Rezgar Ahmadi

The polyoxometalate H4SiW12O40was successfully immobilized within the internal cavities of the porous metal-organic framework (MOF) HKUST-1. The properties and structures of the synthesized composite were characterized using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), powder X-ray diffraction (XRD), zeta potential analysis, Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area measurement, and adsorption-desorption isotherm analysis. The resulting HKust-1@H4SiW12O40 composite exhibited uniform pseudohexahedra particles. The HKust-1@H4SiW12O40 catalytic property was examined in the synthesis of tetrazoles and compared with H4SiW12O40 and HKust-1 . The incorporation of polyoxometalate H₄SiW₁₂O₄₀ into the HKUST-1 matrix significantly enhanced the catalytic performance of HKust-1@H4SiW12O40. HKust-1@H4SiW12O40 nanocomposie can be used for at least three cycles without of significant structure change

In this project, diamond like carbon (DLC) electrochemically was deposited inside nanotubes of titanium dioxide (NT-TiO2) growth on a Ti sheet, to prepare an efficient electrode for the electrochemical production of ozone(EPO). The resulted NT-TiO2 were formed on Ti sheet welded electrically to a titanium rod, which placed in an electrolyte containing fluoride ions through applying a potential of 20 V for 2 h. The electrocatalytic activities of the electrodes to check their capability in EPO were measured by electrochemical methods such as chronopotentiometry, chronoamperometry and linear scanning voltammetry as well as their photoelectrocatlytic activity was investigated in Na2S solution. Also, different instrumental methods such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) is used to investigate the morphology and formation of the structure of NT-TiO2 and the elements or compounds in the electrodes. In order to optimize the conditions of use for the growth of NT-TiO2, the electrocatalytic activity of the electrodes for EPO and improvement photoelectrocatalytic activity was compared. In the following, the best prepared electrode with the highest EPO and photoelectrocatalytic activity was used as a substrate for the electrochemical deposition of DLC. By depositing DLC on the electrode structure, not only it can increase the photoelectrocatalytic activity of the electrode by increasing electrical conduction of the electrode assembly, but also it increases the current density of ozone production and improves the amount of EPO due to the electrocatalytic activity of DLC for ozone production. Nitrogen-doping strategy using electrochemical and chemical vapor deposition (CVD) methods was applied to improve electrocatalytic activities of DLC film. The investigation of the electrocatalytic activity of the resulting electrodes for EPO showed a better effect of the electrochemical doped method than CVD, although their activity was lower than the primary electrode (NT-TiO2/DLC(. Results of XRD, SEM and EDX and Raman confirmed the formation of DLC film inside NT-TiO2. According to Raman analysis, the formation of DLC film was well confirmed in the conditions of anodic and cathodic deposition, but the electrode prepared by electrochemical anodic deposition of DLC had a much better ability to EPO in terms of quantity and stability. Finally, ozone produced by electrochemical method by primary electrode was used to remove pollution caused by organic dyes such as methylene blue and rhodamine B and common antibiotics such as tetracycline and amoxicillin in aqueous solutions. The spectroscopic results show the complete removal of antibiotic contamination in less than 28 minutes and color compounds in 180 minutes using ozone produced with NT-TiO2/DLC electrode.

Today, nanotechnology is widely used for the synthesis of materials with new properties. Synthesized metal nanoparticles can catalyze organic reactions due to their high surface-to-volume ratio effectively, and for this reason, they are significant as catalysts with high efficiency. However, these uncoated metal nanoparticles tend to accumulate and form larger metal nanoparticles, which reduces their catalytic activity. An effective method to prevent the accumulation of metal nanoparticles is fixing metal nanoparticles on a suitable substrate, and many methods have been developed for this purpose. In this thesis, catalysts adhering to the principles of green chemistry have been synthesized using nanoscience, so that useful and important organic chemistry reactions can be promoted. In the present thesis, the carbon-aromatic carbon coupling reactions that lead to the production of bi-aryl products have been investigated. In recent years, the study of Suzuki-Miyaura and Mizoroki-Hack coupling reactions has grown considerably. Most of these organic chemistry reactions are carried out with high costs and expensive catalysts in not very green conditions. However, in this research, by prioritizing green chemistry, i.e. selecting a reactive and selective catalyst, and also using a green solvent, the Suzuki-Miyaura and Mizoroki-Hack reactions were advanced. In this research, first, mesoporous substrate SBA-15 was synthesized using renewable and biodegradable resources (rice husk) and analyzed with the help of FT-IR, SEM, XRD, and BET analysis methods. After that, with the help of green methods, reverse vulcanization was performed on the mesoporous substrate. This process resulted in the formation of a composite to increase stability. After performing the mentioned processes, two catalysts, Pd4S/SBA-15, and Pd-Fe3O4/SBA-15, were prepared after the reduction process under high temperature and hydrogen gas. Then, the synthesized catalysts were analyzed by different methods. The obtained results indicated the synthesis of acceptable and efficient catalysts. After preparing the mentioned catalysts, Suzuki-Miyaura and Mizoroki-Hack chemical reactions were performed. The obtained results show that the catalysts are efficient. Also, in order to check the stability of the catalysts, the relevant reactions were repeated several times. All the results were analyzed with the help of a gas chromatography device.

