Nghiên cứu và chế tạo đế SERS trên nền vật liệu ZnO, Graphene và Ag trong phân tích Rhodamine 6G và Crystal Violet bằng quang phổ Raman - NCS. Tiêu Tư Doanh

Tên đề tài luận án: Nghiên cứu và chế tạo đế SERS trên nền vật liệu ZnO, Graphene và Ag trong phân tích Rhodamine 6G và Crystal Violet bằng quang phổ Raman
Ngành: Quang học
Mã số ngành: 62440109
Họ tên nghiên cứu sinh: Tiêu Tư Doanh
Khóa đào tạo: K26-2016
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Thị Hạnh Thu và TS Nguyễn Văn Cáttiên
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQG.HCM 
1. Tóm tắt luận án 
Hiện tượng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (Surface-Enhanced Raman Scattering - SERS) là sự tăng cường độ tán xạ Raman của phân tử lên rất lớn khi phân tử này được hấp phụ trên bề mặt vật liệu vi cấu trúc. Công nghệ phân tích hiện đại sử dụng hiện tượng quang học này để ứng dụng phát hiện các vi lượng (vết) và các phân tử hữu cơ như là các hợp chất bảo vệ thực vật, phụ gia thực phẩm, độc tố, ... với nồng độ rất nhỏ (cỡ một phần tỉ, ppb). Do đó, SERS được ứng dụng trong các lĩnh vực quan trắc môi trường, an toàn thực phẩm và dược phẩm, cảm biến sinh hóa, khoa học y sinh, xúc tác, … 
Trong luận án này, quá trình nghiên cứu và chế tạo đế SERS bằng cách kết hợp các vật liệu như ZnO, Graphene và Ag nhằm phân tích Rhodamine 6G và Crystal Violet. Cấu trúc Ag NPs@ZnO NRs được tổng hợp bằng các phương pháp phún xạ và thủy nhiệt được xem là đơn giản, chế tạo ở nhiệt độ thấp nên có khả năng ứng dụng cao. Quy trình chế tạo gồm ba bước: lớp mầm ZnO được chế tạo bằng phương pháp phún xạ, thanh nano ZnO hình thành bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt và hạt nano Ag được gắn lên thanh nano ZnO bằng phương pháp phún xạ. Trong khi đó, cấu trúc Ag NPs@ZnO NFs 3D được thiết kế và chế tạo thành công mà sử dụng các phương pháp phún xạ, thủy nhiệt và quang khử được xem là đơn giản, hiệu quả kinh tế, chế tạo ở nhiệt độ thấp nên có khả năng ứng dụng cao. Quy trình chế tạo gồm ba bước: lớp mầm AZO được chế tạo bằng phương pháp phún xạ, hoa nano ZnO hình thành bằng phương pháp tổng hợp thủy nhiệt và hạt nano Ag được gắn lên hoa nano ZnO bằng phương pháp quang khử. Cuối cùng, cấu trúc Ag NPs/Graphene Nanoribbons/Cellulose được tổng hợp bằng các phương pháp hóa ướt và phún xạ được xem là đơn giản, ở nhiệt độ không cao nên có khả năng ứng dụng thực tiễn trong tương lai. Quy trình chế tạo từ ba bước: Graphene Nanoribbons được tổng hợp từ CNTs bằng phương pháp hóa ướt, giấy Graphene Nanoribbons hình thành bằng phương pháp lọc hút chân không và hạt nano Ag gắn lên giấy Graphene Nanoribbons bằng phương pháp phún xạ.
2. Những kết quả mới của luận án 
a) Cấu trúc đế Ag NPs@ZnO NRs được nghiên cứu, chế tạo và có khả năng phát hiện chất thử R6G ở nồng độ thấp 10-8 M với EF thu được lên đến 4.2x107 dưới nguồn sáng laser kích thích 532nm, khả năng tự làm sạch để sử dụng lại và đặc biệt các giải thích đầy đủ về sơ đồ chuyển tiếp điện tử trong quá trình quang điện của các tiếp xúc dị thể ứng dụng trong hiệu ứng của đế SERS.
b) Cấu trúc đế Ag NPs @ZnO NFs được nghiên cứu, chế tạo và có khả năng phát hiện chất thử CV ở nồng độ thấp 10-10 M với EF > 107, nhận biết cùng lúc hai chất CV nồng độ 10-8 M và R6G nồng độ 10-6 M, đánh giá Raman tại nhiều điểm khác nhau để nhận xét độ đồng nhất bề mặt và đặc biệt các giải thích đầy đủ về sơ đồ chuyển tiếp điện tử trong quá trình quang điện của các tiếp xúc dị thể. 
c) Cấu trúc Ag NPs/GNRs trên giấy được nghiên cứu, chế tạo và có khả năng phát hiện chất thử R6G ở nồng độ 10-5 M, tổng hợp Graphene Nanoribbons từ CNTs cho độ tinh khiết cao (trên 99% C) có khả năng ứng dụng thực tiễn cho đế SERS trong tương lai và đặc biệt các giải thích đầy đủ về sơ đồ chuyển tiếp điện tử trong quá trình quang điện của các tiếp xúc dị thể.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
- Đối với các cấu trúc Ag NPs@ZnO NRs và Ag NPs@ZnO NFs 3D mở rộng nghiên cứu nhận biết các chất cấm, chất cần phát hiện thực tiễn, từ đó hoàn thiện bộ kit SERS cho các ứng dụng phân tích vi mô.
- Đối với đế Ag NPs/GNRs/CP, tiếp tục nghiên cứu thêm về nồng độ nhận biết thấp hơn nữa của chất R6G, khả năng tái sử dụng của đế này và thay đổi các nồng độ Ag tối ưu trên và sau đó tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu ra các chất nhận biết thực tiễn hơn.