رزگار احمدی

در این کار تحقیقاتی، کاتالیست‌های مبتنی بر نانوذرات Pt بر روی نانولوله‌های کربنی (Pt-Cu/CNT) اصلاح شده با گوگرد سنتز شدند و از آن‌ها برای واکنش اکسایش متانول در محلول اسیدی استفاده گردید. تهیه کاتالیست‌ها به این صورت بود که نسبت‌های مختلفی از نمک‌های اولیه فلزات مربوطه بر روی نانولوله‌های کربنی اصلاح شده با گوگرد نشانده شدند. توزیع اندازه ذرات پلاتین در کاتالیست‌های Pt-Cu/CNT سنتز شده متاثر از مقدار گوگرد به‌کار رفته در اصلاح سطح نانولوله‌های کربنی (نسبت وزنی S/CNT) می‌باشد. کاتالیست‌ها در اتمسفر هیدروژن-آرگون و در دمای 850 درجه سانتی‌گراد به‌صورت آلیاژ سنتز شدند. شناسایی کاتالیست‌های سنتز شده با روش‌های SEM، TEM، XRD و ICP انجام شد و فعالیت کاتالیستی آن‌ها با تکنیک‌های الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با وجود استفاده از دمای بالا برای آلیاژ شدن کاتالیست‌ها، ذرات آن‌ها به‌طور گسترده‌ای بر روی بستر نانوله‌های کربنی پخش می‌شوند به طوری‌که نانوذرات حاصل دارای اندازه ذرات کوچک در حدود 5 نانومتر در PtCu/CNT به عنوان کاتالیست بهینه می‌باشند. همچنین در این پژوهش اثر بستر و همچنین اثر نوع ترکیبات آلی و اثر غلظت متانول برای محلول الکترولیت نیز مورد بحث و بررسی قرار گرفت، که نتایج حاصل از کل فرآیندهای الکتروشیمیایی به این صورت بود که کاتالیست PtCu بر روی بستر نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده با گوگرد در محلول الکترولیت سولفوریک اسید 5/0 مولار محتوی متانول با غلظت 0/1 مولار، بیشترین فعالیت الکتروشیمیایی را برای اکسایش متانول نسبت به دیگر کاتالیست‌ها داشت.

در این پروژه با استفاده از یک روش هیدروترمال یک مرحله‌ای نانو مکعب‌های آبی پروس با موفقیت سنتز گردید. بررسی‌های الکتروشیمیایی به خوبی نشان دادند که نانومکعب‌های آبی پروس دارای فعالیت الکتروکاتالیستی کمی برای واکنش آزدسازی اکسیژن می‌باشد. سپس آنالوگ‌های آبی پروس با روش هم رسوبی سنتز شدند. تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که نانو مکعب‌های PBA سنتز شده به صورت ساختار مکعب مانند تجمع یافته-اند. نتایج بیانگر تاثیر نوع نمک کبالت و سورفکتانت به کار رفته در سنتز در اندازه ذرات مکعبی بود و نمک کبالت نیترات و سورفکتانت سدیم سیترات باعث سنتز مکعب‌های با اندازه تقریبی 65 نانومتر شدند. همچنین با فسفر دار کردن آنالوگ‌های آبی پروس فعالیت الکتروکاتالیستی ذرات برای واکنش آزادسازی اکسیژن و هیدروژن بهبود یافت و در طی فرایند فسفردار کردن ساختار نانومکعب ها به ساختار شبه کروی تغییر پیدا می کرد. در هر مرحله از فرآیند‌های سنتزی ساختار و مورفولوژی آبی پروس و آنالوگ‌های آن با استفاده از تکنیک‌های طیف سنجی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، رامان و FT-IR مورد مطالعه قرار گرفتند و نتایج به خوبی تشکیل PB و CoFe-PBA را مورد تائید قرار می دادند. همچنین با قرادادن بستر گرافن اکسید سعی براین بود که فعالیت الکتروکاتالیستی نانو مکعب‌های آبی پروس بهتر شود اما نتایج نشان داده شده به وسیله روش‌های الکتروشیمیایی مثل ولتاموگرام‌های پیمایش خطی، مشخص شد که بستر تاثیری بر روی فعالیت الکتروکاتالیستی نداشت.

در این مطالعه ابتدا نانوذرات سریم اکسید(CeO2) با استفاده از یک روش دو مرحله‌ای هیدروترمال سنتز شد. سریای سنتز شده با استفاده از روش‌های SEM، XRD و زتا پتانسیل مورد شناسایی قرار گرفت. همچنین فعالیت کاتالیزگری نانوذرات CeO2 سنتز شده با تکنیک طیف سنجی مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که اکسید سریم فعالیت شبه پراکسیداز و شبه اکسیداز را از خود نشان می‌دهد اما فعالیت شبه پراکسیدازی بیشترین میزان فعالیت را به خود اختصاص داده بود. فعالیت شبه آنزیمی سریا در حضور تترا متیل بنزیدین و H2O2 سنجش شد. تاثیر بعضی از شرایط محیطی از جمله دما و pH در بافر استات مورد بررسی قرار گرفت. در دمای 40 درجه سانتی گراد و 3=pH، نانوزیم سنتز شده بیشترین میزان فعالیت را از خود نشان داد، اما به دلیل اینکه نانوزیم در شرایط اسیدی بالا تمایل به حرکت در جهت اکسیداسیون دو مرحله‌ای داشت تمامی مطالعات بعدی در محیط بافری با 4=pH انجام پذیرفت. با استفاده از معادله مایکیلس- منتن، مقادیر Vmax و KM برای TMB به ترتیب 8-10×1 و 27/0 میلی‌مولار و برای H2O2 به ترتیب 8-10×1 و 33/0 میلی‌مولار به دست آمد. سازوکار فعالیت کاتالیزگری با استفاده از متیلن بلو، رودامین بی، سیتوکروم سی احیا شده و نقره(I) مطالعه شد و مشخص گردید که فعالیت کاتالیزگری نانوزیم سنتز شده از فرآیند انتقال الکترون تبعیت می‌کند. در مرحله بعدی از مطالعه، در شرایط هیدروترمال پیش سازهای Ce-Fe-PBA به ترتیب با استفاده از پتاسیم فروسیانید و پتاسیم فری‌سیانید تهیه شده، سپس با کلسینه کردن در اتمسفر هوا CeO2-Fe2O3(k4) و CeO2-Fe2O3(k3) با ساختارهای مختلف چند وجهی و کره‌ای سنتز شدند. گونه‌های سنتز شده با استفاده از روش‌های SEM، XRD و EDX مورد شناسایی قرار گرفت. مطالعه فعالیت کاتالیزگری چند وجهی‌ها و کره‌های سریم اکسید-آهن اکسید سنتز شده با تکنیک طیف سنجی نشان داد که هر دو سنتز سریم اکسید-آهن اکسید، فعالیت شبه پراکسیداز و شبه اکسیداز را از خود نشان می‌دهند اما چند وجهی‌های CeO2-Fe2O3(k4)، بیشترین میزان فعالیت شبه پراکسیدازی را به خود اختصاص داده بود. به همین دلیل ادامه‌ی بررسی‌ها با استفاده از چند وجهی‌های CeO2-Fe2O3(k4) انجام گرفت. نتایج بررسی تاثیر شرایط محیطی از جمله دما و pH، بیشترین میزان فعالیت چند وجهی‌های CeO2-Fe2O3(k4) در دمای 50 درجه سانتی‌گراد و 4=pH، را نشان داد. همچنین با مطالعه سازوکار فعالیت کاتالیزگری مشخص گردید که فعالیت کاتالیزگری نانوزیم سنتز شده از فرآیند انتقال مستقیم الکترون تبعیت می‌کند. مقادیر Vmax و KM برای TMB به ترتیب 8-10×5/2 و 39/0 میلی‌مولار و برای H2O2 به ترتیب 8-10×7/1 و 44/0 میلی‌مولار به دست آمد. در ادامه یک سنجش رنگ سنجی آسان برای تشخیص دقیق H2O2 و گلوکز، به ترتیب با حد تشخیص 24 میکرومولار و 10 میکرومولار پیشنهاد گردید. گزینش‌پذیری روش حاضر در حضور سایر مزاحمت‌ها از جمله ساکارز، مانیتول، فروکتوز و لاکتوز بررسی شد و نتایج به دست آمده پتانسیل زیادی برای استفاده از نانوزیم سنتزی در وسیله‌ای به عنوان یک حسگر زیستی قابل اعتماد برای تشخیص گلوکز در برخی از سیستم‌های پیچیده نشان داد. امکان استفاده مجدد از نانوزیم‌های سنتزی تا چندین بار بازیابی وجود دارد به طوری که در طی 5 چرخه استفاده مجدد حدوداً 30 درصد از فعالیت کاتالیزگری نانوزیم‌ها افت پیدا می‌کرد.

