اصلاح سطح بسترهای برپایه فولاد زنگ نزن با لایه اکسید آندی نانومتخلخل و کاتالیست های نانوساختار سه بعدی و ارزیابی کارایی آن به عنوان بستر کاتالیستی در حسگرهای زیستی، اکسیداسیون گلیسرول و آزادسازی هیدروژن

در این رساله، اصلاح سطح فولاد زنگ نزن (ss) با هدف بهبود ویژگی های ساختاری آن و به کارگیری آن به عنوان یک بستر کاتالیستی مناسب در برخی سامانه های الکتروشیمیایی انجام گرفت. در این راستا، لایه اکسید آندی نانومتخلخل و کاتالیست های نانوساختار یک یا چندفلزی روی سطح ss با استفاده از روش های الکتروشیمیایی به طور مستقیم ایجاد شدند و سپس ریخت شناسی، ساختار و مشخصات الکتروشیمیایی الکترود/کاتالیست حاصل با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی روبشی (sem) و نیروی اتمی (afm)، تکنیک پراش پرتو x (xrd)، طیف نگاری ft-ir، ولتامتری چرخه ای، منحنی های تافل، کرونوآمپرومتری، کرونوپتانسیومتری و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (eis) بررسی شد. در نهایت، امکان به کارگیری این بستر در حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی، اکسیداسیون گلیسرول و تولید الکتروشیمیایی هیدروژن مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. در اولین گام، نانوذرات طلا با استفاده از روش انباشت الکتروشیمیایی روی بستر ss عامل دار شده با یک لایه بسیار نازک و پایدار آمینو سیلان نشانده شدند تا از این طریق امکان اتصال مولکول های آنتی بادی به سطح فراهم گردد. از این ایمینوحسگر برای اندازه گیری دکسوروبیسین با استفاده از روش eis استفاده شد که دو محدوده خطی در ناحیه کلی 3/4 تا 4/172 پیکومولار و حدتشخیص 9/2 پیکومولار به دست آمد که بسیار نزدیک به نتایج تجزیه ای ایمینوحسگر بر پایه بستر طلا بود. به منظور نشاندن مستقیم کاتالیست های فلزات نجیب روی بستر ss و عدم استفاده از عوامل اتصال دهنده آلی، لایه اکسید آندی نانومتخلخل توسط فرآیند اکسیداسیون آندی روی سطح ss تشکیل داده شد، نانوحفره های حاصل با مس توسط اعمال پالس های متوالی پتانسیل پر شده و در نهایت در اثر جابه جایی گالوانیک بین فلز قربانی مس و فلزات نجیب au و pd، کاتالیست های تک فلزی au و دوفلزی pd/cu و pd-au روی سطح تشکیل شدند. در اثر جابه جایی کامل مس با طلا، نانوساختارهای طلا روی سطح ss نانومتخلخل تشکیل شدند که فعالیت کاتالیستی مناسبی را برای اکسایش دوپامین در بافر فسفات با 2/7=ph ارائه نمودند. محدوده خطی وسیع 0/1 تا 600 میکرومولار، حدتشخیص 02/0 میکرومولار، تکرارپذیری خوب و امکان اندازه گیری دوپامین در حضور اوریک اسید و آسکوربیک اسید و بافت های پیچیده توسط حسگر زیستی تهیه شده فراهم گردید. کاتالیست دوفلزی pd/cu از عدم جایگزینی کامل مس با پالادیوم روی سطح ss نانومتخلخل تشکیل شد و فعالیت کاتالیستی آن برای اکسیداسیون گلیسرول در محیط قلیایی بررسی گردید. نتایج نشان داد که حضور نانوحفره های منظم روی سطح و همچنین وجود مس در فیلم کاتالیستی به افزایش پایداری کاتالیست کمک می نماید. کاهش میزان مصرف pd (?g.cm-2 29)، تشکیل لایه متخلخل pd با مساحت سطح فعال بالا (cm2 36/0)، تأثیر مس برخواص الکترونیکی فلزات نجیب و اثر هم افزایی باعث بهبود فعالیت کاتالیستی pd می شود. فعالیت جرمی الکترود حاصل (ma.?gpd-1 82/0) بسیار بیشتر از مقدار مربوط به بسیاری از بسترهای کربن- پالادیوم می باشد. در قسمت بعد، ss پوشیده شده با کاتالیست دوفلزی pd-au در یک مرحله با غوطه ور نمودن ss نانومتخلخل آراسته شده با مس در محلول حاوی پیش ماده های فلزات نجیب au و pd تهیه گردید. نتایج نشان داد که این کاتالیست قادر به اکسایش گلیسرول در پتانسیل شروع 53/0- ولت می باشد. دانسیته جریان بالا (ma.cm-2 134)، فعالیت جرمی بیشتر (mc.?g-1 81/5) و مقاومت بهتر در مقابل عوامل مسموم کننده از مزایای این کاتالیست نسبت به کاتالیست های تک فلزی سازنده خود است. در نهایت، با استفاده از روش الکتروانباشت با کمک قالب حباب هیدروژن نانوساختار نیکل-کبالت-مولیبدن روی سطح ss تشکیل شد و فعالیت الکتروکاتالیستی آن برای تولید الکتروشیمیایی هیدروژن بررسی گردید. نتایج نشان داد که این کاتالیست با ارائه دانسیته انرژی تبادلی ma.cm-2 4/10 از کاتالسیت های نیکل و نیکل- کبالت فعال تر بوده و میزان پایداری آن در حین فرآیند الکترولیز بسیار بیشتر است که در نتیجه می توان با صرف انرژی کمتر هیدروژن را با یک سرعت ثابت برای مدت زمان طولانی تر تولید نمود.