عنوان پایان‌نامه
سنتز و بررسی الکتروشیمیایی نانو مواد مبتنی بر گرافن/ لانتانیدهای الکترو فعال
- رشته تحصیلی
- نانوشیمی - سوپرامولکول
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6416;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77967;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6416;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77967
- تاریخ دفاع
- ۰۲ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- امین شیرعلی زاده دزفولی
- استاد راهنما
- محمدرضا گنجعلی, پرویز نوروزی
- چکیده
- گرافن، با مساحت سطحی بالا و خواص بی نظیر، گزینه ای جذاب جهت تهیه نانوساختارهای هیبریدی است. تزئین ورقه های گرافن با نانوساختارهای معدنی مختلف می تواند خواص گرافن را بهبود بخشد. ساختارهای ناهمگن شامل نانوساختارهای تزئین شده روی سطح گرافن نه تنها می توانند خواص نانوساختارها و گرافن را اعمال کنند بلکه خواص و عملکردهای جدیدی ناشی از برهمکنش بین آن ها را نیز نشان می دهند. اکسیدهای لانتانوئیدها را می توان به عنوان پایدارترین ترکیبات تشکیل شده از لانتانوئیدها دانست، که دارای پتانسیل های بالایی برای کاربرد در زمینه های متفاوتی از جمله الکترونیک، کاتالیست ناهمگن، سلول سوختی هستند. از بین لانتانوئیدها پنج عنصر سریم (Ce)، تربیم (Tb)، ساماریم (Sm)، ایتربیم (Yb) و یوروپیم (Eu) الکتروفعال ودارای عدد اکسایش مختلف هستند. در این رساله با استفاده از روش صوت شیمیایی، نانوذرات لانتانوئیدها، گرافن اکسید و نانوکامپوزیت لانتانوئید/گرافن تهیه شدند. بدین منظور ابتدا گرافن اکسید با استفاده از روش تور از گرافیت ورقه ای تهیه شده و سپس جهت بهبود شرایط سنتز گرافن اکسید، از حمام فراصوت استفاده شد که نتیجه آن کاهش زمان اکسایش گرافیت به گرافن اکسید، جدایش بهتر لایه ها، افزایش سطح فعال و عملکرد الکتروشیمیایی بهتر گرافن اکسید کاهش یافته مربوطه بود. پس از مشخصه یابی نانومواد تهیه شده، به بررسی خواص الکتروشیمیایی آن ها پرداخته و کاربرد آن ها جهت استفاده در حسگرهای الکتروشیمیایی و ابرخازن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهینه سازی نسبت لانتانوئید به گرافن اکسید کاهش یافته، جهت دستیابی به نتایج موثرتر لازم است. فعالیت های الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت ها در برابر اسکوربیک اسید(AA)، دوپامین(DA) و اوریک اسید(UA) نشان دهنده پتانسیل بالای کاربرد آن ها در تعیین همزمان زیست مولکول ها است، به گونه ای که پیک های اکسایش AA ، DA و UA همراه با الکترود اصلاح شده با کامپوزیت سریم اکسید/گرافن کاملا از یکدیگر قابل تمایزند. همچنین ظرفیت ابرخازنی CeO2، RGO و CeO2-RGO به ترتیب برابر 91، 86 و 211 فاراد برگرم در سرعت روبش 2 میلی ولت برثانیه محاسبه گردید.
- Abstract
- Graphene, a high surface area material with unique properties, is as attractive option to produce hybrid nanostructures. Graphene sheets decorated with various inorganic nanostructures can improve the properties of graphene. Heterogeneous structures including nanostructures decorated the surface of graphene not only can apply the properties of nanostructures and graphene but also apply the new properties and functions because of their interaction. Lanthanide oxides can be considered as the most stable compounds made up of lanthanides, which has high potential for application in different areas including: electronics, heterogeneous catalysis and fuel cells. Among the lanthanides, five elements (Cerium (Ce) and terbium (Tb), samarium (Sm), ytterbium (Yb) and europium (Eu)) are electroactive and have different oxidation numbers. In this project, we present a simple way as sonochemical synthesis, to synthesize lanthanide nanoparticles, graphene oxide and lanthanide/graphene nanocomposites. In this regard, graphene oxide have been synthesized through the Tour’s method from flake graphite. The results include: reducing the preparation time, better separation of graphene layers, increasing the activated surface area and better electrochemical. Increased electrochemical activity of the resulting products is due to their high surface area which is a result of their nano size. After characterization of as prepared nanomaterials, their electrochemical properties were examined and their applications in electrochemical sensors and supercapacitors were evaluated. The results showed that an optimized ration of lanthanide oxide to graphene oxide is necessary to achieve effective results. Furthermore, the catalytic activity of nanocomposites and applications for the simultaneous determination of the biomolecules ascorbic acid (AA), dopamine (DA) and uric acid (UA) were evaluated. These hybrid nanomaterials exhibited three well-resolved voltammetric peaks for AA, DA, and UA simultaneously. Moreover, The CeO2–RGO electrodes exhibited excellent supercapacitive behavior with a high specific capacitance of (211 F g-1 at 2 mV s-1), high rate capability and good reversibility. Keywords: Cyclic voltammetry, Reduced graphene oxide, Lanthanide oxide, Nanocomposite, Electrochemical evaluation, Supercapacitor.
