نانوهیبرید گرافن-مس/پالادیوم به‌عنوان یک الکتروکاتالیست مؤثر برای اکسایش هیدرازین

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

آزمایشگاه تحقیقاتی نانوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

در این پژوهش، نانوهیبریدهای گرافن اکسید کاهش یافته (گرافن)-مس (Cu-rGO)، گرافن-پالادیوم (Pd-rGO) و گرافن-مس/پالادیوم (Pd/Cu-rGO) تهیه شدند و به عنوان مواد الکترودی برای الکتروکاتالیز اکسایش هیدرازین مورد استفاده قرار گرفتند. بدین منظور، نخست GO به روش هامر اصلاح شده، تهیه شد. در ادامه، برای تهیه نانوهیبرید Cu-rGO، GO و پیش­ماده فلزی با استفاده از هیدرازین مونوهیدرات، همزمان به طور شیمیایی کاهش یافتند. سپس، نانوهیبرید Pd/Cu-rGO از روش واکنش شیمیایی بین نانوهیبرید Cu-rGO و محلول اسیدی واجد پالادیوم کلرید، به‌وسیله جابه­ جایی گالوانی نانوذره‌های Cu باII  Pd به‌دست آمد. ریخت­ شناسی و اندازه ذره‌ها با استفاده از میکروسکوپی الکترون روبشی-گسیل میدانی (FE-SEM) مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه‌های FE-SEM، تشکیل نانوذره‌های Cu و Pd/Cu را به ترتیب با اندازه میانگین در حدود 20 و nm 15 بر سطح گرافن نشان داد. نقشه­ برداری عنصری از نانوهیبریدهای تهیه شده، پراکندگی یکنواخت نانوذره‌های Cu و Pd/Cu را بر روی بستر گرافنی به نمایش گذاشت. گروه ­های عاملی در GO و گرافن با استفاده از طیف­ بینی زیر قرمز تبدیل فوریه تعیین شدند. با استفاده از آنالیز پراش پرتو ایکس، ساختار نانوذره‌ها در نانوهیبریدها شناسایی شد. نتیجه‌های طیف­ بینی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که اصلاح الکترود کربن شیشه ­ای (GCE) با نانوهیبریدهای تهیه شده، به شیوه مؤثری مقاومت انتقال بار بین گونه­ های ردوکس و الکترودهای اصلاح شده را کاهش می‌دهد. قابلیت GCE اصلاح شده برای الکتروکاتالیز اکسایش هیدرازین در محلول بافر فسفات M 1/0 (7(pH= مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه‌های به‌دست آمده فعالیت الکتروکاتالیزی قابل پذیرش از الکترود اصلاح شده در جهت اکسایش هیدرازین را نشان داد. همچنین، نانوهیبرید Pd/Cu-rGO افزون بر مساحت سطح بالا، به‌دلیل اثر هم افزایی بین Cu و Pd، فعالیت الکتروکاتالیزی بالاتری را نسبت به اکسایش هیدرازین به نمایش گذاشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Guo S.H., Guo Z.Q., Wang C.Y., Shen Y., Zhu‏ W.H., An Ultrasensitive Fluorescent Probe for Hydrazine Detection and its Application in Water Samples and Living Cells, Tetrahedron, 75(18): 2642-2646 (2019).
[2] Zhang X., Zheng J., Controllable Synthesis of Highly Active Au@Ni Nanocatalyst Supported on Graphene Oxide for Electrochemical Sensing of Hydrazine, Appl. Surf. Sci., 493: 1159-1166 (2019).
[3] Samanta S., Srivastava R., CuCo2O4 based Economical Electrochemical Sensor for the Nanomolar Detection of Hydrazine and Metol, J. Electroanal. Chem., 777: 48-57 (2016).
[4] Rothgery E.F., "Hydrazine and Its Derivatives", Kirk‐Othmer Encyclopedia of Chemical Technology., Wiley, (2004).
[5] Ma Y., Li H., Wang R., Wang H., Lv W., Ji S., Ultrathin Willow-Like CuO Nanoflakes as an Efficient Catalyst for Electro-Oxidation of Hydrazine, J. Power Sour., 289: 22-25 (2015).
[6] Zhou H., Chen L., Li S., Huang S.,  Sun Y., Chen Y.,  Wang Z., Liu W., Li X., One-Step Electroreduction Preparation of Multilayered Reduced Graphene Oxide/Gold-Palladium Nanohybrid as a Proficient Electrocatalyst for Development of Sensitive Hydrazine Sensor, J. Coll. Inter. Sci., 566: 473-484 (2020).
