روتنيم34
کلريد روتنيم يک ترکيب شيميايي با فرمول RuCl3 است.کلريد روتنيم در بيشتر موارد به صورتRuCl3.xH2O به کار برده ميشود. هر دو گونه آبدار و بدون آب آن جامدهايي با رنگ سياه يا قهوه اي تيره هستند. نوع بدون آب کلريد روتنيم داراي خصوصيات جالبي هستند اما به ندرت استفاده ميشوند. بيشتر ترکيبات روتنيمي که در دسترس هستند از جمله روتنيم کلريد چند آّبه، ماده متشکله بيش از صد ترکيب شيميايي هستند. ويژگي قابل توجه کمپلکسها و کلريدهاي روتنيم و ديگر ترکيبات آن داشتن بيش از يک حالت اکسايش است.
1-6- نانوذرات اکسيد روتنيم35
اکسيدها و اکسي- هيدرکسيهاي فلزي کاربردهاي بسيار زيادي در زمينههاي مختلف مثل پوششهاي حفاظتي براي جلوگيري از خوردگي فلزات، زمينههاي الکتروشيميايي، الکترونيک، ساخت مواد مغناطيسي، زيست حسگرها و مبدلهاي نوري، باتريهاي ليتيومي و ساير زمينههاي تکنولوژي دارند. اکسيدهاي فلزي در سالهاي اخير بيشترين کاربردها را در زمينههاي الکتروکاتاليز و حسگرهاي pH داشته اند [5] . بسياري از اکسيدهاي فلزي نيمه رساناهايي با خواص الکتريکي و نوري منحصر بفرد هستند. بنابراين، کاربردهاي ويژه و فراواني در ساخت منابع ذخيره کننده اکسيژن36، خازنها37 و ابرخازنها38 [6] ، مواد الکتروکروميک39 و الکترودهاي نيمه رسانا دارند. نانوذرات اکسيد فلزي به خاطر نسبت سطح به حجم زياد، هدايت الکتريکي مناسب، پايداري شيميايي و فيزيکي بالا و سازگاري زياد با مولکول‌ها و زيست مولکول‌ها، بسترهاي مناسبي براي تثبيت زيست مولکول‌ها و مولکول‌هاي ردوکس جهت ساخت حسگرها و زيست حسگرها هستند. نانو ذرات اکسيد روتنيم هم از اين امر مستثني نبوده و به دليل سازگاري زياد با زيست مولکول‌ها، سطح موثر بالا، هدايت الکتريکي مناسب، بي اثر بودن الکتروشيمياي در محيطهاي فيزيولوژيي و اسيدي و پايداري مکانيکي و شيميايي زياد و همچنين حالتهاي اکسايش مختلف مشتقات روتنيم و برگشت پذيري الکتروشيميايي آنها در سالهاي اخير به طور گسترده براي تثبيت زيست مولکول‌ها و مولکول‌هاي مختلف به کار رفته اند. در سالهاي اخير نيز تحقيقات زيادي روي سنتز اين نانو ذرات و کاربرد آنها در زمينه هاي الکتروکاتاليزوري و صنعتي صورت گرفته است[9 -7] .
1-7- الكترودهاي كربن شيشهاي
کربن شيشهاي يك تركيب كربندار غيرگرافيتي است كه ظاهري براق و شبيه به شيشه دارد. تركيبات غيرگرافيتي از پليمرهايي كه داراي چندين اتصال عرضي هستند حاصل ميشوند و وجود اين اتصالات به تشكيل شبكههاي كريستالي در حين حرارت دادن كمك ميكند. كربن شيشهاي از لحاظ ساختماني از كريستالهايي به عرض 5 نانومتر تشكيل شده كه اين كريستالها تا دماي ?C2700 نيز به گرافيت تبديل نميشوند. خواص فيزيكي و شيميايي اين تركيب متفاوت از گرافيت و ديگر تركيبات كربن است، دانسيته آن پايين (3 g/cm5/1-4/1)، نفوذپذيري آن كم، قدرت و مدول كششي آن بيشتر از گرافيت بوده و سختي و جلاي شيشه را دارد. ميزان نفوذ مايعات و گازها در آن بسيار كم است و مخلوط (1:1) اسيد سولفوريك و اسيد نيتريك در دماي C?100 بعد از 5 ساعت روي آن موثر واقع ميشود. به دليل پايداري مكانيكي و شيميايي بالا در ساخت وسايل آزمايشگاهي (بوته و اتصالات)، ساخت خازنهاي الكتريكي بسيار مرغوب [10] و ساخت الكترودهاي الكتروشيميايي در ابعاد و اشكال مختلف (ميلهاي، مشبك و به صورت پودر) استفاده ميشود [11].
اما بيشترين کاربرد اين الکترودها در شيمي استفاده از آنها بهعنوان يک الکترود ايدهآل در واکنش‍هاي الکتروشيميايي ميباشد و ميتوان گفت که هيچ الکترودي به اندازه آن درشيمي تجزيه مورد استفاده قرار نگرفته است. از مشخصات اين الکترود مي توان به مواردي مثل جريان زمينه بسيار کم (کمتر از µA1 براي الکترودي با قطر mm 2)، پايداري الکتريکي، مکانيکي، شيميايي و حرارتي بسيار خوب، پنجره پتانسيل بسيار وسيع (2 -تا 2 +ولت)، جذب سطحي مناسب ترکيبات آلي و معدني اشاره نمود.
كربن شيشهاي (يا شيشه مانند) به دليل داشتن خواص گفته شده معروف ميباشد. ماده تشكيل دهندهي آن به وسيله يك برنامه گرمايش به دقت كنترل شده و از يك رزين پليمري (رزينهاي سلولزي، رزينهاي فنل فرمالدهيد و يا پلي فرفوريل الکل) پيش مدلسازي شده در اتمسفر بي اثر تهيه ميشود. ساختمان كربن شيشهاي شامل نوارهاي ظريف در هم پيچيدهاي متشكل از صفحات شبه گرافيتي با اتصال عرضي ميباشد. به دليل داشتن چگالي بالا و كوچك بودن منافذ، به روش مخصوصي براي پركردن منافذ نياز ندارد. با اين حال پيش تيمار سطح را معمولا براي به وجود آوردن الكترودهاي كربن شيشهاي فعال و تكرارپذير و افزايش كارايي تجزيهاي آنها به كار مي‍برند. روشهاي متفاوتي براي پيش تيمار اين نوع از الكترودها وجود دارد كه از جمله پيش تيمار از طريق صيقل دادن آن با استفاده از ذرات آلومينا، شستشوي آن با آب بدون يون و خشك کردن و يا استفاده از پيش تيمارهاي الكتروشيميايي، شيميايي، گرمايي و يا ليزري را ميتوان نام برد [12].

