ساخت آپتاحسگر الكتروشيميايي HbA1c و توليد هيدروژن با بستر نانوكامپوزيت گرافن اكسيد كاهش يافته- طلا و كاربرد كبالت دي سولفيد براي توليد هيدروژن

دكتري

هموگلوبينA1c (HbA1c) يك نشانگر زيستي استاندارد براي اندازه‌گيري غلظت ميانگين گلوكز در طولاني مدت (يك تا سه ماه) براي تشخيص و پايش ديابت است. روش‌هاي مختلفي براي اندازه‌گيري HbA1c گزارش شده است، با اين حال، تعيين دقيق غلظت آن به صورت قابل حمل هنوز هم چالش برانگيز است. در اينجا يك نانوزيست‌حسگر الكتروشيميايي بسيار حساس جديد براي تعيين HbA1c به طور گزينش‌پذير ساخته شده است. نانوكامپوزيتي از گرافن اكسيد كاهش يافته (rGO) و طلا (Au) با ساختار درخت مانند با مساحت سطح بالا به صورت الكتروشيميايي بر روي يك الكترود ورق گرافيت ارزان و انعطاف پذير لايه‌نشاني شد. اين نانوكامپوزيت باعث افزايش مساحت سطح الكترود براي اصلاح بيشتر، بهبود انتقال الكترون و افزايش علامت مي‌گردد. همچنين بستر مناسبي براي اتصال آپتامر DNA تيولدار به عنوان يك گيرنده‌ي زيستي بر روي سطح الكترود با پيوند كووالانسي قوي فراهم مي‌كند. تشخيص كمّي بدون برچسب به روش ولتامتري پالس تفاضلي در محلول بافر فسفات حاوي پروب ردوكس Fe(CN)6 3-/4- انجام شد. تشخيص براساس عايق شدن سطح الكترود در حضور HbA1c و كاهش جريان است كه مستقيماً با غلظت HbA1c ارتباط دارد. حسگر زيستي ساخته شده حساسيت بالا (µA. cm-2. M-1 2/269)، دامنه خطي وسيع (nM 1 تا µM 83/13) با حد تشخيص كم (nM 1) نشان داد. همچنين اين حسگر با موفقيت براي اندازه‌گيري HbA1c در نمونه واقعي خون استفاده شد. اين حسگر زيستي براي استفاده به عنوان بخشي از دستگاه قابل حمل به منظور غربالگري و كنترل ديابت به صورت كمتر تهاجمي نويدبخش است. هيدروژن به عنوان يكي از مهمترين حامل‌هاي انرژي در آينده در نظر گرفته مي شود. الكتروليز آب يك روش سبز براي توليد هيدروژن و فناوري ساده‌اي است كه محصولات بسيار پاك توليد مي‌كند. با اين حال، مشكل اصلي اين روش اين است كه سينتيك كندي دارد و نياز به اعمال اضافه پتانسيل بالايي است و الكتروكاتاليزگر‌هاي معمول و كارا براي رفع اين مشكلات كاتاليزگر‌هاي مبتني بر پلاتين (Pt) هستند كه ماده‌اي گران قيمت و كمياب است. استفاده از الكتروكاتاليزگر‌هاي در دسترس با شكل يا ساختار جديد، كه مي‌توانند اضافه ولتاژ بالاي واكنش آزادسازي هيدروژن را كاهش دهند، يكي از راه‌هاي افزايش كارايي الكتروليز كننده‌ها است. در اين رساله كارايي دو كاتاليزگر براي واكنش آزادسازي هيدروژن بررسي شده است. اول؛ يك ورق گرافيت با گرافن اكسيد اصلاح شده و سپس با كنترل شرايط لايه نشاني الكتروشيميايي، يك ساختار درخت مانند Au بر روي آن نشانش شد (بستر استفاده شده براي ساخت زيست حسگر در اين رساله كه در متن بالا ذكر شده است). سطح الكترود با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM)، پراش اشعه X (XRD)، طيف سنجي پراكندگي انرژي اشعه X EDS)) و طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR) مشخصه‌يابي شد. كارايي الكترود به دست آمده براي واكنش آزادسازي هيدروژن با ولتامتري روبش خطي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي ارزيابي شد. الكترود به دست آمده كارايي عالي با پتانسيل شروع نزديك صفر (mV 7/4)، اضافه پتانسيل پايين (mV 44) در چگالي جريان mA. cm-2 10، چگالي جريان بالا (mA. cm-2 9/127) در mV 200 و پايداري قابل قبول و خوبي نشان داد. دوم؛ نانوساختارهاي كبالت دي‌سولفيد (CoS2) با استفاده از روش هيدروترمال سنتز شدند. اثر پارامترهاي تجربي از جمله پيش‌ماده كبالت، زمان و دماي واكنش بر روي ساختار و خصوصيات الكتروكاتاليزگري CoS2 براي واكنش آزادسازي هيدروژن بررسي شد. كاتاليزگر‌هاي تهيه شده با استفاده از XRD، EDS، SEM، FT-IR و طيف سنجي فوتوالكترون اشعه X (XPS) مشخصه‌يابي شدند. كارايي كاتاليزگر‌هاي سنتز شده در شرايط مختلف براي واكنش آزادسازي هيدروژن با استفاده از روش ولتامتري روبش خطي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي در محلول M 5/0 H2SO4 بررسي شد. علاوه بر اين از كرونوآمپرومتري براي ارزيابي پايداري استفاده شد. كاتاليزگر به دست آمده از پيش ماده استات طي h 24 در دماي °C 200 بهترين خواص كاتاليزگري با پتانسيل شروع پايين (mV 3/139) و اضافه پتانسيل پايين (mV 3/197) در چگالي جريان mA. cm-2 10 و شيب تافل كوچك mV. dec-1 9/29 بود. اين تحقيق گامي رو به جلو براي فهميدن اثر پارامترهاي تجربي هيدروترمال بر كارايي واكنش آزادسازي هيدروژن و به دست آوردن شرايط بهينه براي سنتز CoS2 به عنوان كاتاليزگر متداول مي‌باشد.

196106

دانشگاه علم و صنعت ايران

-

شيمي

دكتر علي غفاري نژاد