6
Tp chí Khoa hc 2011:19a 1-6 Trường Đại hc Cn Thơ 1 TNG HP THY NHIT VÀ NGHIÊN CU TÍNH CHT CA CÁC HT VI CU VÀ NANO HÌNH CU XP ZnS Nguyn Trí Tun 1 , Nguyn Văn Đạt 2 , Nguyn ThPhương Em 3 và Lê Văn Nhn 4 ABSTRACT ZnS nanoparticles were hydrothermally synthesized at 200 °C for 4 and 7 hours using sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3 ) and zinc chloride as initial materials. Scanning electron microscopy (SEM) images showed the co-existance of individual ZnS nanoparticles and microspheres formed by the nanoparticles. When acrylamide was added to the hydrothermal synthesis process as a surfactant, ZnS porous nanospheres were obtained. X-ray diffraction (XRD) revealed that the average size of ZnS nanocrystallites, estimated by the Debye-Sherrer formula, was about 4 nm. Photoluminescence excited (PLE) spectra of the material exhibited two blue shifts (~ 64 nm and ~ 24 nm) compared with the Photoluminescence (PL) peak of bulk ZnS. It is known to arise due to quantum confinement effect. Keywords: Nanoparticles; porous nanospheres; microspheres; hydrothermally synthesis Title: Hydrothermal synthesis and study on properties of ZnS micropheres and porous nanospheres TÓM TT Các ht nano tinh thZnS được tng hp thy nhit 200 o C trong 4 givà 7 gi, bng cách sdng cht Na 2 S 2 O 3 (sodium thiosulfate) and ZnCl 2 làm vt liu ban đầu. nh hin vi đin tquét cho thy stn ti đồng thi các ht nano ZnS riêng rvà các ht vi hình cu được to thành bi các ht nano. Khi cht acrylamide (cht hot động bmt) được cho thêm vào trong quá trình tng hp thy nhit, các nano hình cu xp ZnS được to thành. Sdng phương pháp nhiu xtia X (XRD) đo kích thước trung bình ca nano tinh thZnS bng công thc Debye-Sherrer, có giá trkhong 4 nm. Phkích thích hunh quang (PLE: photoluminescence-excitation) ca vt liu cho thy rng có 2 dch chuyn rt mnh (~64 và 24 nm) vphía bước sóng ngn (blue shift) so vi đỉnh hunh quang (PL:Photoluminescence) ca ZnS khi. Sdch chuyn này do nh hưởng ca hiu ng giam gilượng t. Tkhóa: ht nano, nano hình cu xp, vi hình cu, tng hp thy nhit 1 GII THIU ZnS là mt bán dn II-VI quan trng, có năng lượng vùng cm ln, khong 3.7 eV 300 K, nó được sdng làm vt liu hunh quang cho ng tia cathode [1], bt phosphor cho màn hình phng và trong linh kin đin hunh quang màng mng [2]. Gn đây, nhiu nhóm nghiên cu quan tâm đến vt liu nano có hình dng đặc bit vì các tính cht mi được mong đợi ca nó. Vt liu nano ZnS mt chiu đã được chế to như là que nano [3], dây nano [4-7], đai nano [8], ng nano [9], hình 1 Bmôn Vt lý, Khoa Khoa hc tnhiên, Trường Đại hc Cn Thơ 2 Bmôn Hóa hc, Khoa Khoa hc, Trường Đại hc Cn Thơ 3 Khoa cơ bn, Trường Đại hc Tin Giang 4 Bmôn Vt lý Sư phm, Khoa Sư phm, Trường Đại hc Cn Thơ

Vi Cầu Và Nano Hình Cầu Xốp Zns

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Vi Cầu Và Nano Hình Cầu Xốp Zns