یکی از انواع چارچوب‌های فلز - آلی بیسموت (Bi-MOF)‌ها، CAU-17 با ساختار نانومیله‌ای منشوری هگزاگونال می‌باشد. در این کار تحقیقاتی سنتز CAU-17 با روش‌های مختلف هیدروترمال و سونوشیمی و نیز با تغییر پارامترهای سنتزی شامل تغییر حلال‌ها، زمان واکنش، تغییر نسبت غلظت لیگاند و نمک فلزی و استفاده از فعال کننده سطحی مناسب بررسی شد. ساختارهای Bi-MOF با روش هیدروترمال در حلال‌های مختلف عمدتاٌ به صورت مخلوطی از ساختارهای هگزاگونال، صفحه‌ای، و توده‌ای شکل حاصل شد، اما با استفاده از روش سنتز سونوشیمی در حضور فعال کننده سطحی ستیل تری متیل آمونیوم برماید ساختار نانومیله‌ای هگزاگونال از CAU-17 حاصل گردید. سپس برای تهیه نمونه‌های Bi/C، هر کدام از چارچوب‌های فلز - آلی بیسموت سنتز شده با انجام عملیات حرارتی در دماهای 400 و 800 درجه سانتیگراد و تحت اتمسفر احیاء کننده نیتروژن-هیدروژن کلسینه شدند. به منظور جلوگیری از تبخیر و خروج بیسموت از ساختار بستر کربنی متخلخل و برای نگه‌داشتن بیسموت در ساختار با عوامل نگهدارنده مناسب تحت فرایند اصلاح گرمایی دمای بالا، دو نمونه CAU-25-1 و CAU-200-1 تحت فرایند کلسینه کردن در دمای 800 درجه سانتیگراد و در حضور دی‌سیان‌دی آمید قرار گرفت. از آنجا که، کاتالیست‌ها اجزای تعیین‌کننده در پیل‌هی سوختی اتانولی مستقیم (DEFCs) هستند. بدین منظور، برای سنتز کاتالیزگرهای نهایی مبتنی بر دو فلز Pt وBi، تمامی‌گونه‌های کلسینه شده حاصل در مدت زمان‌ بهینه در محلول پلاتینک اسید قرار داده شدند تا اینکه یون‌های پلاتین از طریق واکنش خودبخودی جابجای گالوانیک با سطح نانو ذرات بیسموت برهمکنش داشته باشند و جایگزینی اتمی‌سطحی بیسموت‌ با پلاتین صورت گیرد. نمونه‌های سنتزی در هر مرحله با روش‌های دستگاهی مختلفی مانند: میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس(XRD) و رامان ساختارها و مورفولوژی آنها مورد بررسی قرارگرفت. همچنین فعالیت کاتالیزگری آنها با روشهای الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای در محلول 1مولار اتانول و 1/0 مولار پتاسیم هیدروکسید بررسی شدند. نتایج نشان داد که نانوساختارهای Pt(10)-Bi/C-HP200-400 و همچنین Pt(10)-Bi-N4/C-HP25-800 بهترین فعالیت الکتروکاتالیزی برای اکسایش اتانول را داشتند. سپس با روش هیدروترمال نمونه CAU-25-1 سنتزی با مقادیر متفاوت تیواوره واکنش داده شد و ساختارهای سوزنی شکل بیسموت سولفید سنتز شدند. نانوساختارهای بیسموت سولفید با تکنیک‌های اسپکتروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفتند و با روش‌های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخهای و تکنیک شارژ/دشارژ در محلول پتاسیم هیدروکسید 0/0/1 مولار رفتار خازنی آنها بررسی شدند. نتایج نشان دادند که نانوساختارهای بیسموت سولفید با غلظت سه برابری تیواوره (Bi2S3-3) از ظرفیت خازنی ویژه F g-1 2525 در جریان ویژه A g-1 8 برخوردار است.

بخش اول: در این تحقیق یک نانو کامپوزیت جدید با قابلیت جذب و حذف رنگ های کاتیونی معرفی می شود. نانو کامپوزیت ناهمگن g-C3N4/V10O28 با قرار دادن پلی اکسومتالات دکاوانادات (V10O28) طی یک فرآیند تک مرحله ای بر روی کربن نیترید گرافیتی تهیه شد. فعالیت کاتالیزگری نانو کامپوزیت سنتزشده و پارامترهای موثر بر آن مانند غلظت رنگ، حجم رنگ، pH محلول، مقدار هیدروژن پراکسید، مقدار کاتالیزگر در تخریب متیلن بلو، متیل اورانژ، کونگورد و ردامین بی بررسی شد. نتایج نشان داد که کاتالیزگر دارای انتخاب پذیری بهتری نسبت به رنگهای کاتیونی متیلن بلو، رودامین بی و کنگورد نسبت به رنگ آنیونی متیل اورانژ می باشد. نانو کامپوزیت سنتزی قابلیت بازیافت و استفاده مجدد تا بیش از 6 بار را دارد. بخش دوم: در این پژوهش، نانو کامپوزیت TiO2/g-C3N4 با قرار دادن ذرات تیتانیوم دی-اکسید روی نانو لوله های کربن نیترید گرافیتی سنتز شد. در ادامه نانو کامپوزیت TiO2/g-C3N4/V10O28 با بارگذاری V10O28 روی نانو کامپوزیت TiO2/g-C3N4 با استفاده از روش ساده بارورسازی تهیه و فعالیت فتوکاتالیزگری آنها در تخریب فوتوکاتالیزگری متیلن بلو بررسی و مقایسه گردیدند. برای بررسی و شناسایی نانو کامپوزیت سنتز شده از تکنیک های گوناگونی همچون طیف سنجی ماورا بنفش-مرئی (UV-Vis) طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس (EDAX) پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. نتایج نشان داد که با بار گذاری V10O28 و افزایش درصد تیتانیوم دی اکسید فعالیت کاتالیزگری افزایش می یابد

