دانشگاه‌ کردستان

دانشکده علوم پایه

گروه شیمی

پایان نامه کارشناسی‌ ارشد رشته شیمی گرایش تجزیه

عنوان:

به کارگیری N-گرافن دوپه شده با نانوذرات پلاتین و نانو کامپوزیت Pt-Fe در سنجش­های الکتروشیمیایی و تبدیلات انرژی

استاد راهنما:

پروفسورعبدالله سلیمی

استاد مشاور:

دکتر دکتر رحمان حلاج

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول : مقدمه و تئوری

1-1 الکتروشیمی تجزیه……………………………………….. 1

1-1-1 اهمیت و مزایای روشهای الکتروشیمیایی…………… 2

1-2 الکترود………………………………………………………. 4

1-2-1 الکترودهای کربن……………………………………….. 4

1-2-1-1 الکترود کربن شیشه ­ای…………………………….. 5

1-2-1-2 الکترودهای فیبرکربنی………………………………. 6

1-2-1-3 الکترودهای خمیرکربن………………………………. 6

1-2-2 فعال­سازی سطح الکترود و انواع آن…………………… 7

1-2-2-1 پولیش دادن………………………………………….. 7

1-2-2-2 فعال­سازی حرارتی…………………………………… 7

1-2-2-3 فعال­سازی لیزری…………………………………….. 8

1-2-2-4 فعال­سازی با امواج صوتی- رادیویی……………….. 7

1-2-2-5 فعال­سازی با حلال…………………………………… 8

1-3 الکترودهای اصلاح­شده…………………………………… 8

1-3-1الکترودهای اصلاح­شده شیمیایی(CME) ……………..8

1-3-2 تهیه الکترودهای اصلاح شده…………………………. 10

1-3-3 انواع روش­های شیمیایی اصلاح سطح الکترودها ……10

1-3-3-1اصلاح الکترود توسط ترکیبات نانوساختار …………..10

1-3-3-2 اصلاح الکترودها توسط تک لایه­ های خود انباشته…10

1-3-3-3 اصلاح سطح الکترودها توسط روش سل- ژل……… 12

1-3-3-4 اصلاح الکترودها توسط مواد پلیمری……………….. 12

1-4 فناوری نانو…………………………………………………. 14

1-5 نانوساختارها………………………………………………. 14

1-5-1 نانوذرات………………………………………………….. 14

1-5-2 عملکرد نانوذرات در الکتروشیمی…………………….. 15

1-5-2-1 تثبیت زیستمولکول ها در سطح الکترود………….. 16

1-5-2-2 کاتالیز واکنش­های الکتروشیمیایی…………………. 16

1-5-2-3 تسریع انتقال الکترون……………………………….. 16

1-5-2-4 نشانه‌گذاری زیست­مولکول­ها …………………………16

1-5-2-5 نانوذرات به عنوان واکنش­گر عمل می­کنند…………. 16

1-5-3 سیستم دوفلزی-آلیاژی نانوذرات……………………. 18

1-6 حسگرها………………………………………………….. 19

1-6-1 حسگرهای الکتروشیمیایی………………………….. 20

1-6-2 خصوصیات حسگرها …………………………………..21

1-7 گرافن………………………………………………………. 21

1-7-1 گرافن تقویت شده ……………………………………..23

1-8 پلاتین……………………………………………………… 23

1-8-1الکتروکاتالیست آلیاژی پلاتین…………………………. 24

1-9 پیل سوختی………………………………………………. 25

1-9-1 مزایای پیل سوختی…………………………………… 27

1-9-2 انواع پیل های سوختی……………………………….. 27

1-9-3 غشاهای تبادل پروتون بری کاربرد در پیل سوختی…..29

1-10 اهداف پروژه حاضر……………………………………….. 31

فصل دوم: مواد و تجهیزات مورد استفاده، سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت­ها و جزئیات روش­ها وآزمایش­های انجام شده

2-1 مواد شیمیایی مورد استفاده……………………………. 33

2-2- دستگاه­های مورد استفاده……………………………… 34

2-3- سنتز Pt/N-Gr…………………………………………….

2-4- روش تهیه الکترودهای کربن شیشه­ای اصلاح­شده با گرافن دوپه­شده با نیتروژن و پلاتین (Pt/N-Gr)…36

2-4-1- آماده سازی الکترود…………………………………… 36

2-4-2- اصلاح الکترود GC با گرافن……………………………. 36

2-5- سنتزنانوذرات دوتایی Pt-Fe……………………………..

2-5-1 اصلاح الکترود GC بانانوذرات Pt-Fe…………………….

فصل سوم: بحث و نتیجه گیری

3-1 بررسی رفتار الکتروشیمیایی هیدرازین روی الکترود کربن شیشه­ا­ی اصلاح­شده با گرافن دوپه­شده با نیتروژن و پلاتین….40

3-1-1-مقدمه………………………………………………….. 40

 3-1-2 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه­ای توسط اصلاح با نانو کامپوزیت Pt/N-Gr…….

3-1-3 بررسی اثر غلظت هیدرازین در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانوکامپوزیت Pt/N-Gr……..