1-8- فعالسازي سطح الکترود وانواع آن
به اصلاح سطح الکترود با انجام پيش تيمارهاي40 مختلف که سبب افزايش فعاليت الکتروشيميايي سطح الکترود ميشود، در اصطلاح فعالسازي سطح الکترود گفته ميشود [13]، که انواع آن به طور مختصر در زير آمده است.
1- پوليش دادن: سادهترين راه فعالسازي سطح الکترودهاي کربني است که در آن سطح الکترود را با استفاده از موادي مانند ذرات ريز آلومينا و يا ذرات الماس تميز ميکنند، نتيجه اين کار حذف آلودگيها از سطح الکترود است که در اثر پوليش مناسب، يک سطح صاف وآينهاي حاصل مي‍شود، اين کار موجب افزايش تکرارپذيري الکترود در طي واکنشهاي اکسايش-کاهش مي‍گردد.
2- فعالسازي حرارتي: فعالسازي حرارتي معمولا تحت خلا انجام ميگيرد. براي انجام فعالسازي حرارتي معمولا الکترود کربن شيشهاي در داخل يک تيوب کوچک قرار ميگيرد و با تابش حرارتي يک ترموکوپل در داخل محفظهاي که فشار هوا درآن کمتر از6-10×2 تور ميباشد، فعالسازي انجام ميشود. در اثر فعالسازي حرارتي تنها سطح الکترود از آلودگيها پاک ميشود [14].
3- فعالسازي ليزري: اعمال پالس ليزري با زمان کوتاه (ns 10) و با شدت بالا ميتواند سرعت انتقال ناهمگن الکترون را براي الکترود کربن شيشهاي افزايش دهد. اعمال پالسهاي ليزري با زمان کوتاه به عنوان يک روش سريع و تکرارپذير براي پاک کردن و فعالسازي سطح الکترود به کار ميرود [15].
4- فعالسازي با امواج صوتي- راديويي: اين امواج با تأمين انرژي مازاد سيستم ردوکس و يا زدودن آلودگيهاي سطح موجب افزايش سطح الکترود ميشوند و يا در برخي از واکنشها مانند اندازه‍گيري بعضي از فلزات، باعث کاهش يا حذف مزاحمتها ميشوند [16].
5- فعالسازي با حلال: برخي بررسيها نشان ميدهد بعضي از حلالها مانند اتانول، ايزوپروپيل الکل، استونيتريل و سيکلوهگزان ميتوانند با پاک کردن سطح الکترود از آلودگيها موجب افزايش سرعت انتقال الکترون شوند [71].