یکی از بزرگترین چالش های علمی امروزی دفع و یا بازیافت زباله های زیست محیطی است. در این کار تحقیقاتی، از تایر مستهلک به عنوان پیش ماده در سنتز نانوکامپوزیت های AC/PANI و AC/PMo12/PANI (الکترودهای ابرخازن) استفاده شد. در این زمینه، ابتدا کربن فعال (AC) مشتق از تایر که ماده رایج الکترودهای ابرخازن می باشد با استفاده از روش پیرولیز و فعال سازی شیمیایی به دست آمد. در ادامه برای افزایش چگالی انرژی و بهبود خواص خازنی کربن فعال، از شبه خازن های پلی آنیلین و پلی اکسومتالات بر روی بستر رسانای کربن فعال استفاده شد و نانوکامپوزیت های AC/PANI و AC/PMo12/PANI سنتز شد. خصوصیات نانوکامپوزیت های سنتز شده با استفاده از روش آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA)، تعیین میزان تخلخل و مساحت سطح ویژه (BET)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(FE-SEM) و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) مورد آنالیز قرار گرفتند. رفتار الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت ها با روش های ولتامتری چرخه ای (CV) و تکنیک شارژ-دشارژ در محلول سولفوریک اسید 1 مولار و در اتمسفر گاز نیتروژن بررسی شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که نانوکامپوزیت های سنتزی دارای رفتار الکتروشیمیایی و ظرفیت خازنی مطلوبی برخوردار هستند که قابلیت استفاده به عنوان الکترود ابرخازن دارند. لذا، با به کارگیری این نانوکامپوزیت-ها به عنوان الکترود ابرخازن ظرفیت های ویژه F g-1 1598 برای AC/PANI و F g-1 3352 برای AC/PMo12/PANI در دانسیته جریان A g-1 1 حاصل شد. همچنین نانوکامپوزیت های سنتزی دارای برگشت پذیری و پایداری عالی پس از 1000 چرخه ی شارژ-دشارژ می باشند. این امر همچنین مفهوم پیشنهادی برای افزایش همزمان خازن لایه دوگانه و شبه خازن را نشان می دهد که می تواند یک رویکرد جهانی برای بهبود قابل توجه ظرفیت ابرخازن ها باشد.

در این پژوهش یک رویکرد پایه آبی برای سنتز ساختارهای کربنی متخلخل حاوی نیتروژن از پیش ماده PAN گزارش شده است. ابتدا PAN در ترکیب حلالی ZnCl2/H2O حل شده و سپس از روش ترریسی برای تولید الیاف PAN استفاده شد. الیاف PAN حاصله در حضور اکسیژن و سپس جایگزینی اکسیژن با گاز خنثی در یک فرآیند گرمایی کنترل شده، اصلاح حرارتی شد. در نهایت کامپوزیت کربنی حاصله در معرض فرآیند هیدروترمال و در حضور پیش ماده هایی مانند تترابوتیل اورتوتیتانات و یا نیکل کلرید بر روی الیاف تیتانیوم اکسید و نیکل هیدروکسید تشکیل شدند و در ادامه با قرار دادن در اتمسفر فسفر نانوگل‫های نیکل فسفید حاضل شدند و بدین ترتیب به طور کلی کامپوزیت-های مختلف هیبریدی نظیر g-PAN، g-PAN/TiO2، g-PAN/Ni(OH)2، g-PAN/TiO2/Ni(OH)2 و g-PAN/TiO2/Ni2P تهیه شوند. نتایج بررسی کارایی الکتروشیمیایی نشان می دهند که کاتالیست سنتزی ارزان قیمت و غیر نجیب g-PAN/TiO2/Ni2P دارای فعالیت الکتروکاتالیستی بهتری نسبت به کاتالیست تجاری گران قیمت و نجیبی Pt/C ده درصد وزنی شرکت مرک دارد. همچنین، کاتالیست سنتز شده دارای پایداری بالاتری نسبت به Pt/C می باشد. به صورتی که اختلاف ولتاژ بین اولی و هزارمی کاتالیست سنتزی 3 میلی ولت است ولی این اختلاف ولتاژ در Pt/C 19 میلی ولت بوده است.‬‬‬‬‬‬‬

در این کار تحقیقاتی سعی بر این بود، براساس روش های ارائه شده برای سنتز کربن نیترید گرافیتی، نانوساختاری تهیه شود که در نور مرئی فعال بوده و بستری مناسبی برای کاتالیست های مورد استفاده در پیل های سوختی حاصل شود. در این ساختار از ترکیبات ارزان قیمت و در دسترسی همانند ملامین، کبالت و آمونیوم وانادات به عنوان مواد آلی استفاده شد و ساختار نانولوله کربن نیترید گرافیتی دوپه شده با وانادیم نیترید و وانادیم کاربید با موفقیت تهیه شد. سپس با استفاده از روش های دستگاهی متفاوت مانند: طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) پراش پرتو ایکس(XRD)، روش طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(FT-IR) و اسپکتروسکوپی UV-Vis ساختارها و مورفولوژی نانولوله های سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین فعالیت الکتروکاتالیستی و فوتوالکتروکاتالیستی نمونه های سنتزی با روش های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای، ولتامتری روبش خطی و کرونوآمپرومتری مورد ارزیابی قرار گرفت. نانولوله های سنتز شده فعالیت الکتروکاتالیستی مناسبی برای واکنش کاهش اکسیژن و واکنش رهاسازی هیدروژن را نشان می دادند. در ادامه با توجه به تاثیر مستقیم کبالت در رشد نانو لوله های کربن نیترید گرافیتی، با ترسیب الکتروشیمیایی نانو ذرات کبالت بر روی کاغذ کربنی با روش های مختلف الکتروشیمیایی رشد مستقیم داده شد. رشد نانولوله های کربن نیترید گرافیتی به طور مستقیم بر روی کاغذ کربنی با موفقیت انجام پذیرفت. برای بهبود فعالیت الکتروکاتالیستی نانولوله های رشد یافته از پلاتین استفاده شد و مطالعه فعالیت الکتروکاتالیستی با روش های الکتروشیمیایی بیانگر رفتار الکتروکاتالیستی برای واکنش های کاهش اکسیژن و رهاسازی هیدروژن بود. با استفاده از روش های دستگاهی نظیر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، پراش اشعه ایکس (XRD) و آنالیز نقشه عنصری با پراکندگی انرژی پرتو ایکس (Map-EDX) نانولوله های کربن نیترید گرافیتی رشد یافته بر روی کاغذ کربنی مورد بررسی قرار گرفت.