Citation preview

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    1

    TNG HP THY NHIT V NGHIN CU TNH CHT CA CC HT VI CU V NANO HNH CU XP ZnS

    Nguyn Tr Tun1, Nguyn Vn t2, Nguyn Th Phng Em3 v L Vn Nhn4 ABSTRACT

    ZnS nanoparticles were hydrothermally synthesized at 200 C for 4 and 7 hours using sodium thiosulfate (Na2S2O3) and zinc chloride as initial materials. Scanning electron microscopy (SEM) images showed the co-existance of individual ZnS nanoparticles and microspheres formed by the nanoparticles. When acrylamide was added to the hydrothermal synthesis process as a surfactant, ZnS porous nanospheres were obtained. X-ray diffraction (XRD) revealed that the average size of ZnS nanocrystallites, estimated by the Debye-Sherrer formula, was about 4 nm. Photoluminescence excited (PLE) spectra of the material exhibited two blue shifts (~ 64 nm and ~ 24 nm) compared with the Photoluminescence (PL) peak of bulk ZnS. It is known to arise due to quantum confinement effect. Keywords: Nanoparticles; porous nanospheres; microspheres; hydrothermally synthesis Title: Hydrothermal synthesis and study on properties of ZnS micropheres and porous nanospheres

    TM TT Cc ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit 200 oC trong 4 gi v 7 gi, bng cch s dng cht Na2S2O3 (sodium thiosulfate) and ZnCl2 lm vt liu ban u. nh hin vi in t qut cho thy s tn ti ng thi cc ht nano ZnS ring r v cc ht vi hnh cu c to thnh bi cc ht nano. Khi cht acrylamide (cht hot ng b mt) c cho thm vo trong qu trnh tng hp thy nhit, cc nano hnh cu xp ZnS c to thnh. S dng phng php nhiu x tia X (XRD) o kch thc trung bnh ca nano tinh th ZnS bng cng thc Debye-Sherrer, c gi tr khong 4 nm. Ph kch thch hunh quang (PLE: photoluminescence-excitation) ca vt liu cho thy rng c 2 dch chuyn rt mnh (~64 v 24 nm) v pha bc sng ngn (blue shift) so vi nh hunh quang (PL:Photoluminescence) ca ZnS khi. S dch chuyn ny do nh hng ca hiu ng giam gi lng t. T kha: ht nano, nano hnh cu xp, vi hnh cu, tng hp thy nhit

    1 GII THIU ZnS l mt bn dn II-VI quan trng, c nng lng vng cm ln, khong 3.7 eV 300 K, n c s dng lm vt liu hunh quang cho ng tia cathode [1], bt phosphor cho mn hnh phng v trong linh kin in hunh quang mng mng [2]. Gn y, nhiu nhm nghin cu quan tm n vt liu nano c hnh dng c bit v cc tnh cht mi c mong i ca n. Vt liu nano ZnS mt chiu c ch to nh l que nano [3], dy nano [4-7], ai nano [8], ng nano [9], hnh 1 B mn Vt l, Khoa Khoa hc t nhin, Trng i hc Cn Th 2 B mn Ha hc, Khoa Khoa hc, Trng i hc Cn Th 3 Khoa c bn, Trng i hc Tin Giang 4 B mn Vt l S phm, Khoa S phm, Trng i hc Cn Th

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    2

    cu nano [10-12]. Hnh cu nano xp c th ng dng dng lm vt liu nh l tinh th quang t, b lc, xc tc,... V cc kh nng ng dng ca vt liu ny, nn chng ti ch to ht nano hnh cu xp ZnS bng phng php thy nhit 200 C trong 4 gi v 7 gi, khi cht acrylamide (cht hot ng b mt) cho thm vo trong qu trnh phn ng.

