Nghiên cứu cơ chế hấp phụ và tán xạ Raman tăng cường bề mặt của formaldehyde trên vật liệu nano bạc và vàng bằng phương pháp DFT

Formaldehyde là một hợp chất hóa học phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp nhưng cũng là mối lo ngại đáng kể về sức khỏe. Việc phát hiện formaldehyde, đặc biệt trong thực phẩm, có ý nghĩa quan trọng. Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) là một phương pháp quang phổ nhạy, cho phép phát hiện nhanh các chất ô nhiễm ở nồng độ thấp. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) để mô phỏng và giải thích cơ chế hấp phụ cũng như hiện tượng SERS của formaldehyde trên các vật liệu nano bạc và vàng.

Nghiên cứu cơ chế SERS của formaldehyde trên vật liệu nano kim loại quý.

Nghiên cứu này tập trung vào việc làm sáng tỏ cơ chế hấp phụ và hiện tượng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) của formaldehyde trên các vật liệu nano bạc (Ag), vàng (Au) và hợp kim của chúng bằng phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT). Các mô phỏng được thực hiện với phần mềm Gaussian 16, sử dụng phương pháp LC-BLYP kết hợp bộ hàm cơ sở cc-pVDZ-PP. Các cluster kim loại Ag6, Au6 và hợp kim Ag6-nAun (với n=1-5) được sử dụng làm chất nền hấp phụ. Kết quả cho thấy, sự hấp phụ của formaldehyde lên bề mặt kim loại chủ yếu thông qua tương tác giữa nguyên tử oxy của formaldehyde và các nguyên tử kim loại ở đỉnh cluster. Cơ chế tăng cường hóa học của SERS được xác định là do sự chuyển điện tử từ phân tử formaldehyde sang cluster kim loại. Đặc biệt, hiệu ứng tăng cường mạnh nhất được quan sát thấy ở các phức Ag5Au1Fo và Ag4Au2Fo, do khả năng chuyển điện tử vượt trội của chúng so với các dạng nguyên chất. Phân tích phổ Raman cho thấy các pic đặc trưng của formaldehyde dịch chuyển và tăng cường đáng kể khi hấp phụ lên vật liệu nano, đặc biệt là nhóm C=O. Sự thay đổi điện tích Mulliken cũng xác nhận sự chuyển điện tử này. Việc sử dụng hợp kim Ag-Au không chỉ mang lại hiệu ứng SERS tốt mà còn giúp hạn chế quá trình oxy hóa so với bạc nguyên chất và giảm chi phí so với vàng nguyên chất.