میکرو/ نانوموتورها ماشین های هوشمندی هستند که می توانند انواع مختلف انرژی را در یک محیط سیال به حرکت جنبشی تبدیل کنند. در میان میکرو / نانوموتورهای مختلف گزارش شده، میکرو / نانوموتور TiO2 مبتنی بر نور و بر اساس واکنش های فوتوکاتالیزوری مورد توجه قرا گرفته است، زیرا TiO2 یک فوتوکاتالیزور متداول، کم هزینه و بسیار کارآمد است که قادر به تجزیه طیف گسترده ای از ترکیبات آلی و معدنی است. پراکسید هیدروژن سوختی است که در میکرو/ نانوموتورهای مبتنی بر پلاتین استفاده می شود. تجزیه سوخت پراکسید هیدروژن در سطح پلاتین، انرژی مورد نیاز برای حرکت موتورها را تامین می کند. در این کار تحقیقاتی نانو/میکرو ساختارهای TiO2 کروی به کمک سورفکتانت F127 و پیش ماده TTIP به ترتیب به عنوان قالب نرم و ماده اولیه سنتز و شناسایی شدند. بررسی های الکتروشیمیایی به خوبی نشان دادند که در میان TiO2 های سنتز شده میکرو/نانوموتورهای Pt/TiO2@C3N4 سنتزی با نسبت مولی 1 به 2 از نمک کبالت به پیش ماده تیتانیوم دارای بهترین فعالیت الکتروکاتالیزوری برای واکنش تولید هیدروژن است، ساختار و مرفولوژی میکرو/نانوموتورهای سنتزی با استفاده از تکنیک های پراش اشعه ی ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد آنالیز قرار گرفتند. فعالیت الکتروکاتالیزوری TiO2 سنتزی به عنوان الکتروکاتالیزوری در واکنش رهاسازی هیدروژن با تکنیک های الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری چرخه ایی، ولتامتری پیمایشی خطی و کرونوآمپرومتری مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه نمونه ها ی Co@TiO2@C3N4 و Co@g-C3N4 به عنوان قالب یا بستری به ترتیب برای تهیه نانو ذرات کروی Pt/TiO2@g-C3N4 و Pt/TiO2 از طریق انجام واکنش جابجایی گالوانی مابین کبالت و یون های پلاتین مورد استفاده قرار گرفتند. ساختارهای کروی حاصل فعالیت الکتروکاتالیزوری نزدیکی به Pt/C تجاری از خود نشان می دادند و دارای پایداری الکتروشیمیایی مناسبی نیز بودند. بررسی حرکت نانو ذرات کروی در محلول هیدروژن پراکسید و در زیر میکروسکوپ نوری، حرکات مارپیچی و خطی برای نمونه های فعال در واکنش HER را نشان می داد که می تواند تائید کننده وجود ساختار جانوس در کره های سنتزی باشد.

در این کار تحقیقاتی کاتالیزور های بر پایه CuO با ساختار متخلخل با استفاده از قالب سخت مبتنی بر سیلیکا سنتز شدند. بدین منظور ابتدا ترکیبات سیلیکا بر پایه KIT-6 با ساختار مکعبی سنتز شدند و از آنها به عنوان قالب سخت در تهیه کاتالیزور ها مورد استفاده قرار گرفت. فرآیند سنتز قالب های سیلیکایی بر اساس روش های گزارش شده در مراجع بوده است با این تفاوت که مرحله کلسینه شدن در اتمسفر بی اثر انجام گرفته بود در نتیجه قالب KIT-6@C با لایه کربنی بر روی جداره داخلی حاصل شده بود و قالب KIT-6@C/G نیز در حضور صفحات گرافن اکساید تهیه شده بود که با کلسینه شدن در اتمسفر بی اثر به گرافن تبدیل گردیده بود. قالب های سیلیکایی سنتز شده با تکنیک های دستگاهی TGA، SAXRD، SEM و BET مورد شناسایی قرار گرفتند که نتایج حاصل حاکی از سنتز موفقیت آمیز ساختار مکعبی با مساحت سطح بالا در آنها بود. با استفاده از قالب های سیلیکایی سنتزی، کاتالیزور های مزو متخلخل مس اکسید با مشخصه m-CuO از طریق قالب ریزی حفرات قالب ها با نمک مس نیترات و سپس با در معرض قرار گیری آنها با بخارهای آمونیاک ترکیبات کمپلکسی از آنها حاصل شده که ماده اولیه مس اکسید می باشد پس اصلاح حرارتی کامپوزیت حاصل و حذف قالب سیلیکایی در نتیجه کاتالیزورهای m-CuO@C و m-CuO@C/G با روش قالب گیری خارجی قالب سخت و روش احتراقی سنتز شدند. برای شناسایی و تشخیص ساختار در کاتالیزورهای سنتز شده، کاتالیزور m-CuO@C/G با تکنیک های XRD، SEM، EDX و BET مورد بررسی قرار گرفت. نتایج XRD بر تشکیل ساختار خالص و بلورین مونوکلینیک CuO دلالت داشت. تصاویر SEM تشکیل ساختار لایه ای در هنگام حضور مس اکسید در داخل قالب را نشان می داد و بعد از حذف قالب، تصاویر تشکیل ذرات شبه کروی با سطحی ناصاف و لوله ای شدن صفحات گرافن را نشان می دادند. نتایج BET وجود ساختار متخلخل با نظم کم متشکل از ساختار ماکرو و مزو با مساحت سطح 0/50 متر مربع بر گرم و با بیشترین اندازه حفرات 4/2 را مورد تایید قرار می داند. در این کار تحقیقاتی تاثیر فعالیت کاتالیزور های بر پایه مس اکسید سنتزی بر روی تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور با استفاده از تکنیک های TGA وDSC فعالیت کاتالیزوری نمونه های سنتز شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده حاکی از کاهش دمای مرحله تجزیه گرمایی دمای بالای آمونیوم پرکلرات به میزان 8/25، 6/36 و 7/47 درجه سانتیگراد به ترتیب برای 2 درصد وزنی از کاتالیزور های m-CuO، m-CuO@C و m-CuO@C/G بود، همچنین برای کاتالیزور های مذکور مقادیر گرمای ویژه آزاد شده برای تجزیه آمونیوم پرکلرات به ترتیب برابر با 1/550، 1/935 و 7/820 ژول بر گرم محاسبه گردیده بود. در میان کاتالیزور های مختلف سنتز شده، کاتالیزور m-CuO@C/G، چون دمای تجزیه شدن را بیشتر از همه کاهش داده است کارآمدترین و بهترین ساختار برای بهبود تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات بود. بنابراین با استفاده از مقدار 5 درصد از این کاتالیزور مشاهد شد که دمای تجزیه شدن تا 7/53 درجه سانتیگراد کاهش یافت و گرما آزاد شده نیز تا مقدار 0/1085 ژول بر گرم افزایش یافت که این نتایج اثر کاتالیزگری مناسب این کاتالیزور برای تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات را مورد تائید قرار می داد.