    2 THC NGHIM 2.1 Tng hp nano tinh th ZnS Trong th nghim ny, 4.08 g ZnCl2 khan v 7.44 g Na2S2O3.5H2O c vo Teflon ca bnh thy nhit c th tch 150 ml cng vi nc kh ion, chim tng cng th tch 120 ml (80%) ca Teflon. Bnh thy nhit c ng kn nhit 200 oC trong 4 v 7 gi. Sau khi thi gian phn ng ht, kt qu thu c l cht lng trng c. Dung dch ny c em quay ly tm, lc ra 2 ln bng nc kh ion v cn tuyt i, sau em sy kh trong chn khng (10-2 10-3 Torr) nhit 70 oC trong 15 gi. Kt qu, sn phm thu c l bt nano tinh th ZnS. 2.2 Tng hp nano hnh cu xp ZnS Tng hp nano hnh cu xp ZnS, 3.6 g acrylamide s dng nh cht hot ng b mt, c thm vo th nghim trn, nhit 200 oC trong 4 gi. Phng php tng hp ny tng t nh phng php ca Changlong Jiang v cng s [10]. 2.3 Cc phng php kho st thc nghim Cc mu thu c sau khi tng hp c kho st tnh cht cu trc bng gin nhiu x tia X (D8 Advance Bruker- c) ti Khoa Ha hc, Trng i hc Khoa hc T nhin, i hc Quc gia H Ni. Kch thc v hnh thi cu trc ca mu c kho st bng nh hin vi in t qut (FESEM) v nh hin vi truyn qua (TEM) ti Vin v sinh Dch t trung ng. Tnh cht quang ca vt liu c o bng my o ph hunh quang FL3-22 (Jobin Yvon-Spex, M) ti Trung tm Khoa hc Vt liu- HKH T nhin H Ni.

    3 KT QU 3.1 Tnh cht cu trc Hnh 1 l gin nhiu x tia X ca ca mu nano tinh th ZnS nhn c sau qu trnh tng hp bng phng php thy nhit, 200 oC trong 4 gi (4 h), 7 gi (7 h) v 4 gi (4 h(a)) c cht hot ng b mt acrylamide (a).

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    3

    Hnh 1: Gin nhiu x tia X ca mu nano tinh th ZnS tng hp thy nhit

    200 oC trong 7h, 4 gi v 4 gi c cht hot ng b mt acrylamide C th thy trong hnh 1, gin nhiu x tia X c c trng bi 3 nh nhiu x c cng yu v rng bn ph ln. V tr cc nh ny l hon ton tng ng vi nhiu x trn 3 mt (111), (220) v (311) ca ZnS c cu trc lp phng gi km. Kt qu ny khng nh bt nhn c t quy trnh tng hp ca chng ti l ZnS. Cng yu v rng bn ph ln ca cc nh nhiu x cho thy cc tinh th nhn c c kch thc nh v kt tinh thp. Da vo gin nhiu x tia X v cng thc Debye-Sherrer, chng ti tnh c kch thc tinh th ca nano ZnS ca mu 1, 2 v 3 c biu din bng 1. Da vo bng 1, chng ti thy kch thc tinh th ca nano ZnS ca mu 1 v 2 l thay i khng nhiu. i vi mu 3, kch thc tinh th ca nano ZnS l ~3 nm, nh hn so vi hai mu trn. Bng 1: Kch thc trung bnh ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit

    200 oC trong 4 gi, 7 gi v 4 gi c cht hot ng b mt acrylamide Mu 1 2 3

    Thi gian thy nhit 4 gi 7 gi 4 gi (a) Kch thc tinh th ~9 nm ~12 nm ~3 nm

    nh FESEM ca mu 1 v 2 c biu din hnh 2. Hnh 2a l nh FESEM mu 1, cho thy nh ca mt ht vi cu c ng knh khong 1m, b mt ca ht vi cu ny nhm, khng c nhn. Hnh 2b l nh FESEM ht vi cu c phng to ln hai ln, cho thy cc ht nano b mt ca ht vi cu c kch thc khong 15 nm, ln hn kch thc c tnh ton da trn gin nhiu x tia X.

