الکتروکاتالیز اکسایش متانول و فرمالدهید در سطوح الکترودهای کربن شیشه ای و خمیرکربن اصلاح شده با نانوذرات فلزی و برخی پلیمرهای هادی واجد ذرات فلزی و نانولوله های کربنی

چکیده مطالعات انجام گرفته در این پروژه، به اصلاح سطح الکترود با نانوذرات فلزی و برخی پلیمرهای هادی واجد ذرات فلزی و نانولوله های کربنی اختصاص دارد. در این راستا، یک محلول آبی از سورفاکتانت تریتون x-100 (tx-100) بعنوان یک افزودنی برای الکتروپلیمریزاسیون متا- تولوئیدین (mt) بر روی الکترود خمیر نانولول? کربنی (cntpe) استفاده شد که بعنوان پیکره ای جدید برای پخش نانوذرات پلاتین مورد بررسی قرار گرفت. پاسخ الکتروشیمیایی پلی (متا- تولوئیدین) تهیه شده در حضور tx-100 (pmt(tx-100))، حداقل20 برابر بزرگتر از پلیمر تهیه شده در غیاب آن است. از این بستر الکترودی به محض تهیه بعنوان پیکره ای متخلخل برای پخش ذرات پلاتین به روش پتانسیودینامیک استفاده گردید. ویژگی های الکترود چند سازه ای تهیه شده با میکروسکوپی الکترون روبشی (sem)، طیف بینی پراکنش انرژی (eds) و روش های الکتروشیمیایی مطالعه شدند. تصاویر sem نشان دادند که مواد ترسیب شده از ذرات کروی پلاتین در مقیاس نانومتر تشکیل شده اند. داده های eds، حضور پلاتین را بر روی این الکترود اصلاح شده تأیید نمودند. واکنش های اکسایش متانول و فرمالدهید در سطح این الکترود اصلاح شد? چند سازه ای مطالعه گردیدند. نتایج نشان دادند که فیلم pmt(tx-100) تثبیت شده در سطح cntpe، فعالیت الکتروکاتالیزی نانوذرات پلاتین ترسیب شده را برای اکسایش متانول و فرمالدهید بهبود می بخشد. سپس، اثر پارامترهای مختلف نظیر سرعت روبش پتانسیل، پتانسیل کلید زنی و غلظت هر یک از واکنشگرها بر الکترواکسایش آنها و همچنین پایداری این الکترود اصلاح شده توسط روش های ولتامتری چرخه ای و کرونوآمپرومتری بررسی شده است. بخش دوم به اصلاح سطح الکترود کربن شیشه ای (gce) با نانوساختارهای پلاتینی و فیلم نانوساختاری پلی (1،5- دی آمینونفتالن) واجد ذرات پلاتین (pt/nano-pdan) اختصاص دارد. در این راستا، از دکسترین سفید بعنوان افزودنی برای ترسیب الکتروشیمیایی نانوساختارهای پلاتینی استفاده شد، بطوریکه بعنوان کاتالیزوری نوین و ارزان قیمت برای الکترواکسایش متانول بکار گرفته شد. مساحت سطح ویژ? نانوساختارهای پلاتینی و ذرات پلاتین ترسیب شده در فیلم پلیمری، بزرگتر از میکروذرات پلاتین تهیه شده در سطح gce (pt/mgce) با شیوه ای مشابه در غیاب دکسترین و پلیمر است. ویژگی های ذرات پلاتین ترسیب شده به روش های الکتروشیمیایی، sem و eds بررسی شده اند. در هنگام افزودن دکسترین به محلول الکترولیت، نانوذرات با توزیع نسبتاً یکنواخت/نانومیله های کوتاه با قطری در حدود nm 32 و طول nm 185-150 همراه با چندین دان? کروی با قطری در حدود nm 40 بدست آمدند. همچنین، sem نشان داد که در هنگام بکارگیری فیلم نانوساختاری، ذرات پلاتین با انداز? میانگین در حدود nm 130 در سطح خارجی فیلم پلیمری واقع می شوند. داده های eds نشان دادند که پلاتین عنصر اصلی می باشد. بررسی های الکتروشیمیایی نشان دادند که در بارگذاری یکسان پلاتین، نانوساختارهای پلاتینی و pt/nano-pdan می توانند بعنوان الکتروکاتالیزورهای کارآمدتری برای اکسایش متانول نسبت به pt/mgce عمل کنند. سپس، اثر پارامترهای گوناگون نظیر سرعت روبش پتانسیل، پتانسیل کلید زنی و غلظت متانول بر روی الکترواکسایش آن و نیز پایداری الکترودهای اصلاح شده توسط روش های الکتروشیمیایی مطالعه گردید. همچنین، نتایج نشان داد که pt/nano-pdan/mgce دارای فعالیت الکتروکاتالیزی موثری برای اکسایش