3-1-4  محاسبه حدتشخیص، حساسیت، و محدوده خطی الکترد اصلاح­شده با استفاده ازروش آمپرومتری….43

3-1-5 بررسی میزان پایداری پاسخ الکتروکاتالیزوری الکترود GC-Pt/N-Gr برای اکسیداسیون هیدرازین…….46

3-1-6 بررسی اثر سرعت روبش پتانسیل………………. 47

3-1-7 بررسی انتخاب­پذیری الکترود اصلاح­شده………….. 48

3-1-8 کاربرد تجزیه­ای الکترود………………………………. 49

3-1-9 نتیجه ­گیری…………………………………………… 52

 بخش دوم: طراحی پیل زیست سوختی گلوکز/اکسیژن…53

3-2-1 اکسیداسیون الکتروشیمیایی گلوکز با استفاده از الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانوذراتFe-Pt

3-2-2 به کارگیری نانوکامپوزیت Pt/N-Gr برای احیای اکسیژن….53

3-2-3 به کارگیری الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt به عنوان آند پیل زیستی سوختی…54

3-2-3-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه­ای اصلاح با نانو ذرات  Fe-Pt نسبت به الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای اکسیداسیون گلوکز…………………54

3-2-3-2 بررسی اثر غلظت گلوکز در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانو ذراتFe-P……

3-2-3-3 محاسبه سطح فعال آند (الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt)….56

3-2-3-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt…….

3-2-3-5 بررسی اثر مزاحمت اکسیژن برای اندازه­ گیری گلوکز در آند……58

3-2-4 به­کارگیری الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با/N-Gr  Pt به عنوان کاتد پیل  زیست­ سوختی…..58

3-2-4-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانو کامپوزیت  Pt/N-Gr نسبت به الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای احیای اکسیژن………58

3-2-4-2 محاسبه سطح فعال کاتد (الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با Pt/N-Gr)…..60

3-2-4-3 بررسی مکانیسم احیای الکتروکاتالیزوری اکسیژن به روش ولتامتری هیدرودینامیک….61

3-2-4-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با Pt/N-Gr………….

3-2-5کاربرد آند و کاتد طراحی شده جهت ساخت پیل زیست­سوختی گلوکز/ اکسیژن…..63

3-2-5-2 آماده سازی غشای نافیونی……………………….. 64

3-2-5-3 نتایج حاصل از بستن پیل گلوکز/ اکسیژن……….. 64

3-2-5-4 نتیجه­ گیری……………………………………………67

چکیده:

از میان روش­های متنوعی که برای تعیین کمی آنالیت­ها توسعه داده شده­اند روش­های الکتروشیمیایی به دلیل سادگی و حساسیت بالا دارای کاربردهای بسیار زیادی هستند اما اغلب واکنش اکسیداسیون و احیای مستقیم آنالیت در سطح الکترود معمولی، برگشت­ناپذیر بوده و نیاز به اضافه ولتاژ بالایی دارند. نانومواد به عنوان گزینه­های بسیار عالی برای اصلاح الکترودها معرفی شده­اند، بنابراین در این کار نانوکامپوزیت­های جدیدی ساخته شد و از آن­ها برای ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی استفاده شد.

در قسمت اول کار برای اولین بار الکترود اصلاح­شده با نانو کامپوزیت Pt/N-Gr به طور موفقیت آمیز برای اندازه­گیری هیدرازین در پتانسیل­های کاهش یافته بکار گرفته شد. الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با    Pt/N-Gr فعالیت الکتروکاتالیزوری بسیار خوبی نسبت به اکسیداسیون هیدرازین در اضافه پتانسیل کاهش یافته نشان می­دهد(4/0- ولت نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl در محلول بافر فسفات با pH 9 ).  فعالیت الکتروکاتالیزی الکترود اصلاح­شده در برابر هیدرازین به وسیله ولتامتری چرخه­ای ارزیابی شد. برای دستیابی به بهترین پارامترهای کاتالیتیکی مانند حد تشخیص و گستره دینامیک خطی تکنیک آمپرومتری هیدرودینامیک مورد استفاده قرار گرفت و گستره­ی دینامیکی 1/0 تا 555 میکرومولار با حدتشخیص 66 نانومولار و حساسیت694/0 برای هیدرازین در الکترود اصلاح­شده با نانوکامپوزیت Pt/N-Gr به­دست آمد. سپس، انتخاب­پذیری الکترود اصلاح­شده، در حضور گونه­های خارجی مختلف موجود در محلول آنالیت، آزمایش شد. نتایجِ حاصل، نشان دهنده­ی انتخاب­پذیری قابل قبول برای این الکترود می­باشد. در ضمن از آن­جا که هیدرازین یکی از سوخت­های بکار رفته در طراحی پیل­های سوختی است، این الکترود می­تواند به عنوان آند در پیل­های سوختی بکار گرفته شود. در نهایت، کاربرد موفقیت­آمیز الکترود در نمونه حقیقی (آب بویلر) مورد بررسی قرار گرفت و صحت قابل قبولی به­دست آمد.

در قسمت دوم این پروژه، از الکتروکاتالیست نانوذرات آلیاژی Fe-Pt استفاده شد که قابلیت کاتالیزوری آن برای اکسیداسیون گلوکز در محلول بافر فسفات با 7=pH بسیار زیاد است و به طور قابل توجهی شدت جریان اکسیداسیون را افزایش داد.

الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده باPt/N-Gr  فعالیت الکتروکاتالیزوری خوبی برای احیای اکسیژن نشان داد. بنابراین پیل زیستی گلوکز/اکسیژن را با بکارگیری الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانوکامپوزیت  Pt/N-Gr  به عنوان کاتد و الکترود کربن شیشه­ای اصلاح­شده با نانوذرات آلیاژی  Fe-Pt به عنوان آند طراحی شد.

پتانسیل پیل فوق mV700 ، دانسیته جریان mA.cm^-2 31/0و توان خروجیmW.cm^-2  85 به دست آمد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.