    Hnh 2: nh FESEM ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit nhit 200 oC trong 4 gi v 7h

    a cb d

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    4

    iu ny chng t cc ht tinh th nano ZnS to thnh cc ht vi cu ZnS. Hnh 2c l nh FESEM mu 2, cho thy ngoi cc ht vi cu ZnS c ng knh khong 1-5 m, cn c ln cc ht nano c kch thc trung bnh khong 20 nm c biu din hnh 2d. Nh vy, khi tng hp thy nhit mu 2 (200 oC, 7 gi), c thi gian ln hn mu 1 (200 oC, 4 gi), th kch thc trung bnh ca cc ht nano tinh th ZnS ln hn v kch thc khong 5 nm, iu chng t cc ht b kt m khi thi gian tng hp thy nhit lu hn 4 gi. nh FESEM ca mu 3 c biu din hnh 3. Hnh 3a cho thy nh cc ht nano ZnS c dng hnh cu xp, ng knh ca cc ht nano hnh cu xp c kch thc khong 130-230 nm. Nguyn nhn to ra ht nano hnh cu xp, c th l do cc bt kh SO2 to ra trong qu trnh phn ng, bay ln lm cho cc ht nano hnh cu c nhng l nh to nn hnh cu xp. Hnh 3b cho thy cc ht nano ZnS c kch thc khong 10 nm cu thnh cc ht nano hnh cu xp, khi tng hp thy nhit mu 3 do c cht xc tc b mt acrylamide thm vo trong mu, ngn khng cho ht kt t ln ln c.

    Hnh 3: nh FESEM ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit nhit 200 oC trong 4 gi c cht hot ng b mt acrylamide

    xc nh kch thc v hnh thi hc ca ht chnh xc hn, chng ti chp nh TEM ca mu. Hnh 4 l nh TEM ca cc ht nano c thy nhit 200 oC khng c cht acrylamide, cc ht ny c kch thc ~10 nm v kt m li vi nhau. Kch thc ht ny kh ph hp vi kch thc tnh bng gin tia X.

    Hnh 4: nh TEM ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit nhit 200 oC trong 4 gi, khng c acrylamide

    a b

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    5

    Hnh 5 l nh TEM ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit nhit 200oC trong 4 gi, c cht hot ng b mt acrylamide.

    Hnh 5: nh TEM ca ht nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit nhit 200 oC -4 gi, c cht hot ng b mt acrylamide

    Da vo hnh 5a, cho thy cc ht nano ny c kch thc kh nh ~2-3 nm, do cht hot ng b mt bm vo b mt ca cc ht nano khng cho cc ht kt t li vi nhau. Hnh 5b, cho thy cc ht nano cu thnh cc nano hnh cu xp ZnS, c kch thc trung bnh ~30-80 nm. Kch thc ca cc ht nano Zns ny tng i ph hp vi kch thc tnh bng gin nhiu x tia X v nh FESEM. 3.2 Tnh cht hunh quang Hnh 6, l ph kch thch hunh quang ca ht nano v ht nano hnh cu xp ZnS c tng hp thy nhit 200 oC trong 4 gi v 7 gi khng c cht acrylamide v 4 gi c cht acrylamide. Vng ph PLE rng t 250-350 nm, hai nh chnh nhn c bao gm hai vng ph c trng vi cc i tng ng ~280 v ~320 nm, so vi ph kch thch hunh quang ca ZnS khi 344 nm [13], c s dch chuyn v pha bc sng ngn, c nng lng cao (blue shift) rt mnh ~64 nm v 24 nm tng ng. Hin tng dch chuyn ny lin quan n hin hiu ng giam gi lng t mnh, khi kch thc ht gim xung 2-3 nm. T hnh 6, ph hunh quang ca cc mu ZnS khng c v c cht hot ng b acrylamide c tng hp thy nhit, chng ti quan st thy vng pht x rng ~400-500 nm, c nh hunh quang cc i 436 nm. nh pht x ny thng l do cc sai hng v trng thi b mt ca nano ZnS gy nn.

