سنتز و مشتق سازی نانوصفحه های گرافن برای توسعه ی حسگرها و زیست حسگرهای الکتروشیمیایی، پیل های سوختی و زیست سوختی

بخش اول: با توجه به خواص جالب نانوصفحه¬های گرافن در این قسمت که با استفاده از نانوصفحه¬های گرافن، یک حسگر الکتروشیمیایی مناسب با کارایی بالا بر پایه¬ی روش ولتامتری پالس تفاضلی برای اندازه¬گیری همزمان داروهای مخدر تهیه شده است. بنابراین، نانوصفحه¬های گرافن به روش شیمیایی تهیه شد و شناسایی آن با استفاده از sem تایید کرد که گرافن با کیفیت خوبی سنتز شده است. تشخیص این ترکیبات مخدر از قبیل مورفین، نوسکاپین و هروئین بر اساس اکسیداسیون الکتروشیمیایی آن¬ها در سطح الکترود اصلاح شده با نانوصفحه¬های گرافن می¬باشد. برای اولین بار این سه ترکیب مخدر با استفاده از الکترود اصلاح¬شده با گرافن بطور همزمان اندازه¬گیری شد. نتایج بدست¬آمده هم به خوبی نشان داد که حسگر تهیه¬شده توانایی تشخیص این ترکیبات را در حد میکرومولار و گستره¬ی خطی وسیعی دارد. بنابراین، حسگر تهیه¬شده از قابلیت بالایی برای اندازه¬گیری داروهای مخدر مذکور در صنایع دارویی، خدمات پزشکی و جرم¬شناسی برخوردار می¬باشد. بخش دوم: در بخش دوم این پروژه برای اولین بار نانوذرات نقاط کوانتومی کادمیوم تلورید بطور مستقیم روی گرافن اکسید نشانده شد. برای اتصال کوالانسی این نانوذرات به گرافن اکسید از اسیدآمینه¬ی l-سیستئین استفاده شد. l-سیستئین یک ترکیب احیاء کننده¬ی غیر سمی می¬باشد. مرحله¬ی اول سنتز عامل¬دارکردن گرافن اکسید با l-سیستئین می¬باشد. بعد از آن، نانوذرات cdte روی مشتق به¬وجودآمده سنتز شد. نانوساختار هیبریدی سنتزشده با تکنیک¬های مختلفی از قبیل طیف¬سنجی uv-vis، طیف¬سنجی فلورسانس، sem و tem مورد شناسایی قرار گرفت. بعد از آن از nhs به عنوان حدواسط انتقال الکترون در محیط¬های آبی خنثی برای اکسیداسیون الکتروشیمیایی اتانول در سطح این نانوساختار ترکیبی (گرافن-cdte qd) استفاده شد. بعلاوه، تهیج نوری این نانوساختار مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که در حضور نور خاصیت الکتروکاتالیزوری افزایش می¬یابد. این فرایندها در بافر فسفات و در ph بیولوژیکی بدون حضور هیچ گونه ترکیب بازی اتفاق می¬افتد. بنابراین، از الکترود اصلاح¬شده با نانوساختار مذکور و با بهره¬گرفتن از نور که افزایش¬دهنده پاسخ الکتروشیمیایی نانوساختار به اتانول می-باشد، می¬تواند هم به عنوان یک حسگر الکتروشیمیایی و هم به عنوان بستری برای اکسیداسیون اتانول در سل¬های سوختی استفاده ¬شود. بخش سوم: در بخش سوم این پروژه برای اولین بار یک روش الکتروشیمیایی برای سنتز تک¬مرحله¬ای گرافن، دوپه¬کردن آن با نیتروژن و سنتز نانودرات پلاتین روی آن ارائه شده است. در این روش از یک میله¬ی گرافیتی که به عنوان الکترود کار و یک میله¬ی پلاتینی که به عنوان الکترود متقابل عمل می¬کنند، به عنوان منبع تهیه¬ی این نانوساختار استفاده شد. واکنش الکتروشیمیایی در حلال استونیتریل اتفاق می¬افتد و ماده¬ی حاصله بعد از حرارت تا دمای 450 درجه¬ی سانتیگراد مورد شناسایی و تعیین ساختار قرار شد. شناسایی توسط تکنیک¬های uv-vis، فلورسانس، زیر قرمز ir، xps، sem و tem به خوبی سنتز نانوساختار تهیه شده را اثبات می¬کند. نانوساختار تهیه¬شده در مقایسه با کربن/پلاتین تجارتی قابلیت فوق¬العاده¬ای در جهت احیاء اکسیژن و همچنین اکسیداسیون اتانول، متانول، هیدرازین و اسیدفرمیک که بعنوان سوخت در پیل¬های سوختی بکار می¬روند، دارد. بخش چهارم: در بخش چهارم این کار تحقیقاتی با توجه به مزیت¬های گرافن و نانولوله¬های کربنی برای اولین بار از یک ساختار دوتایی گرافن-نانولوله¬های آمین¬دار برای تثبیت آنزیم¬های بیلیروبین¬اکسیداز و لاکاس برای احیاء مستقیم اکسیژن استفاده شده است. گرافن توسط یک روش الکتروشیمیایی روی الکترود تثبیت شد و نانولوله¬ها روی آن سوار شدند. با توجه به ساختار متفاوت این دو آنزیم، استراتژی این تحقیق برای انتقال مستقیم الکترون توسط این دو آنزیم، آب¬دوست¬کردن و آبگریزکردن سطح نانولوله¬های تثبیت¬شده روی گرافن به ترتیب، برای جذب جهت¬دار بیلیروبین¬اکسیداز و لاکاس می¬باشد. بنابرین، طی دو مرحله از راه روش¬های الکتروشیمیایی متفاوت، در سطح الکترود تغییراتی داده شد تا بتوان این آنزیم¬ها را جهت¬دار و مناسب روی سطح الکترود تثبیت کرد. بدین منظور، هیدروکسیل¬دارکردن آمین¬های روی نانولوله¬ها و عامل¬دارکردن آن با پایرن بوتیریک اسید (pba) برای رسیدن به اهداف موردنظر انجام گرفت. برای الکترود¬های اصلاح¬شده برخی پارامترهای سنتیکی مربوط به احیاء مستقیم اکسیژن محاسبه شد. کل نتایج حاکی از این است که، روش¬های ارائه¬شده برای عامل¬دارکردن سطح نانولوله¬ها بطور بسیار مناسبی باعث جذب و نگه¬داری و درنتیجه، افزایش فعالیت الکتروکاتالیزوری این آنزیم¬ها در سطح الکترود می¬شوند و ازطرفی دیگر، گرافن بعنوان بستری بسیار هادی به مانند پلی بین نانولوله¬ها و الکترود عمل کرده و غیر از افزایش سطح الکترود، باعث تسهیل انتقالات الکترونی می¬شود. الکترود¬های اصلاح¬شده با روش از این پتانسیل برخوردارند که بعنوان کاتد در پیل¬های زیست¬سوختی مورد استفاده قرار گیرند.