تهیه الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با پلی( 8-هیدروکسی کینولین)دارای ذرات پلاتین و بررسی قابلیت الکتروکاتالیزی آن در اکسایش متانول و احیای هیدروژن

در سال های اخیر، رشد الکتروشیمی تجزیه ای به عنوان شاخه ای از شیمی تجزیه چشمگیر بوده است. با نگاهی گذرا به تاریخچه ی الکتروشیمی تجزیه ای ملاحظه می شود که تا نیمه اول سال 1970 میلادی فهرست الکترودهای قابل دسترس برای الکتروشیمیدان ها به مواردی مثل طلا [1]، پلاتین [2]، نیکل [3] و کربن شیشه ای [4] محدود می شد، در حالی که امروزه با بکار گیری انواع مختلف اصلاحگرها و در نتیجه تهیه الکترودهای اصلاح شده ی شیمیایی، تعداد الکترودهای مورد استفاده برای مقاصد مختلف تجزیه ای افزایش چشمگیری یافته است[5]. الکترود های اصلاح شده ی شیمیایی در اثر پوشاندن سنجیده ی سطح یک الکترود با لایه نازکی از یک ماده انتخابی و تسهیل کننده ی انتقال بار به منظور تغییر و تعدیل بعضی از ویژگی های آن الکترود بدست می آیند بدین ترتیب ماهیت الکترود عوض شده و خواص شیمیایی، الکتروشیمیایی، نوری و سایر ویژگی های ماده تثبیت شده ظاهر می گردد. این چنین تعویض هدفمند سطوح الکترودی می تواند بسیاری از مشکلات الکتروشیمی تجزیه ای را از بین برده و زمینه ای جدید برای کاربرد های تجزیه ای و وسایل حسی را فراهم سازد [6]. از نظر تاریخی، کار در زمینه الکترودهای اصلاح شده ی شیمیایی از سال 1974 با اتصال کووالانسی مشتقاتی از سیلیسیم به مواد مختلف توسط گروه موری آغاز شد [7]. از آن پس، مواد گوناگونی شامل گروه های ردوکس، لیگاند، حد واسط های مبادله کننده ی الکترون و ترکیبات دارای مراکز کایرال، بصورت های مختلف بر سطوح الکترودها تثبیت شدند [10-6]. برای تهیه ی الکترود های اصلاح شده از روش های مختلفی از جمله ایجاد پیوند کووالانسی [11]، جذب سطحی شیمیایی [12]، پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی جهت تثبیت فیلم پلیمری [13]، تثبیت آنزیم[15،14]، تشکیل تک لایه خود انباشته [17،16]، ساخت چند سازه ها [19،18]، تثبیت نانوذرات [21،20] و غیره استفاده می شود. فیلم های پلیمری با روش های مختلفی نظیر فروسازی [23،22] ، پوشش با چرخش سریع [24]، تبخیر قطره [26،25]، تر سیب الکتروشیمیایی [27]، پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی، پلیمریزاسیون با تخلیه در فرکانس رادیویی و پلیمریزاسیون در خلاء [31-28] بر سطوح الکترودها تثبیت می شوند. سه روش پتانسیواستاتیک ، پتانسیودینامیک و گالوانواستاتیک برای الکتروپلیمریزاسیون منومرهای مختلف و در نتیجه ایجاد و تثبیت فیلم پلیمری بر سطوح الکترودها وجود دارد که در این میان، روش ولتامتری چرخه ای به دلیل قابلیت های بسیار تقریبا همیشه به عنوان یک روش انتخابی برای سیستم هایی که برای اولین بار مطالعه می شوند، به کار می رود. الکترودهای اصلاح شده ی پلیمری در زمینه های مختلفی از جمله، محافظت در برابر خوردگی، باتری های قابل شارژ، انواع حسگرهای شیمیایی و الکتروشیمیایی، ابزارهای الکترونوری، پیش تغلیظ گونه های شیمیایی، الکتروکاتالیز فرایندهای الکترودی با رفتار سینیتیکی کند و اندازه گیری های الکتروشیمیایی کاربرد دارند [35-32]. ماهیت بستر الکترودی مورد استفاده برای ساخت الکترودهای اصلاح شده پلیمری نیز ویژگی ها و رفتار الکتروشیمیایی فیلم پلیمری تهیه شده را تحت تاثیر قرار می دهد که در این راستا، معمولا از بستر های فلزی نظیر، طلا، پلاتین، اکسیدهای فلزی و یا بسترهای کربنی مثل کربن