1-8-1- روشهاي قرار دادن اصلاحگر بر سطح الكترود
در حالت كلي هفت روش براي چسباندن پليمرها به سطح وجود دارد:
1- قرار دادن الكترود در محلولي از پليمر سپس خشك كردن حلال آن41.
2- قرار دادن چند قطره از محلول پليمري بر روي الكترود و تبخير حلال آن42.
3- قرار دادن چند قطره از پليمر روي الكترود و چرخاندن آن با يك سرعت ثابت43.
4- الكترود در محلولي از مونومر قرار گرفته و با اعمال پتانسيل به الكترود، پليمر بر روي سطح مورد نظر تشكيل ميشود44.
5- رسوبدهي الکتروشيميايي در مورد پليمرهايي كه يكي از فرمهاي اكسيدي يا احيايي آن نامحلول باشد به كار گرفته ميشود45.
6- منبع انرژي براي عمل پليمريزاسيون از امواج راديويي تامين مي شود46.
7- كوپليمريزه كردن مونومرهاي دو يا چند عاملي است. اين عمل ميتواند به صورت شيميايي، الكتروشيميايي، فوتوليتيكي، راديويي و يا حرارتي انجام گيرد. اين عمل به منظور افزايش پايداري، نفوذپذيري يا تغيير در خواص انتقال الكتروني انجام ميگيرد47.