[7] Mani V., Vilian A.T.E., Chen S.M., Graphene Oxide Dispersed Carbon Nanotube and Iron Phthalocyanine Composite Modified Electrode for the Electrocatalytic Determination of Hydrazine, Int. J. Electrochem. Sci., 7(12): 12774 (2012).‏
[8] Hosseini S.R., Kamali-Rousta M., Preparation of Electro-Spun CuO Nanoparticle and Its Application for Hydrazine Hydrate Electro-Oxidation, Electrochim. Acta, 189: 45-53 (2016).
[9] معارف ح.، فروغی م.م.، شیخ حسینی ع.، اخگر م.ر.، ساخت حسگر الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود صفحه چاپی اصلاح شده با لیگاند شیف باز برای اندازه‌گیری همزمان هیدرازین و فنل، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)39: 143-133 (1399).
[10] Das A.K., Kim N.H., Pradhan D., Hui D., Lee J.H., Electrochemical Synthesis of Palladium (Pd) Nanorods: An Efficient Electrocatalyst for Methanol and Hydrazine Electro-Oxidation, Composite Part B: Eng., 144: 11-18 (2018).
[11] Wu L.S., Wen X.P., Wen H., Dai H.B., Wang P., Palladium Decorated Porous Nickel Having Enhanced Electrocatalytic Performance for Hydrazine Oxidation, J. Power Sour., 4121: 71-77 (2019).
[12] Luo X., Morrin A., Killard A.J., Smyth M.R., Application of Nanoparticles in Electrochemical Sensors and Biosensors, Electroanal., 18(4): 319-326 (2006).‏
[13] Li S., Cheng D., Qiu X., Cao D., Synthesis of Cu@Pd Core-Shell Nanowires with Enhanced Activity and Stability for Formic Acid Oxidation, Electrochim.  Acta 143: 44-48 (2014).
[14] Hu S., Scudiero L., Ha S., Electronic Effect on Oxidation of Formic Acid on Supported Pd-Cu Bimetallic Surface, Electrochim.  Acta 83: 354-358 (2012).
[15] Zhao H., Zhao T.S., Highly Active Carbon Nanotube-Supported Pd Electrocatalyst for Oxidation of Formic Acid Prepared by Etching Copper Template Method, Int. J. Hydrogen Energy 38(3): 1391-1396 (2013).
[16] Dao V.D., Choi Y., Yong K., Larina L.L., Choi H.S., Graphene-based Nanohybrid Materials as the Counter Electrode for Highly Efficient Quantum-Dot-Sensitized Solar Cells, Carbon, 84: 383-389 (2015).‏
[17] Hosseinzadeh A., Bidmeshkipour S., Abdi Y., Arzi E., Mohajerzadeh S., Graphene based Strain Sensors: A Comparative Study on Graphene and its Derivatives, Appl. Surf. Sci. 448: 71-77 (2018).
[18] Chabot V., Higgins D., Yu A., Xiao X., Chen Z., Zhang J., A review of Graphene and Graphene Oxide Sponge: Material Synthesis and Applications to Energy and the Environment, Energy Environ. Sci. 7: 1564-1596 (2014).‏
[19] Letaief S., Tonle I.K., Diaco T., Detellier C., Nanohybrid Materials from Interlayer Functionalization of Kaolinite. Application to the Electrochemical Preconcentration of Cyanide, Appl. Clay Sci. 42(1-2): 95-101 (2008).‏
[20] Neves M.M.P.S., García M.B.G., Delerue‐Matos C., García A.C., Nanohybrid Materials as Transducer Surfaces for Electrochemical Sensing Applications, Electroanal., 23(1): 63-71 (2011).‏
[21] Ghasemi S., Hosseini S.R., Hasanpoor F., Nabipour S., Amperometric Hydrazine Sensor based on the use of Pt-Pd Nanoparticles Placed on Reduced Graphene Oxide Nanosheets, Microchim. Acta 186: 601 (2019).
[22] Yu D., Wei L., Jiang W., Wang H., Sun B., Zhang Q., Goh K., Si R., Chen Y., Nitrogen Doped Holey Graphene as an Efficient Metal-Free Multifunctional Electrochemical Catalyst for Hydrazine Oxidation and Oxygen Reduction, Nanoscale, 5(8): 3457-3464 (2013).‏
[23] Hosseini S.R., Ghasemi S., Kamali-Rousta M., Preparation of CuO/NiO Composite Nanofibers by Electrospinning and their Application for Electro-Catalytic Oxidation of Hydrazine, J. Power Sour. 343: 467-476 (2017).