In this research work, catalysts based on Pt nanoparticles were synthesized on carbon nanotubes (Pt-Cu/CNT) modified with sulfur and they were used for methanol oxidation reaction in acidic solution. The catalysts were prepared in such a way that different proportions of the primary salts of the corresponding metals were placed on the carbon nanotubes modified with sulfur. The size distribution of platinum particles in the synthesized Pt-Cu/CNT catalysts is affected by the amount of sulfur used in the surface modification of carbon nanotubes (S/CNT weight ratio). Catalysts were synthesized in hydrogen-argon atmosphere and at 850°C as an alloy. The synthesized catalysts were identified by SEM, TEM, XRD, and ICP methods, and their catalytic activity was evaluated by electrochemical techniques. The results showed that despite the use of high temperature for the alloying of catalysts, their particles are widely spread on the carbon nanosheets bed so that the resulting nanoparticles have a small particle size of about 5 nm in PtCu/CNT as optimized catalyst. Also, in this research, the effect of the substrate, as well as the effect of the type of organic compounds and the methanol concentration effect for the electrolyte solution were also discussed, and the results of all the electrochemical processes were that the PtCu catalyst on the substrate of carbon nanotubes functionalized with sulfur in the electrolyte solution 0.5 M sulfuric acid containing methanol with a concentration of 0.1 M had the highest electrochemical activity for methanol oxidation compared to other catalysts.

In this project, Prussian blue nanocubes were successfully synthesized using a one-step hydrothermal method. Electrochemical investigations showed well that Prussian blue nanocubes have little electrocatalytic activity for the oxygen azide reaction. Then Prussian blue analogs were synthesized by co-precipitation method. The images obtained from the scanning electron microscope showed that the synthesized PBA nanocubes were accumulated in a cube-like structure. The results showed the effect of the type of cobalt salt and surfactant used in the synthesis on the size of cubic particles, and cobalt nitrate salt and sodium citrate surfactant caused the synthesis of cubes with an approximate size of 65 nm. Also, by phosphorizing Prussian blue analogs, the electrocatalytic activity of the particles for the oxygen and hydrogen release reaction was improved, and during the phosphorization process, the structure of the nanocubes changed to a quasi-spherical structure. At each stage of the synthetic processes, the structure and morphology of Prussian blue and its analogues were studied using X-ray diffraction spectroscopy, scanning electron microscopy, Raman and FT-IR techniques, and the results were good for the formation of PB and CoFe-PBA was confirmed. Also, by using graphene oxide substrate, it was tried to improve the electrocatalytic activity of Prussian blue nanocubes, but the results shown by electrochemical methods, such as linear scanning voltammograms, revealed that the substrate had no effect on the electrocatalytic activity.

In this research work, graphitic carbon nitride nanotubes (g-C3N4(NTs)) was synthesized and an attempt was made to obtain efficient catalysts in energy conversion reactions by using it as a substrate for metal phosphide catalysts. For the synthesis of this structure, low-cost and accessible materials such as ammonium metavanadate, melamine and cobalt nanoparticles was used, and by heat treatment them at high temperature and in an inert atmosphere, the g-C3N4(NTs) structure was successfully synthesized. Also, the electrocatalytic activity of the synthesized samples for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) was measured by electrochemical methods, and the synthesized catalysts showed good electrocatalytic activity for these reactions. Also, different instrumental methods such as X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) and X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDX) was used to investigate the morphology and structure of nanotubes. By determining the effect of cobalt nanoparticles on growth of the g-C3N4(NTs), by electrochemically depositing cobalt on carbon fibers from carbon cloth by cathodic potential pulse method and exposing them to melamine vapors and ammonium metavanadate nanotubes of graphitic carbon nitride was grown at high temperature and inert atmosphere. Nickel and phosphorus as NixPy were used to improve the electrocatalytic activity of the grown nanotubes and for this purpose, nickel hydroxide was first deposited on the carbon nanotubes and carbon fibers, and then the entire resulting composite was exposed sodium hypophosphite as the phosphorous source at temperature of 300 ºC to form phosphide of cobalt and nickel metals. Investigating and studying the electrocatalytic activity with electrochemical methods showed the electrocatalytic effect and higher stability of final electrode contain the optimal synthesized composite of metals phosphide toward the HER and OER.

In this study, cerium oxide nanoparticles (CeO2) were synthesized using a two-step hydrothermal method. The synthesized ceria was identified using SEM, XRD and zeta potential methods. Also, the catalytic activity of synthesized CeO2 nanoparticles was studied by spectroscopic technique. It was found that cerium oxide exhibits peroxidase-like and oxidase-like activity, but peroxidase-like activity had the highest amount of activity. The enzymatic-like activity of ceria was measured in the presence of tetramethylbenzidine and H2O2. The effect of some environmental conditions such as temperature and pH in acetate buffer was investigated. At the temperature of 40°C and pH=3, the synthesized nanozyme showed the highest activity, but because the nanozyme had a tendency to move in the direction of two-step oxidation in high acid conditions, all subsequent studies were carried out in the buffer environment with pH=4 was carried out. Using the Michaels-Menten equation, the values of Vmax and KM for TMB were obtained as 1×10-8 and 0.27 mM, respectively, and for H2O2 as 1×10-8 and 0.33 mM, respectively. The mechanism of catalytic activity was studied using methylene blue, rhodamine B, reduced cytochrome c and silver(I) and it was determined that the catalytic activity of the synthesized nanozyme follows the electron transfer process. In the next stage of the study, in hydrothermal conditions, Ce-Fe-PBA precursors were prepared using potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide respectively, then by calcination in air atmosphere CeO2-Fe2O3(k4) and CeO2-Fe2O3(k3) with various polyhedral and spherical structures were synthesized. The synthesized species were identified using SEM, XRD and EDX methods. The study of catalytic activity of cerium oxide-iron oxide polyhedral and spheres synthesized by spectroscopic technique showed that both cerium oxide-iron oxide syntheses exhibit peroxidase-like and oxidase-like activity, but CeO2-Fe2O3(k4) polyhedral, had the highest amount of peroxidase-like activity. For this reason, the investigations were continued using CeO2-Fe2O3(k4) polyhedral. The results of investigating the effect of environmental conditions, including temperature and pH, showed the highest activity of CeO2-Fe2O3(k4) polyhedral at a temperature of 50°C and pH=4. Also, by studying the mechanism of catalytic activity, it was determined that the catalytic activity of the synthesized nanozyme follows the direct electron transfer process. The values of Vmax and KM for TMB were 2.5×10-8 and 0.39 mM, respectively, and for H2O2, 1.7×10-8 and 0.44 mM, respectively. In the following, an easy colorimetric assay was proposed for the accurate detection of H2O2 and glucose, with a detection limit of 24 μM and 10 μM, respectively. The selectivity of the present method was investigated in the presence of other interferences such as sucrose, mannitol, fructose and lactose, and the obtained results showed great potential for using the synthetic nanozyme in a device as a reliable biosensor for glucose detection in some complex systems. It is possible to reuse synthetic nanozymes up to several recovery times, so that during 5 cycles of reuse, about 30% of the catalytic activity of nanozymes would drop.

One of the most famous types of bismuth metal-organic frameworks (Bi-MOFs) is CAU-17 with a hexagonal prismatic nanorod structure. In this work, synthesis of CAU-17 was investigated with different methods, including hydrothermal and sonochemistry, with the help of ultrasonic waves applied with a probe, and also by changing synthetic parameters, including changing solvents, reaction time, changing the concentration of ligand and metal salt, and using suitable surfactants. Structures of Bi-MOF by the hydrothermal method in different solvents was obtained in the forms of sheets and mostly lumps, mixture of plate and rod morphologies of hexagonal prismatic. But the structure of hexagonal nanorods was obtained by using sonochemical synthesis in the presence of the surfactant cetyltrimethylammonium bromide. Then, for preparing Bi/C samples, each of the synthesized Bi-MOFwas calcined by heat treatment at temperatures of 400 and 800 ºC under nitrogen-hydrogen reducing atmosphere. In order to prevent bismuth from evaporating and leaving the structure of the porous carbon substrate and to keep bismuth in the structure with suitable preservatives under the high temperature heat treatment process, two samples CAU-25-1 and CAU-200-1 were subjected to the calcination process at 800 ºC and placed in the presence of dicyandiamide. Since, catalysts are the decisive components in DEFCs. For this purpose, for the synthesis of the final catalysts based on two metals Pt and Bi, all the above calcined species were placed in the platinum acid solution for an optimal period of time until the platinum ions interacted with the surface of the bismuth nanoparticles through a spontaneous galvanic displacement reaction. The synthesized samples were characterized in each step by different instrumental methods such as scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Raman. Also, their catalystic activity were investigated by cyclic voltammetry (CV) electrochemical methods in 1.0 M ethanol -1.0 M potassium hydroxide and 0.1M potassium hydroxide solution. The results showed that Pt(10)-Bi/C-HP200-400 and also Pt(10)-Bi-N4/C-HP25-800 had the best electrocatalytic activity for ethanol oxidation. Then, needle-shaped structures of bismuth sulfide were synthesized by simple hydrothermal method using sample CAU-25-1 and with different amounts of thiourea. Bismuth sulfide nanostructures werestudied by spectroscopic techniques and their supercapacitor behaviour were investigated by CV electrochemical methods and galvanostatic charge/discharge technique in 1.0 M potassium hydroxide solution. The results showed that bismuth sulfide nanostructures containing three times the concentration of thiourea (Bi2S3-3) had a specific capacitance of 2525 F/g in 8 A/g specific current.

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.‬‬‬‬‬‬‬

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 تأمین 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 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.

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 تأیید قرار می داند. در این کار تحقیقاتی تأثیر 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.