    Hnh 6: Ph PLE v PL ca nano tinh th ZnS c tng hp thy nhit, vi em: 440 nm v ex: 280 nm

    30 nm

    60 nm

    80 nm

    a b

  • Tp ch Khoa hc 2011:19a 1-6 Trng i hc Cn Th

    6

    Theo cc cng b gn y, nh hunh quang mu xanh dng (blue) thng c quan st thy cc mu nano tinh th ZnS vi di ph khong 430-464 nm [6,14]. y c xem nh l nh pht x lin quan n sai hng ca ZnS. Mt s cng trnh gii thch nguyn nhn ca pht x xanh dng ca ZnS l do cc nt khuyt S [15].

    4 KT LUN Trong bi bo ny, chng ti trnh by qui trnh thy nhit ch to cc ht nano v vi cu ZnS 200 oC trong 4 gi v 7 gi. ng thi trnh by k thut ch to ht nano hnh cu xp ZnS 200 oC trong 4 gi khi thm vo cht hot ng b mt acrylamide, nano hnh cu xp ZnS c hnh thnh khi c bong bng kh SO2 trong sut qu trnh phn ng. Tnh cht quang ca nano hnh cu xp ZnS c nghin cu bng ph PLE v PL. nh ph kch thch hunh quang dch chuyn v pha bc sng ngn (blue shift) rt mnh ~64 v 24 nm so vi nh ca ZnS khi. Phng php ny ang c p dng ch to cc ht nano hnh cu xp v c khc.

    TI LIU THAM KHO [1] M. Bredol, J. Merikhi, J. Mater. Sci. 33 471 (1998). [2] Poulomi Roy, Jyoti R. Ota, Suneel Kumar Srivastava, Thin Solid Films 515 19121917

    (2006). [3] Changhao Liang, Yoshiki Shimizu, Takeshi Sasaki, Hiroyuki Umehara, and Naoto

    Koshizaki, J. Phys. Chem. B 108, 9728-9733. (2004). [4] Ming Lin, Tripathy Sudhiranjan, Chris Boothroyd, Kian Ping Loh, Chemical Physics

    Letters 400 175178 (2004). [5] Qihua Xiong, G. Chen, J. D. Acord, X. Liu, J. J. Zengel, H. R. Gutierrez, J. M. Redwing,

    L. C. Lew Yan Voon, B. Lassen, and P. C. Eklund, Nano Lett, Vol. 4, No. 9, (2004). [6] G.H. Yue, P.X. Yan, D. Yan, X.Y. Fan, M.X. Wang, D.M. Qu, J.Z. Liu, Appl. Phys. A 84,

    409-412 (2006). [7] Subhajit Biswas, Tandra Ghoshal, Soumitra Kar, Supriya Chakrabarti, and Subhadra

    Chaudhuri, Crystal Growth & Design, Vol. 8, No. 7, (2008). [8] Xiaodong Li, Xinnan Wang, Qihua Xiong, and Peter C. Eklund, Nano Lett., Vol. 5, No.

    10, (2005) [9] R.T. Lv, C.B. Cao, Y.J. Guo, H.S. Zhu, J. Mater. Sci. 39 1575 (2004). [10] Changlong Jiang, Wangqun Zhang, Guifu Zou, Weicao Yu, Yitai Qian, Materials

    Chemistry and Physics 103 24-27 (2007). [11] Zhengshui Hu, Lanying Li, Xiaodong Zhou, Xun Fu, Guohua Gu, Journal of Colloid and

    Interface Science 294 328333 (2006). [12] Hua-Feng Shao, Xue-Feng Qian, Zi-Kang Zhu, Journal of Solid State Chemistry 178

    35223528 (2005). [13] S. Yanagida, M. Yoshiya, T. Shiragami, C. Pac, H. Mori and H. Fujita, J. Phys. Chem 94

    3104-3111 (1990). [14] Ping Yang, Mengkai Lu, Dong Xu, Duolong Yuan, Guangjun Zhou, Journal of

    Luminescence, 93 101-105 (2001). [15] Harish Chander, Materials Science and Engineering R 49 113155 (2005).