الکترولیز آب به عنوان یک فن آوری مهم برای تبدیل و ذخیره انرژی پاک به منظور کاهش آلودگی محیط زیست مطرح می شود. نیم واکنش های رهاسازی اکسیژن و هیدروژن که به ترتیب در آند و کاتد اتفاق می افتند، بسیار حائز اهمیت هستند. فلزات نجیب، به ویژه پلاتین بهترین الکتروکاتالیزگرها برای این واکنش ها هستند، اما منابع محدود، هزینه ی بالا و دوام کم این فلزات گران بها مهم ترین چالش در مورد کاربرد گسترده این فن آوری است. بنابراین، جستجوی روش های جدید برای یافتن جایگزین مناسب برای پلاتین بسیار اهمیت دارد. آلیاژهای فلزات واسطه به عنوان جایگزین پلاتین برای واکنش رهاسازی هیدروژن توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در این تحقیق نانوکاتالیزگرهای آلیاژی ایریدیم-مولیبدنوم بر روی بسترهای مبتنی بر گرافن از طریق فرآیند هیدروترمال به طور هم زمان با مخلوط کردن گرافن اکساید، فسفومولیبدیک اسید و نمک ایریدیم تهیه شدند. همچنین در اثر استفاده از فسفومولیبدیک اسید و اتیلن دی آمین ساختارهای سه بعدی از گرافن به صورت هیدروژل حاصل خواهند شد. برای شناسایی کاتالیزگر مورد نظر روش های مشخصه یابی XRD، SEM، EDX، TGA و FT-IR به کار گرفته شد. به منظور بررسی فعالیت الکتروکاتالیزگری در واکنش رهاسازی هیدروژن، از روش ولتامتری خطی و چرخه ای در محلول 5/0 مولار سولفوریک اسید استفاده شد. نتایج نشان داد که کاتالیزگرهایی سنتزی با مشخصه Ir-Mo/GPOMB(B-10)-h پتانسیل شروع بسیار مثبت تر و اضافه ولتاژ بسیار کمتری در دانسیته جریان 10- میلی آمپر بر سانتی متر مربع را نسبت به Pt/C تجاری درHER نشان می دهند. مزیت دیگر این کاتالیزگر نسبت به Pt/C تجاری پایداری الکتروشیمیایی بسیار بیشتری برخوردار بوده و به علاوه با جایگرینی Pt با فلزات ارزان تر کم هزینه تر است. ضمنا فعالیت کاتالیزگری نمونه های سنتزی بر پایه ایریدیم نیز برای واکنش اکسایش متانول مورد بررسی قرار گرفت که فعالیت کاتالیزگری مشاهده نگردید.

ذخیره انرژی به یک چالش بزرگ در جهان در قرن بیست ویکم تبدیل شده است، ، لذا با در نظر گرفتن بحران انرژی پیدا کردن سیستم های ذخیره انرژی با روش های کم هزینه و زیست سازگار برای رفع این مشکل بسیار ضروری است.رایج ترین سیستم های ذخیره انرژی شامل باتری ها،پیل سوختی و ابر خازن ها هستند. هیدروژن یک منبع پاک و تجدیدپذیر است به عنوان جایگزینی مناسب به جای سوخت های فسیلی مطرح شده است.توسعه ی کاتالیست های مبتنی برفلزهای غیرنجیب و ارزان برای رهاسازی هیدروژن یکی از زمینه های فعال تحقیقاتی در این زمینه بوده و لذا دستیابی به این هدف نیازمند الکتروکاتالیست های ارزان تر بابهره وری بالا، طول عمر و دوام بیشتر می باشد.در این کار تحقیقاتی سنتزساختارهای مزو متخلخل تیتانیوم دی اکسید بر روی گرافن می باشد که برای تهیه ی آن از قالب های سخت سیلیکاتی متخلخل سنتز شده بر روی گرافن اکسید استفاده خواهد شد لذا به این منظور در ابتدا قالب سخت سه بعدی سیلیکاتی KIT-6 بر روی گرافن اکسید سنتز و شناسایی شد سپس با پر کردن منافذ قالب سیلیکاتی با تیتانیوم ایزو پروژوکساید و انجام مراحل، کلسینه کردن و حذف قالب سیلیکاتی بر روی بستر گرافنی ساختار مزو متخلخل تیتانیوم دی اکساید سنتز و با تکنیک های طیف سنجی نظیرXRDو BET, UV-visible, Raman شناسایی شد و در ادامه برای کاهش نوار شکاف انرژی تیتانیوم دی-اکسید، سعی بر آن بود که بر روی بستر متخلخل تیتانیوم دی اکسید مقداری از فسفومولیبدیک اسید و پلاتین در اتمسفر بی اثر قرار داده شده و پس از شناسایی ترکیب نهایی با تکنیک های دستگاهی مختلف، اثر آنها بر روی فعالیت کاتالیستی و فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی اکسید در واکنش های تبدیل انرژی مانند واکنش رهاسازی هیدروژن با تکنیک های الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری چرخه ای، ولتامتری پیمایشی خطی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در این کار تحقیقاتی نانو ساختارهای کاربیدهای فلزات واسطه نظیر تنگستن یا مولیبدنیوم به کمک قالب‫های سخت سیلیکایی سه بعدی KIT-6 سنتز و شناسایی شدند. بدین منظور مواد اولیه‫ی کاربیدهای فلزات واسطه مربوطه در داخل حفرات قالب‫ قرار داده می‫شوند تا طی یک فرایند حرارتی در اتمسفر بی اثر به کاربیدهای فلزات واسطه تبدیل گردند. بررسی های الکتروشیمیایی به خوبی نشان دادند که در میان کاربیدهای سنتز شده نانو کاتالیست (η-MoC)6-0.06 با نسبت وزنی شش برابر از فسفومولیبدیک اسید به قالب KIT-6 و نسبت مولی 06/0 پایرول به فسفومولیبدیک اسید دارای بهترین فعالیت الکتروکاتالیستی برای واکنش تولید هیدروژن است، بطوریکه پتانسیل آغازین آن بسیار نزدیک به فعالیت Pt/C تجاری (10 درصد وزنی) می‫باشد. ساختار و مرفولوژی (η-MoC)6-0.06 با استفاده از تکنیک‫های پراش اشعه ی ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، BET، آنالیز وزن سنجی حرارتی و میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد آنالیز قرار گرفت. فعالیت الکترو کاتالیستی کاربیدهای سنتزی به عنوان الکتروکاتالیست در واکنش رهاسازی هیدروژن با تکنیک‫های الکتروشیمیایی نطیر ولتامتری چرخه ایی CV، ولتامتری پیمایشی خطی LSV و کرونوآمپرومتری مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه نمونه (η-MoC)6-0.06 به عنوان بستری برای ترسیب نانو ذرات پلاتین مورد استفاده قرار گرفت و کاتالیست Pt/MoC (2 wt.%) تهیه گردید که نه تنها فعالیت الکتروکاتالیستی بهتری نسبت به Pt/C (10 wt.%) تجاری از خود نشان می‫داد بلکه دارای پایداری الکتروشیمیایی مناسب‫تری نیز بود.