[24] Na H., Zhang L., Qiu H., Wu T., Chen M., Yang N., Li L., Xing F., Gao J., A Two Step Method to Synthesize Palladium-Copper Nanoparticles on Reduced Graphene Oxide and their Extremely High Electrocatalytic Activity for the Electrooxidation of Methanol and Ethanol, J. Power Sour. 288: 160-167 (2015).
[25] Mintsouli I., Georgieva J., Armyanov S., Valova E., Avdeev G., Hubin A., Steenhaut O., Dille J., Tsiplakides D., Balomenou S., Sotiropoulos S., Pt-Cu Electrocatalysts for Methanol Oxidation Prepared by Partial Galvanic Replacement of Cu/Carbon Powder Precursors, Appl. Catal. B: Environ., 136-137: 160-167 (2013).‏
[26] Hummers W.S., Offeman R.E., Preparation of Graphitic Oxide, J. Am. Chem. Soc. 80: 1339 (1958).
[27] Wang C., Zhang L., Guo Z., Xu J., Wang H., Zhai K., Zhuo X., A Novel Hydrazine Electrochemical Sensor based on the High Specific Surface Area Graphene, Microchim. Acta, 169(1-2): 1-6 (2010).‏
[28] Zhao Y., Song X., Song Q., Yin Z., A Facile Route to the Synthesis Copper Oxide/Reduced Graphene Oxide Nanocomposites and Electrochemical Detection of Catechol Organic Pollutant, Cryst. Eng. Comm., 14(20): 6710-6719 (2012).‏
[29] Fan Y.J., Wu S.F., A Graphene-Supported Copper-based Catalyst for the Hydrogenation of Carbon Dioxide to Form Methanol, J. CO2 Utilization, 16: 150-156 (2016).‏
[30] Kobayashi Y., Ishida S., Ihara K., Yasuda Y., Morita T., Yamada S., Synthesis of Metallic Copper Nanoparticles Coated with Polypyrrole, Coll. Poly. Sci., 287(7): 877-880 (2009).‏
[31] Nasrollahzadeh M., Sajadi S.M., Rostami-Vartooni A., Alizadeh M., Bagherzadeh M., Green Synthesis of the Pd Nanoparticles Supported on Reduced Graphene Oxide using Barberry Fruit Extract and its Application as a Recyclable and Heterogeneous Catalyst for the Reduction of Nitroarenes, J. Coll. Inter. Sci., 466: 360-368 (2016).‏
[32] Hammer B., Nørskov J.K., Theoretical Surface Science and Catalysis-Calculations and Concepts, Adv. Catal., 45: 71-129 (2000).‏
[33] Yu H., Song S.W., Lian Y.Y., Liu Z.Y., Qi G.C., Electrochemical Preparation of Copper Hexacyanoferrate Nanoparticles under the Synergic Action of EDTA and HAuCl4, J. Electroanal. Chem., 650(1): 82-89 (2010).
[34] Gholivand M.B., Khodadadian M., Omidi M., Amperometric Sensor based on a Graphene/Copper Hexacyanoferrate Nano-Composite for Highly Sensitive Electrocatalytic Determination of Captopril, Mater. Sci. Eng.: C, 33(2): 774-781 (2013).‏
[35] Katz E., Willner I., Probing Biomolecular Interactions at Conductive and Semiconductive Surfaces by Impedance Spectroscopy: Routes to Impedimetric Immunosensors, DNA‐Sensors, and Enzyme Biosensors, Electroanal, 15(11): 913-947 (2003).‏
[36] Meng Y., Su F., Chen Y., Synthesis of Nano-Cu/Graphene Oxide Composites by Supercritical CO2-Assisted Deposition as a Novel Material for Reducing Friction and Wear, Chem. Eng. J., 281: 11-19 (2015).‏
[37] Zhang F., Zhang L., Xing J., Tang Y., Chen Y., Zhou Y., Lu T., Xia X., Layer‐by‐Layer Self‐Assembly of Sulphydryl‐Functionalized Multiwalled Carbon Nanotubes and Phosphate‐Functionalized Gold Nanoparticles: Detection of Hydrazine, Chem. Plus. Chem., 77(10): 914-922 (2012).‏
[38] Bard A.J., Faulkner L.R., "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications", (2nd ed.) John Wiley & Sons (2001).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار