati, A. A. Taherpour, and M. Jamshidi, “Resolving the multiple emission centers in carbon dots: From fluorophore molecular states to aromatic domain states and carbon-core states,” J. Phys. Chem. Lett., vol. 9, no. 15, pp. 4189–4198, 2018, doi: 10.1021/acs.jpclett.8b02043.

[25] M. Fu et al., “Carbon dots: A unique fluorescent cocktail of polycyclic aromatic hydrocarbons,” Nano Lett., vol. 15, no. 9, pp. 6030–6035, 2015, doi: 10.1021/acs.nanolett.5b02215.

[26] X. Mai, Y. T. H. Phan, and V. Nguyen, “Excitation-independent emission of carbon quantum dot solids,” Adv. Mater. Sci. Eng., vol. 2020, pp. 1–5, Dec. 2020, doi: 10.1155/2020/9643168.

[27] V. T. Mai, T. P. Le, A. D. Vu, X. B. Nguyen, and X. D. Mai, “Enhanced energy transfer in carbon quantum dot solids,” TNU J. Sci. Technol., vol. 225, no. 06, pp. 419–423, 2020.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12097

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