از طریق روش ساده هیدروترمال نانوصفحات بیسموت سولفید سنتز شدند و خواص ابرخازنی آن ها بررسی شدند. سپس برای بهبود خواص خازنی آن ها نانوکامپوزیت های Bi2S3/Co2O3 و MnO2/Bi2S3 سنتز شدند و با استفاده از روش های دستگاهی متفاوت مانند: طیف سنجی پخش انرژی پرتو ایکس(EDX)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، پراش پرتو ایکس(XRD) ساختارها و مورفولوژی نانوکامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفت. نانوساختارهای سنتز شده با روشهای الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای و تکنیک شارژ/ دشارژ در محلول 2 مولار پتاسیم هیدروکسید بررسی شدند. نتایج نشان دادندکه نانوکامپوزیت های حاوی این نانوساختارها دارای رفتار الکتروشیمیایی وظرفیت خازنی ویژه مطلوبی می باشند به طوری که قابلیت استفاده از آن ها به عنوان ابر خازن وجود دارد. در به کارگیری این کامپوزیت ها به عنوان ابرخازن شاهد ظرفیت خازنی ویژه 1279 فاراد بر گرم و انرژی ویژه 87 وات ساعت بر کیلوگرم برای نانوکامپوزیت Bi2S3/Co2O3 و ظرفیت خازنی ویژه 2359 برگرم و انرژی ویژه 161 برای نانوکامپوزیت MnO2/Bi2S3 در جریان ویژه 1 آمپر بر گرم خواهیم بود. همچنین بعد از اعمال 1000چرخه ی شارژ/دشارژ پایداری 90 درصدی برای نانوکامپوزیت Bi2S3/Co2O3 و پایداری 93 درصدی برای نانوکامپوزیت MnO2/Bi2S3 حاصل می شود که نشان دهنده ی پایداری چرخه ای بسیار مناسب آن ها می باشد.

با در نظر گرفتن بحران انرژی، دور شدن از وابستگی به منابع تجدید ناپذیر ضروری است. از دو دهه پیش هیدروژن به عنوان یک منبع جایگزین انرژی، تجدید پذیر، تمیز و ارزان شناخته شده است. تلاش های زیادی برای جایگزینی کاتالیزگر پلاتین گران قیمت به عنوان بهترین الکتروکاتالیزگر تولید کننده هیدروژن صورت گرفته است. در این راستا کالکوژناید های فلزات واسطه مانند مولیبدنیم دی سولفید یا مولیبدنیم تری سولفید از لحاظ علمی و اقتصادی به عنوان الکتروکاتالیزگر مورد توجه قرار گرفته‫اند. در این تحقیق، شیوه الکتروشیمیایی جدیدی، به نام الکتروشیمی دوقطبی، برای به دست آوردن کاتالیزگر MoSx همراه با پلیمر پلی سالیسیلیک اسید به عنوان بستر کاتالیزگر برای افزایش انتقال الکترون استفاده شد. بر این اساس، لایه نشانی MoSx در یک محلول آبی، به دنبال پلیمریزاسیون سالیسیلیک اسید بر روی یک ورقه طلا بصورت آندی انجام شد. در نتیجه یک لایه نازک از نانو ساختارهای دوکی شکل MoSx بر روی بستر ورقه طلای اصلاح شده با پلیمر پلی‫سالیسیلیک اسید تشکیل شد. کاتالیزگر MoSx بر روی سطح الکترو طلا پتانسیل شروع 13/0- ولت را برای واکنش آزادسازی هیدروژن نشان داد، در حالی که الکتروکاتالیزگر تلفیقی MoSx / PSA/ Au به طور قابل توجهی پتانسیل شروع واکنش آزادسازی هیدروژن را به میزان 09/0 ولت کاهش و به پتانسیل 04/0- ولت با شیب تافل 062/0 ‫ولت بر دهک در محلول آبی سولفوریک اسید نیم مولار می رساند. مهمتر از همه، الکترود آماده شده ویژگی فوتوکاتد حساس به نور را نشان می دهد به گونه ای که تحت تابش نور این کاتالیزگر واکنش آزادسازی هیدروژن را در پتانسیل 16/0 ولت نسبت به RHE را شروع می‫نماید. در مقایسه با دیگر کاتالیزگرهای MoSx، تاکنون چنین فعالیت الکتروکاتالیزی برای کاتالیزگرهای مبتنی بر MoSx گزارش نشده است. لذا، روش مورد استفاده الکتروشیمی دو قطبی می‫تواند برای تهیه سیستم های پلیمری، کاتالیزی یا سیستم های تلفیقی بسیار کارآمد باشد و قابلیت توسعه بیشتری دارد.‬

در بخش اول، با استفاده از یک روش هیدروترمال در یک مرحله و در دمای پایین نانوصفحه های گرافن اکسید دوپه شده با سولفور(S-RGO-X) با موفقیت سنتز گردیدند و با تغییر مقدار ماده ی اولیه سولفور درفرآیند سنتز، مقدار سولفور دوپه شده در نانوصفحه های گرافن افزایش داده شد. بررسی های الکتروشیمیایی به خوبی نشان دادند که در میان نانوکاتالیست های سنتز شده، گرافن دوپه شده با سولفور در مقدار بهینه (نسبت وزنی Na2S/GO=3) دارای بهترین فعالیت الکتروکاتالیستی برای واکنش احیای اکسیژن بود، بطوریکه پتانسیل شروع آن بسیار نزدیک به فعالیت Pt/C (10 درصد وزنی) تجاری بود. ساختار و مورفولوژی گرافن احیا شده و گرافن دوپه شده با سولفور سنتز شده، با استفاده از تکنیک های میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش پرتو ایکس، رامان و FT-IR مورد مطالعه قرار گرفتند. در بخش دوم: ابتدا نانوصفحه های مولیبدنیم دی سولفید به تنهایی و بدون استفاده از بستر، سنتز شدند. تصاویر ثبت شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که نانوصفحه های MoS2 سنتز شده به صورت ساختارهای گل مانند تجمع یافته اند و بررسی های الکتروشیمیایی حاکی از فعالیت الکتروکاتالیستی کم آنها برای واکنش آزادسازی هیدروژن بود. درمرحله بعد از نانوصفحه های S-RGO-X به عنوان بستری برای سنتزکامپوزیتی از نانوصفحه های گرافن دوپه شده با سولفور و MoS2 (MoS2/S-RGO-X) استفاده شد. فعالیت الکتروکاتالیستی برای نانوکامپوزیت حاصل به وسیله روش های الکتروشیمیایی نظیر ولتاموگرام چرخه ای و ولتامتری پیمایش خطی مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که فعالیت الکتروکاتالیستی آن برای واکنش آزادسازی هیدروژن نسبت به MoS2 بدون بستر بهبود یافته است. سرانجام، جهت بهبود فعالیت الکتروکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتز شده، نانوذرات CoS2 به کامپوزیت اضافه شد و نانوکامپوزیت CoS2/MoS2/S-RGO-X مورد بررسی الکتروشیمیایی قرار گرفت. در هر مرحله از فرآیندهای سنتزی، ساختار و مورفولوژی نانوکامپوزیت های تهیه شده به وسیله روش های میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس مورد مطالعه قرار گرفتند.

در این پژوهش ابتدا پلی اکسومتالات های تک حفره ای سنتز شدند و سپس در طی یک فرآیند تک مرحله بر اساس مکانیسم خودتجمعی و با استفاده از نمک های فلزات واسطه ای نظیر Co، Mn، Ni یا Zn و همچنین لیگاند آلی پارا فنیلن دی آمین (PPDA) نانو هیبریدهایی مبتنی بر پلی اکسومتالات های مربوطه سنتز شدند. در این نانو هیبریدها بین فلزات واسطه جایگزین شده در پلی اکسومتالات تک حفره ای و اتم های نیتروژن مربوط به لیگاند آلی به کار رفته (PPDA) پیوند کووالانسی تشکیل می شود و هیبریدی بین ترکیبات آلی و معدنی حاصل می گردد. فعالیت کاتالیزگری نانوهیبریدهای سنتزی در تخریب رنگ ها و اکسایش الکل ها مورد ارزیابی قرار گرفت. از تکنیک های مختلفی مانند طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDAX) و طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی (UV-Vis) برای شناسایی و تعیین خواص نانوهیبریدهای تهیه شده استفاده گردید. نتایج حاصل از آنالیزها، به خوبی تایید می کنند که روش تهیه ی نانوهیبریدها، روشی موفق، کارا و نسبتاً ساده بوده است. بررسی فعالیت کاتالیزگری نانوهیبریدها، در تخریب و جذب رنگ متیلن بلو و اکسایش الکل های بنزیلی، توانایی بالای نانو هیبریدهای سنتزی به عنوان نانو کاتالیزورهای ناهمگن با پایداری مناسب در واکنش های مذکور را نشان می دهد. به علاوه، اثرهای پارامترهای مختلفی نظیر مقدار کاتالیزگر، مقدار و غلظت رنگ بر روی سینتیک و میزان جذب سطحی نانو هیبریدها در فرآیندهای تخریب و جذب سطحی متیلن بلو مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین در اکسایش بنزیل الکل ها نیز پارامترهایی مانند اثر کاتالیزگر و حلال در واکنش اکسیداسیون بررسی شدند.

در بخش اول، الکتروپلیمریزاسیون تیوفن 3 -کربوکسیلیک اسید بر روی یک ورقه طلا به عنوان بستر با روش الکتروشیمی دوقطبی انجام میشود تا اینکه یک پلیمری با گروههای عاملی مناسب بر روی سطح بستر حاصل گردد. ورقه طلا اصلاح شده با فیلم پلیمری به عنوان بستر مناسبی برای تثبیت آنزیم بیلیروبین اکسیداز مورد استفاده قرار میگیرد. الکترودهای اصلاح شده با فیلم پلیمری وآنزیم با تکنیکهای میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی شناسایی میشوند. بیوالکترود آماده شده به عنوان یک الکتروکاتالیزور جدید با تکنیکهای ولتامتری نظیر ولتامتری چرخهای به منظور بررسی فعالیت الکتروکاتالیزوری برای واکنش کاهش اکسیژن و محاسبه پارامترهای سینتیکی آن مورد بررسی قرار گرفت. پتانسیل شروع و مقدار دانسیته جریان برای کاهش اکسیژن بر روی الکترود اصلاح شده به ترتیب V 55 / 0 نسبت به مرجع Ag/AgCl و 2-cmμA 967 بودند. بهعلاوه عملکرد الکتروکاتالیزوری ورقه طلا اصلاح شده با روش دوقطبی الکتروشیمیایی برای واکنش کاهش اکسیژن بهتر از ورقه طلای اصلاح شده با بیلیروبین اکسیداز تثبیت شده بر روی پلیتیوفن 3 -کربوکسیلیک اسید سنتزی با سیستم متداول سه الکترودی بود. در بخش دوم، از روش الکتروشیمی دوقطبی برای ایجاد نانوساختارهای طلا بر روی سطح الکترود دوقطبی طلا استفاده شد و سپس الکترود اصلاح شده به عنوان یک بستر مناسب برای تثبیت آنزیم گلوکز دهیدروژناز مورد استفاده قرار گرفت. گلوکز دهیدروژناز تثبیت شده بر روی نانوساختارهای طلا برای اکسیداسیون مستقیم گلوکز استفاده شد. فعالیت الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح شده برای اکسیداسیون گلوکز با استفاده از روش ولتامتری چرخهای مورد ارزیابی قرار گرفت، به نحوی که پتانسیل شروع و بزرگی دانسیته جریان برای اکسیداسیون گلوکز بر روی الکترود اصلاح شده به ترتیب V03 / 0 - نسبت به مرجع Ag/AgCl و 2-cm mA 7 / 2 بودند. نتایج این کار تحقیقاتی به وضوح موثر بودن روش پیشنهادی برای اصلاح سطح ورقه طلا را نشان میدهد که این روش موجب تثبیت صحیح آنزیم شده و در نتیجه فعالیت الکتروکاتالیزوری قابل توجهی را از این آنزیم بر روی سطح الکترود حاصل مینماید. لازم به ذکر است که در هر مرحله از آمادهسازی بیوالکترود ساختار و مورفولوژی الکترود اصلاح شده با تکنیکهای اسپکتروسکوپی

در بخش اول این پروزه تحقیقاتی حسگری زیستی بر مبنای انرژی رزونانس فلورسانس برای اندازه گیری جیوه در نمونه های حقیقی معرفی شده است. برای ساخت حسگر فوق ابتدا نقاط کربنی فلورسنت دار حاوی گروه های عاملی هیدروکسیل و آمین با روش هیدروترمال و با استفاده از هیستیدین به عنوان ماده اولیه سنتز می شوند، سپس نقاط کربنی توسط مولکول های DNA و از طریق واکنش آمیداسیون اصلاح می گردند. در مرحله بعد نانو ذرات طلای سنتز شده توسط رشته های DNA مکمل تیول دار اصلاح می شوند. در حسگر ارائه شده نقاط کربنی به عنوان دهنده انرژی و نانوذرات طلا به عنوان گیرنده انرژی عمل می کنند. وقتی که نقاط کربنی و نانو ذرات طلا باهم مخلوط می شوند هیبریداسیون بین دو رشته DNA منجر به خاموشی فلورسانس شده و شدت فلوئورسانس کاهش می یابد، به چنین فرآیندی FRET نسبت داده می شود. در حضور جیوه، نانو ذرات طلا اصلاح شده به وسیله یون-های جیوه جایگزین شده و بهبود شدت فلورسانس همراه خواهد بود که ناشی از تشکیل کمپلکس پایدار بین یون جیوه و رشته های DNA روی نقاط کربنی (T-Hg2+-T) باشد. حسگر ارائه شده قادر به تعیین جیوه در محدوده بین 25/1 پیکو مولار تا 24 میکرو مولار و حد تشخیص 55/0 پیکو مولار می-باشد. در بخش دوم پروژه حسگری زیستی الکتروشیمیایی بسیار حساس، گزینش پذیر و سریع برای تعیین جیوه ارائه شده است. در این حسگر تشخیص جیوه در سطح اتمی و بر اساس هیبریداسیون- دی هیبریداسیون الکترود اصلاح شده با دو رشته DNA صورت گرفته است. DNA عاملدارشده با گروه عاملی تیولی روی سطح الکترود طلا قرار داده شد تا اینکه از طریق آرایش خود تجمعی بر سطح الکترود طلا با ایجاد پیوند Au-S متصل شوند. cDNA مکمل به سطح الکترود اضافه گردید تا اینکه هیبریداسیو بین دو رشته DNA اتفاق بیفتد. نتایج حاصل حاکی از آن است که قرار گرفتن مولکول-های DNA روی سطح الکترود موجب کاهش شدت پیک های ولتامتری پالس تفاضلی می شوند. در حضور یون جیوه زنجیره مکمل(cDNA) توسط یون های جیوه جایگزین شده و موجب بهبود ولتاموگرام های پالس تفاضلی می شود. در حال حاضر حسگر زیستی الکتروشیمیایی حاصل توانایی تشخیص محدوده گسترده ای از یون جیوه در محدوده 5 زپتو مولار تا 55 پیکو مولار را دارد و حد تشخیص بدست آمده برای حسگر فوق 6/0زپتو مولار است. پاسخ سریع، پایداری پاسخ، حساسیت بالا، هزینه ی پایین و آسان بودن