شیشه ای، نانوسیم های کربنی و نانولوله های کربنی استفاده می شود[36]. نانولوله های کربنی دسته ای از نانومواد هستند که بطور گسترده ای از آنها برای ساخت الکترودهای اصلاح شده استفاده می گردد [38،37]. نانولوله های کربنی باعث پخش یکنواخت تر کاتالیزورها در سطح الکترود می شوند و همچنین سرعت انتقال الکترون را در واکنش های الکتروشیمیایی افزایش می دهند [40،39]. الکتروکاتالیز فرایند های کند یکی از کاربردهای مهم الکترودهای اصلاح شده پلیمری است، بطوری که پلیمر الکتروفعال تثبیت شده در سطح الکترود می تواند به عنوان حدواسط در واکنش بین الکترود و گونه شیمیایی محلول دخالت کند و واکنش مبادله الکترون گونه شیمیایی مورد نظر را تسریع کند[42،41]. گاهی اوقات از پلیمرهای غیر الکتروفعال نیز برای پوشاندن سطح الکترود استفاده می شود، در این حالت، فیلم پلیمری می تواند به عنوان یک بستر مناسب جهت تثبیت ذرات فلزی نظیر نیکل، مس، پلاتین، ذرات دوتایی مثل پلاتین/مس و غیره بر سطح الکترود عمل کند. به علت این که فیلم پلیمری تثبیت شده، مکان های فعال بیشتری در سطح الکترود ایجاد می کند در نتیجه موجب علامت های تجزیه ای بزرگتر می شود. یک روش جدید برای تثبیت فلزات بر سطح الکترود، واکنش جابجایی گالوانی است[45-43]. این واکنش، یک روش ساده و موثر برای تهیه و تثبیت ذرات فلزات نجیب نظیر، طلا، پلاتین و پالادیم فراهم می سازد. در این روش، ابتدا سطح الکترود با ذرات فلزات اکسید شونده نظیر، مس، نیکل، نقره و غیره پوشانده می گردد و سپس الکترود حاصله را در محلولی حاوی یونهای یک فلز نجیب مثل طلا، پلاتین و پالادیم شناور می سازند. با توجه به این که پتانسیل کاهش فلزات نجیب از پتانسیل کاهش مس، نقره، نیکل و غیره بیشتر است، یون های فلزات نجیب طی یک واکنش خودبخودی احیا شده و در سطح الکترود تثبیت می شوند و به این ترتیب الکترودهای اصلاح شده با ذرات فلزات اکسید شونده و نجیب تهیه می شود. از طرف دیگر، پیل های سوختی (ابزارهایی که انرژی شیمیایی سوخت ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند) یکی از زمینه های تحقیقاتی جدید می باشد که توجه متخصصین زیادی را به خود جلب کرده است[47،46]. در پیل های سوختی از هیدروژن و برخی الکل های سبک نظیر، متانول، اتانول و غیره به عنوان سوخت استفاده می شود که فرایند آزادسازی هیدروژن که در طی آن ملکول های هیدروژن،h2، تولید می شود، و فرایند اکسایش متانول کاربردهای بسیار زیادی در پیل های سوختی دارند اما یکی از مشکلات اساسی آنها این است که احیای یون های هیدروژن و اکسایش متانول در سطح الکترودهای معمولی به دلیل پتانسیل اضافی آنها خیلی مشکل است. برای حل این مشکل از الکترودهای اصلاح شده شیمیایی برای الکتروکاتالیز کاهش یون های هیدروژن و اکسایش متانول استفاده شده است. در این کار تحقیقاتی، ابتدا به ساخت الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با پلی ( 8- هیدروکسی کینولین ) واجد نانوذرات دو فلزی پلاتین/مس پرداخته و پس از مطالعه رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده و بهینه کردن الکترود، قابلیت الکتروکاتالیزوری آن را در فرایند آزادسازی هیدروژن بررسی کردیم. سپس به ساخت الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله های کربنی و پلی ( 8- هیدروکسی کینولین) واجد پلاتین پرداخته و پس از بررسی رفتار الکتروشیمیایی آن در مراحل مختلف ساخت و بهینه کردن آن، از این الکترود برای الکتروکاتالیز فرایند اکسایش متانول استفاده گردید.