گرافن اصلاح شده: سنتز، شناسایی و کاربردهای آن در حسگرهای الکتروشیمیایی، پایه الکتروکاتالیست های پیل سوختی متانولی مستقیم و پایه الکتروکاتالیست های واکنش های آزادسازی هیدروژن

در بخش اول ترکیبات گلوکز و آب اکسیژنه توسط حدواسط¬های مس، و کبالت اکسید با استفاده از مکانیسم الکتروکاتالیستی آنالیز شدند. پس از بهینه¬سازی الکترودها رفتار الکتروکاتالیستی حدواسط نانوذرات مس تثبیت شده بستر گرافیتی و نانولوله کربنی، در اندازه¬گیری الکتروشیمیایی اکسایش گلوکز و کاهش آب اکسیژنه، مورد استقاده قرار گرفت. در ادامه پس از تثبیت نانوذرات کبالت اکسید روی سطح گرافن اکسید و شناسایی به کمک روش¬های پراش پرتوایکس، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی پیمایشی کاربرد آن در اندازه¬گیری الکترو الکتروکاتالیستی اکسایش آب اکسیژنه مورد مطالعه قرار گرفت. پیل¬های سوختی به دلیل تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی در سال¬های اخیر بسیار مورد توجه بوده¬اند. از میان انواع مختلف، پیل سوختی متانولی و فرمیک اسیدی مستقیم به عنوان گزینه¬ای مناسب جهت تولید انرژی در وسایل الکترونیکی قابل حمل، سهم قابل توجهی از تحقیقات پیل سوختی را به خود اختصاص داده است. اگرچه در حال حاضر پلاتین و پالادیم متداول¬ترین کاتالیست¬ها به ترتیب در پیل¬های سوختی متانولی و فرمیک اسیدی مستقیم¬اند، اما قیمت بالای آنها یکی از موانع جدی در راه تجاری سازی این نوع پیل¬ها به شمار می رود. ازاین رو، در بخش دوم این رساله ارائه راه کارهایی در جهت افزایش بهره¬وری کاتالیست¬های پلاتین و پالادیم به منظور کاهش مقدار مصرفی آن و در نتیجه کاهش قیمت پیل سوختی متانولی و فرمیک اسیدی مستقیم می¬باشد. به این منظور گرافن اکسید توسط ترکیب 4-آمینوتیوفنول عامل¬دار و پس از شناسایی، نانوذرات پلاتین روی آن تثبیت شد. پس از شناسایی نانوکاتالیست¬ تهیه شده توسط روش¬های پراش پرتو ایکس، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی پیمایشی، تصویربرداری نیروی اتمی و همچنین روش¬های الکتروشیمیایی، کاربرد آن در اکسایش متانول بررسی شد. در ادامه نانوذرات مس (i) روی بسترعامل¬دار گرافنی تثبیت و پس از شناسایی با روش¬های مختلف طی یک فرایند جابه¬جایی خودبه¬خود نانوذرات مس با پالادیم جابه¬جا می¬شوند، سپس رفتار نانوکاتالیست تهیه شده در فرایند اکسایش فرمیک اسید بررسی شد. علاوه بر این نانوساختار دو فلزی پلاتین- پالادیم روی بستر سیلیکونی تهیه و پس از شناسایی آن کاربرد آن در اکسایش متانول مورد ارزیابی قرار گرفت، همچنین نقش گرافن به عنوان بستر این نانوساختار بررسی شد. در بخش آخر این رساله با توجه به این¬که هیدروژن فراوانترین عنصر موجود در طبیعت است و به دلیل داشتن ویژگی¬هایی چون تجدیدپذیری، قابلیت ذخیره شدن، امکان حمل ونقل و نیز غیرآلاینده بودن، جایگزین مناسبی برای سوخت¬های فسیلی که زوال¬پذیر و مخرب زیست محیط می¬باشند، محسوب می¬شود. کاربرد هیدروژن در پیل¬های سوختی که بخش عمده¬ای از تحقیقات الکتروشیمیایی را به خود معطوف داشته، بسیار حائز اهمیت می¬باشد .هیدروژن موجود در طبیعت به فرم ترکیبی است و باید با استفاده از روش¬های مختلف گاز هیدروژن آزادسازی گردد. در حال حاضر از بهترین کاتالیست¬ها برای انجام واکنش آزادسازی گاز هیدروژن پلاتین و یا آلیاژهایی از پلاتین می¬باشد، ولی اغلب محدودیت در فراهم ساختن پلاتین محدودیت¬هایی در کاربرد آن ایجاد می¬کند. بنابراین تحقیقات وسیعی به توسعه¬ی الکتروکاتالیست¬ها و افزایش فعالیت آنها وکاهش مقدار مصرفی پلاتین، اختصاص داده شده است. در کارهای پژوهشی انجام شده در این بخش به منظور کاهش مصرف پلاتین و افزایش خاصیت الکتروکاتالیزوری در واکنش تولید هیدروژن نانوذرات دو فلزیpt ،pt-pd ، pt-rh ، pt-ru تثبیت شده روی پودر سیلیکون متخلخل سنتز شده و پس از شناسایی آنها درواکنش آزادسازی هیدروژن به کار گرفته شد، علاوه بر این نقش گرافن به عنوان بستر این دسته الکتروکاتالیست¬ها بررسی شد. در ادامه تلاش در جهت حذف پلاتین و استفاده از نانوذراتی از قبیل روتنیم، نیکل و آلومینیم تثبیت شده روی گرافن اکسید احیا شده به عنوان جایگزین پلاتین در واکنش آزادسازی هیدروژن مورد استفاده قرار گرفت .