این تحقیق شامل معرفی کاتالیزگر غیرهمگن با قابلیت جذب و حذف بالای رنگ های کاتیونی می باشد. نانوکامپوزیت Y3P2W18/MnO2با روش یک مرحله ای رفلاکس تهیه شد. جهت شناسایی و تعیین خواص این نانوکامپوزیت از فنون مختلفی شامل Zeta Potential، FT-IR، XRD، EDAX، BETو SEM استفاده شد. جهت بررسی خاصیت کاتالیزگری نانوکامپوزیت تهیه شده در جذب و حذف رنگ متیلن بلو مورد استفاده قرار گرفت. سپس اثر مقدار پلی اکسومتالات بارگذاری شده در نانوکامپوزیت، pH، غلظت رنگ، مقدار کاتالیزگر و گزینش پذیری کاتالیزگر در حذف رنگ های کاتیونی مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد بارگذاری ترکیب Y3P2W18 باعث افزایش چشمگیر در فعالیت جذب و حذف رنگ متیلن بلو می گردد. رنگ استفاده شده در مدت زمانی کمتر از یک دقیقه با درصد بالا حذف می گردد. روش تهیه آسان، ارزان و در دسترس بودن مواد اولیه و قابلیت جذب و حذف رنگ ها از جمله برتری های این نانوکامپوزیت می باشد.

در بخش اول، ابتدا نانو ذرات کادمیوم تلورید با روش انباشت زیر پتانسیل بر روی الکترود شیشه ای اکسید قلع ایندیوم اصلاح شده با فیلم نازکی از طلا قرار داده شدند. سپس، فعالیت فوتوالکتروکاتالیزوری این نانو ذرات با تکنیک های الکتروشیمیایی نظیر کرونوآمپرومتری و ولتامتری روبش خطی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که این نانو ذرات فقط توانایی کاتالیز کردن واکنش های اکسایشی را در حضور نور دارند. بنابراین جهت ایجاد فعالیت فوتوالکتروکاتالیزوری برای واکنش کاهش یون های H+ یا مولکول های آب و رهاسازی هیدروژن، از فلز پلاتین در کنار نانو ذرات کادمیوم تلورید استفاده شد. برای این منظور، الکترود Au/ITO اصلاح شده با نانو ذرات کادمیوم تلورید در محلول حاوی یون های پلاتین قرار داده شد تا کادمیوم فلزی موجود در سطح بستر از طریق واکنش جایگزینی خود به خودی اکسایش-کاهش با یون های پلاتین جابه جا شوند و نانو ذرات Pt/CdTe به دست آیند. در نهایت، فعالیت فوتوالکتروکاتالیزوری نانو ذرات Pt/CdTe برای واکنش رهاسازی هیدروژن بررسی گردید و مشاهده شد که این نانو ذرات دارای خاصیت فوتوالکتروکاتالیزوری مناسب برای واکنش احیای مولکول های آب یا یون های H+ می باشند. لازم به ذکر است که در هر مرحله از فرآیندهای سنتزی، ساختار و مورفولوژی نانو ذرات تهیه شده با روش های اسپکتروسکوپی نظیر میکروسکوپی الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش دوم، نانو ذرات کبالت تلورید با روش انباشت زیر پتانسیل بر روی الکترود Au/ITO قرار داده شدند و ساختار و مورفولوژی آن ها با تکنیک های میکروسکوپی الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس تعیین شد. با بررسی فعالیت فوتوالکتروکاتالیزوری این نانو ذرات با روش های کرونوآمپرومتری و ولتامتری روبش خطی، مشاهده شد که نانو ذرات کبالت تلورید فعالیت بسیار عالی برای کاتالیز کردن واکنش رهاسازی هیدروژن دارند. نتایج این پروژه، امکان استفاده از کبالت تلورید به جای فلزات نجیب، به عنوان فوتوالکتروکاتالیزور برای واکنش رهاسازی هیدروژن را فراهم می نماید.

از طریق یک روش ساده، پلی اکسومتالات های -10[SiW9M3O37] M=Mn, Co روی بستر گرافن عامل دار شده با گروه های آمینی تثبیت شد. با روش های آنالیز متفاوت مانند طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) و ولتامتری چرخه ای (CV) به خوبی قرار گرفتن پلی اکسومتالات ها را روی بستر مورد تایید گرفت. تکرارپذیری بالای رفتار الکتروشیمیایی ترکیبات تهیه شده در محیط های مختلف نشان دهنده ی اتصال قوی و پایدار پلی اکسومتالات ها تثبیت شده روی سطح گرافن اکسید عامل دار می باشد. نتایج نشان می دهد که کامپوزیت های شامل این ترکیبات و مقادیر مختلف از نانولوله های کربنی دارای رفتار الکتروشیمیایی و ظرفیت خازنی مطلوبی می باشد به طوری که قابلیت استفاده از آن به عنوان ابرخازن وجود دارد. در به کارگیری این کامپوزیت ها به عنوان ابرخازن شاهد ظرفیت خازن 44/269 فاراد بر گرم و دانسیته ی انرژی 25/121 وات ساعت بر کیلوگرم برای نمونه کامپوزیت پلی اکسومتالات حاوی فلز کبالت برروی بستر گرافن عامل دار آمینی و ظرفیت خازن 77/329 فاراد بر گرم و دانسیته ی انرژی 75/142 وات ساعت بر کیلوگرم برای کامپوزیت پلی اکسومتالات حاوی فلز منگنز برروی بستر گرافن عامل دار آمینی می باشیم. هم چنین بعد از اعمال 1000 سیکل چرخه شاهد پایداری در حد 43/96 درصد هستیم.