1-8-2- ساختار اصلاحكنندههاي سطح
اين ساختار ها به پنچ دسته تقسيم ميشوند:
1- فيلمهاي پليمري چندگانه مانند ساختارهاي دو لايه [18].
2- فيلمهاي نازک فلزي بر روي بسترهاي پليمري مانند ساختارهاي ساندويچي.
3- ساختارهاي چند گانه هادي كه در زير يك لايهي پليمري قرار گرفتهاند مانند آرايه‍هاي الكترودي.
4- فيلمهاي حاصل از اختلاط مواد هادي يوني و الكتروني مانند لايههاي بيوهادي.
5- لايههاي پليمري با بستر فلزات متخلل يا ريز شبكهها48 مانند الكتروليتهاي پليمري جامد و دروازه هاي يوني49 [20-19].
1-9- شيمي نانولوله هاي کربن
کربن يکي از عناصر شگفت‌انگيز طبيعت است که به چهار صورت مختلف در طبيعت يافت مي‌شود. همه اين چهار شکل، جامد هستند و در ساختار آنها اتم‌هاي کربن به صورت کاملاً منظم در کنار يکديگر قرار گرفته‌اند. اين چهار ماده عبارتند از:گرافيت، الماس، نانولوله ها و باکي بالها.
از ‌قرارگرفتن شش اتم کربن که به صورت شش ضلعي منتظم که با پيوند کوالانسي کنار هم قرار مي گيرند، لايه هاي گرافيتي تشکيل مي شوند که اين لايه ها با لايه هاي زيرين خود با پيوند واندروالسي به هم وصل مي شوند .علت نرمي گرافيت نيز همين موضوع است] 23[.
نانولوله ها در حقيقت لايه هاي گرافيتي هستند که از دو نفطه به هم وصل شده اند و بسته به نوع اتصالشان به چند دسته تقسيم مي شوند:
1-صندلي
2-زيگزاگ
3-نامتقارن
نانولوله هاي کربني علاوه بر اينکه استحکام بسيار بالايي دارند، از انعطاف و پيچش پذيري خوبي نيز برخوردارند.يکي از کاربردهاي آن، کامپوزيت است. مهم ترين خاصيت نانولوله ها، هدايت الکتريکي آنهاست که بستگي به ميزان نظم قرار گرفتن اتم ها، مقدار اين پارامتر متغير است.
نالولوله هاي کربن خود هيچ گونه فعاليت اکسايشي ندارند اما بدليل خواصي که در بالا ذکر شد براي اصلاح سطح الکترود بسيار با اهميت است.
1-10- شيمي کروسين50
عامل رنگي بودن زعفران وجود ماده‌اي کاروتنوئيدي به نام کروسين¹ است که داراي خاصيت ضد سرطاني است. کروسين با فرمول شيميايي O24 H64 C44 و جرم مولکولي 222.23 از جمله رنگ هاي طبيعي است که به واسطه وجود گروه هيدروکسي الکترو فعال مي باشد، اما تا کنون از آن به عنوان يک حد‌واسط براي انتقال الکترون در سطح الکترود استفاده نشده است. با توجه به سادگي مکانيسم کروسين در انتقال الکترون شکل(1-1) و حساس بودن اين ماده،پايداري بالاي آن و همچنين پاسخ الکتروکاتاليزي عالي اين ماده در اضافه ولتاژ کمتر مي توان استفاده از آن را به عنوان يک حد‌واسط حائز اهميت دانست.
مکانسم رفتار الکتروشيميايي کروسين به صورت زير مي باشد:

شکل1-1: ساختار و اکنشهاي اکسايش و کاهش کروسين

1-11- شيمي سلستين بلو51
سلستين بلو(CB) ( C17H18ClN3O4 ) از جمله مواد رنگي محلول در آب است که محلولي با رنگ آبي توليد مي کند. در شکل (1-2) ساختار و واکنشهاي اکسايش و کاهش مربوط به آن نشان داده شده است

شکل1-2: ساختار و واکنشهاي اکسايش و کاهش سلستين بلو

گزارشهاي زيادي مبتني بر تثبيت اين حدواسطهاي رنگي در سطح الکترودهاي مختلف وجود دارد، اما در بسياري از موارد اين حدواسطها رفتار الکتروشيميايي شبه برگشت پذير و حتي ضعيفي را از خود نشان داده اند، به علاوه به دليل اينکه اين حدواسطها در آب محلول هستند در بسياري از موارد به دليل جذب ضعيف و نامناسب بودن بستر هنگام استفاده در محلولهاي آبي از سطح الکترود کنده شده و به داخل محلول نشت مي کنند و سيگنال ناپايداري را ايجاد ميکنند. بنابراين يکي از چالشهاي اساسي در بکارگيري اين حدواسطها در ساخت

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید