Trong thập kỷ qua, các cấu trúc nano kim loại một chiều (1D), chẳng hạn như thanh nano, dây nano và ống nano, là một vấn đề trọng tâm của nghiên cứu chuyên sâu vì tính chất điện tử, quang học, từ tính, nhiệt, xúc tác và các đặc tính khác biệt rõ rệt so với các tính chất cơ bản vật liệu gốc của chúng [1–5]. Gần đây đã có nhiều nỗ lực để kiểm soát cấu trúc của chúng nhằm đạt được các đặc tính mong muốn, khác biệt với các chất rắn khối do kích thước nhỏ và hình dạng rõ ràng của chúng [6–8] .
Đối với cấu trúc nano bạc, nhiều phương pháp tổng hợp có điều khiển hình dạng đã được phát triển để tạo ra các tấm nano bạc, lăng kính nano, thanh nano và dây nano. Đối với các dạng này, tổng hợp dựa trên dung dịch đã được chứng minh là một trong những con đường thành công nhất để kiểm soát năng suất, kích thước và hình thái của hạt nano Ag. Đặc biệt, quy trình polyol đã thu hút được nhiều sự chú ý hơn do quy trình đơn giản và dễ dàng trong môi trường không khí. Quá trình này được phát triển lần đầu tiên bởi Figlarz et al vào năm 1989 để chế tạo các hạt nano kim loại mịn và đơn phân tán có kích thước dưới micromet [9]. Gần đây, phương pháp này đã được áp dụng thành công để chế tạo các hạt nano Ag đơn tinh thể có hình khối đồng nhất kích thước nano sử dụng polyvinylpyrrolidone (PVP) làm chất bảo vệ và ethylene glycol (EG) vừa là chất khử vừa là dung môi [10], trong đó nhiệt độ và thời gian phản ứng cũng như nồng độ chất bảo vệ là những thông số chính để kiểm soát đường kính và hình dạng của sản phẩm hạt kim loại.
Mặt khác, một số nghiên cứu có liên quan đã tiết lộ rằng việc sử dụng hạt giống có lợi cho sự phát triển dị hướng trong các điều kiện khác nhau, ví dụ như sự bay hơi trong argon ở áp suất thấp và quá trình polyol trong dung dịch lỏng [9,11]. Với phương pháp xử lý polyol, một số nhóm đã thu được dây nano 1D Ag khi các hạt nano Pt được đưa vào làm hạt giống trước khi bổ sung bạc nitrit và dung dịch PVP [12–14]. Trong các công trình này, họ đã chứng minh rằng nồng độ hạt, quy trình tiêm thuốc thử cụ thể và tỷ lệ PVP với nguồn bạc là những thông số quan trọng cho sự hình thành các hạt hình que. Ngay cả với những điều kiện vận hành phức tạp này, hiệu suất của thanh nano vẫn ở mức thấp tới 70% trong quy trình. Hơn nữa, người ta biết rằng khả năng tái lập của nhiều phương pháp hóa học có thể bị ảnh hưởng lớn bởi lượng chất gây ô nhiễm như các loại ion [15–17]. Gần đây hơn, Xia et al. đã phát hiện ra rằng một lượng rất nhỏ ion Fe2+/3+ ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu suất và hình dạng của dây nano bạc bằng cách loại bỏ oxy khỏi bề mặt của hạt bạc và ngăn chặn sự hòa tan của phân tử bạc tương ứng [18]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi quan tâm đến lý do tại sao ion Fe2+/3+ lại có vai trò quan trọng trong việc điều chế thanh nano bạc với hiệu suất cao và khả năng thay thế bằng các ion kim loại khác. Mặt khác, độ tinh khiết và hiệu suất nhiệt của thanh nano bạc rất quan trọng đối với ứng dụng của bạc, chẳng hạn như các thiết bị điện và vật liệu hàn. Để tối ưu hóa hiệu suất ứng dụng của thanh bạc và làm sáng tỏ ảnh hưởng của muối đến hiệu suất, hình thái và tỷ lệ khung hình của thanh nano bạc, một loạt thí nghiệm cẩn thận đã được thiết kế trong công trình này. Ở đây, muối FeCl3 được chọn làm chất phụ gia tiêu chuẩn để tạo thành các nguyên liệu vật chất có cấu trúc nano bạc, các muối khác được sử dụng để làm sáng tỏ chức năng của FeCl3 trong quá trình tổng hợp tiêu chuẩn.
Trong quy trình tổng hợp tiêu chuẩn, 0,5 ml dung dịch FeCl3 (6×10−4 M, trong EG) được thêm vào 6 mL EG trong bình đáy tròn được đun nóng đến 150◦C trong 5–10 phút, sau đó Đổ 6 mL dung dịch EG gồm dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,052 M và PVP 0,067 M (trọng lượng phân tử trung bình 360k tính theo đơn vị đơn phân) vào dung dịch nóng. Hỗn hợp phản ứng được giữ ở 150◦C cho đến khi toàn bộ AgNO3 bị khử hoàn toàn, mất khoảng 1,5 giờ. Để kiểm tra hiệu suất và hình thái của thanh nano Ag, 1 mL dung dịch huyền phù thu được được pha loãng với 8 mL axeton và etanol, sau đó ly tâm ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 10 phút trong hai lần. Ở mọi giai đoạn, dung dịch nổi phía trên được đo bằng máy quang phổ UV để xác nhận lượng hạt nano bạc tương đối. Kết tủa trong ethanol sau khi ly tâm được đặc trưng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM; JEOL, JSM-5510S). Phổ hấp thụ UV-vis được chụp ở nhiệt độ phòng bằng máy quang phổ Jasco V-570 sử dụng cuvet thạch anh đường quang 1 cm bằng cách pha loãng 0,3 mL dung dịch mẫu thành 1 mL. Mẫu nhiễu xạ bột tia X (XRD) được ghi lại bằng máy đo nhiễu xạ Rigaku RINT 2500 với bức xạ Cu K ở 2 dải từ 20◦ đến 80◦. Đối với XRD, các mẫu kết tủa trong ethanol được thả trên đế thủy tinh để tạo thành một màng mỏng và sau đó được quét bằng tia X. Một giọt mẫu kết tủa trong etanol được đặt trên lưới phủ màng cacbon để quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM; JEOL 200CX).
3. Kết Quả
Hình 1a thể hiện ảnh SEM của thanh nano Ag thu được bằng phương pháp tổng hợp tiêu chuẩn. Các thanh nano Ag có chiều dài khoảng 8 m và đường kính khoảng 70 nm. Ảnh SEM cũng chỉ ra rằng các thanh nano chỉ được tổng hợp mà không có các hạt Ag khác. Dung dịch nổi phía trên không màu khi kết tủa được rửa và tinh chế bằng phương pháp ly tâm. Điều này phần lớn khác với các báo cáo trước đây, trong đó chất nổi phía trên vẫn có màu hơi vàng cho thấy một lượng lớn hạt nano Ag [12–13].
Hình 1a) Hình SEM mẫu nano
Ag bằng phương pháp tổng hợp tiêu chuẩn