فرمالدهید میباشد. در بخش سوم، tx-100 بعنوان افزودنی برای الکتروپلیمریزاسیون اورتو- تولوئیدین (ot) بر روی cntpe استفاده گردید و الکترود چندسازه ای تهیه شده بعنوان پیکر? جدید برای تثبیت یون های نیکل مورد بررسی قرار گرفت. رشد این فیلم پلیمری در غیاب tx-100 ضعیف است، درحالیکه به طرز چمشگیری در حضور این سورفاکتانت افزایش یافته و رشد آن تا چرخ? شصتم ادامه می یابد. از این بستر الکترودی بعنوان پیکره ای متخلخل برای تثبیت یون های نیکل روی فیلمpot(tx-100) ، با غوطه ور سازی این الکترود اصلاح شده در محلول niso4 استفاده شد. رفتار الکتروشیمیایی و ریخت شناسی سطح این الکترودهای اصلاح شده توسط روش های الکتروشیمیایی و sem مطالعه گردیدند. مقایس? تصاویر sem از سطح الکترود اصلاح شد? پلیمری در قبل و بعد از غوطه ور سازی در محلول niso4 نشان می دهد که افزایش یون های نیکل به پیکر? پلیمر با موفقیت انجام شد. پاسخ الکتروشیمیایی این الکترود اصلاح شده به اکسایش-کاهش زوج ردوکس ni(iii)/ni(ii) مربوط می گردد. نتایج نشان داد که فیلم pot(tx-100) تهیه شده در سطح cntpe، کارآیی الکتروکاتالیزی نیکل تثبیت شده را برای اکسایش متانول و فرمالدهید بهبود می بخشد. سپس، ثابت سرعت کاتالیزی ،k، برای الکترواکسایش متانول با استفاده از روش کرونوآمپرومتری cm3 mol-1 s-1104× 4/7 بدست آمد. در انتهای این کار، پایداری دراز مدت الکترود اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. در بخش بعدی، الکترود خمیرکربن اصلاح شده با فیلم pmt توسط الکتروپلیمریزاسیون مونومر mt در حضور ستیل تری متیل آمونیوم برماید (ctab) تهیه شد. سپس، در پتانسیل ثابت 0/1- ولت نسبت به الکترود شاهد، ترسیب الکتریکی ذرات نیکل از محلول اسیدی niso4 در سطح این الکترود اصلاح شد? پلیمری انجام گرفت. رفتار الکتروشیمیایی ni/pmt(ctab)/mcpe به روش ولتامتری چرخه ای در محلول m 1/0 naoh بررسی گردید که رفتار زوج ردوکس ni(???)/ni(??) را نشان داد. ذرات نیکل ترسیب شده در سطح pmt(ctab)/mcpe، فعالیت الکتروکاتالیزی چشمگیری در جهت اکسایش متانول و فرمالدهید نشان دادند. در قسمت پنجم، gce اصلاح شده با نانولوله های کربنی چند دیوار? واجد ذرات پلاتین (pt/mwcnt/mgce) توسط کاهش الکتروشیمیایی محلول اسیدی mm 0/2 h2ptcl6 در پتانسیل ثابت 2/0- ولت نسبت به sce تهیه شد. همچنین، یک روش ساده و سریع بر مبنای واکنش جابجایی گالوانی برای تهی? cntpe واجد ذرات دوفلزی مس/پلاتین تشریح شد. ریخت شناسی سطح الکترودهای اصلاح شده به روش sem مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج حاصله بیانگر حضور یک ساختار متخلخل دارای ذرات دوفلزی مس/پلاتین و ریخت شناسی شبیه دان? برف با توزیع یکنواخت در مورد pt/mwcnt/mgce بود. واکنش های الکترواکسایش متانول و فرمالدهید در سطح این الکترودهای چند سازه ای مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان داد کهmwcnt، فعالیت الکتروکاتالیزی ذرات پلاتین را برای اکسایش بهبود می بخشد. در ادامه مطالعات، gce اصلاح شده با نانوذرات نیکل به روش پتانسیواستاتیک در محلول بافر استات m 1/0 در0/4ph = شامل نیکل نیترات mm0/1 تهیه گردید. نتایج بدست آمده از آزمایش های ولتامتری چرخه ای نشان داد که نانوذرات نیکل هیدروکسید در سطح الکترود، دارای فعالیت الکتروکاتالیزی ممتاز نسبت به اکسایش متانول بوده و پتانسیل مازاد مورد نیاز برای واکنش اکسایش را کاهش میدهند. واژه های کلیدی: اکسایش الکتروکاتالیزی، متانول، فرمالدهید، نانولوله های کربنی، نانوذرات فلزی، پلیمرهای هادی، مواد فعال سطحی، الکترودهای اصلاح شد? پلیمری.