عنوان المقالة: تحضير اوكسيد الكرافين المحوروتطبيقاته كمتحسس كهروكيمياوي Synthesis of modified Graphene Oxide and its application as Electrochemical Sensor
Assist.Prof. Dr.Issam Abdul Kareem Abdullatif and Sundus Hadi Merza
الملخص العربي
تتضمن هذه الدراسة تحضير اوكسيد الكرافين باستخدام طريقة همر و اوكسيد الكرافين المختزل كيمياويا.
استخدمت هذه المواد النانوية كمواد اولية لعملية تحوير جديدة مع الثايوكاربوهيدرازايدTCH)) والذي حضر بتفاعل ثاني كبريتيد الكاربون والهيدرازين وذلك لتكوين اوكسيد الكرافين و اوكسيد الكرافين المختزل المعوض بالموقع رقم 5 بحلقة ترايزول لتكوين GOT ,RGOT عن طريق تفاعل تكوين حلقة .
تم تحضير ثاني اوكسيد المنغنيز ذو الشكل القضيبي لتكوين هجين معGOT وRGOT .ايضا تم استعمال انابيب الكاربون المتعددة الجدران وتحويرها بمجاميع الكاربوكسيل وعمل متراكب نانوي مع GOT
شخصت كل المواد النانوية المحضرة بتقنيات مثل الاشعة تحت الحمراء وحيود الاشعة السينية ومجهر القوى الذرية ومجهر المسح الالكتروني وتحليل العناصر وكانت النتائج متطابقة مع الادبيات .
بالنسبة لتقنية حيود الاشعة السينية اظهر اوكسيد الكرافين قمة حيود عند11.95 واختفاء هذه القمة لاوكسيد الكرافين المختزل.قمم حيودالمستويات البلورية لثاني اوكسيد المنغنيز اظهر تطابق مع البيانات القياسية .تم تعيين قطر ثاني اوكسيد المنغنيز النانوي ذو الشكل القضيبي باستخدام معادلة ديباي شرر ووجد انه يساوي 11.6نانومتر وكانت هذه النتيجة متطابقة مع صور مجهر القوى الذرية والذي يثبت نمو القضبان النانوية وكما ظهرت صور تعتبر نادرة في الادبيات العلمية وهي نمو الانابيب النانوية من التراكيب النانوية الكروية الشكل.
تم قياس السماحية الحقيقية والخيالية والتوصيلية المتناوبة لجميع المواد النانوية المحضرة بواسطة جهازمقياس LCRعند ترددات تتراوح من 100هيرتز الى 100كيلوهيرتز واظهرت النتائج ان السماحية الحقيقية للكرافين اوكسايد المختزل اعلى من الكرافين اوكسايد عند كل الترددات بينما يمتلكRGOTM اوطا قيمة للسماحية الحقيقية بسبب وجود القضبان النانوية لثاني اوكسيد المنغنيز التي تؤثر على تجمع الشحنات
السماحية الخيالية للمتراكب النانوي f-MWCNT-GOTوRGOعند التردد الواطئ اعلى من قيم السماحية الحقيقية بسبب التوصيلية العالية .ايضا السماحية الخيالية للمتراكب النانوي f-MWCNT-GOTعند كل الترددات اعلى من السماحية الحقيقية والتي تمتلك قيم سالبة عند الترددات بالمدى من 400هيرتز الى 4كيلوهيرتز . قيم التوصيلية المتناوبة لمادة RGOوf-MWCNT-GOT اعلى مقارنة مع كل المواد النانوية المحضرة. وهنا تدل على توافق بين قيم التوصيلية العالية وانخفاض قيمة السماحية الحقيقية لهذه المواد التراكبية مع خواص الكهروكيميائية لها.
ايضا استخدمت المواد النانوية المحضرة لدراسة متحسس كهروكيميائي قادر على تحسس بعض المضادات الحيوية مثل الاموكسيلين والامبسيلين التي تحوي على حلقة البيتا لاكتام والتتراسايكلين الذي يحوي اربع حلقات هايدروكاربونية . تم تحوير القطب العامل للشريحة الذي يحتوي على قطبين اخريين القطب المساعد والقطب المرجع بالمواد النانوية عن طريق عملية الترسيب وباستخدام تقنية السايكلك فولتامتري .
واظهر المتراكب النانوي لانانبيب الكاربون المتعددة الجدران المحور بمجاميع الكاربوكسيل مع اوكسيد الكرافين المحور بحلقة الترايزول f-MWCNT-GOT/SPCE اعلى استجابة للتفاعلات الكهروكيميائية وحدود كشف للتراكيز الواطئة جدا افضل من المواد النانوية الاخرى.
تم تشخيص سطوح الاقطاب بواسطة تقنيتي مجهر القوى الذرية ومجهر المسح الالكتروني. ايضا تم تعيين معدل سرعة الانتقال الالكتروني الغير المتجانس باستخدام قيم معامل انتقال الالكترون واظهرت النتائج ان القطب المحوربالمتراكب النانوي لانانبيب الكاربون المتعددة الجدران المحور بمجاميع الكاربوكسيل مع اوكسيد الكرافين المحور بحلقة الترايزول f-MWCNT-GOT/SPCE اظهرت اعلى قيم للثابت.
الملخص الانجليزي
This study involved preparation of Graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (RGO) using Hummer method and chemical method respectively.
These carbon nanomaterials were used as starting material to make novel functionalize with thiocarbohydrazide (TCH) which was prepared by reacting CS2 with hydrazine to form GO or RGO- 4-amino,5-substituted 1H,1,2,4 Triazole 5(4H) thion (ASTT) ,(GOT) and( RGOT) respectively via cyclocondensation reaction.
Also MnO2 nanorod was prepared to form hybridized with GOT and RGOT. A commercial multiwall carbon nanotube (MWCNT) and functionalization with carboxylic groups' (f-MWCNT) and its nanocomposite with GOT were also prepared.
All carbon nanomaterials were characterized with different techniques such as Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscope (AFM) scanning electron microscope (SEM) and elemental analysis. XRD showed presence diffraction peak at 11.95 for GO and this diffraction disappeared for RGO. Diffraction peak of crystal planes for MnO2 matched well with standard data. The diameter of MnO2 nanotubes was determined using Debye scherrer equation and found to be 11.6nm corresponding with AFM image. The AFM images proves the growth of MnO2 nanotubes from the MnO2 nano spherical shape these images are very rare in the scientific literature.
The real permittivity (ε'), imaginary permittivity (ε") and a.c conductivity (S.m-1) of all nanomaterials were measured by LCR meter at frequencies ranging from 100Hz to 100 KHz.
The result showed the values of the real permittivity for RGO higher than GO at all frequencies while RGOTM have lower values of real permittivity at low frequency due to presence of MnO2 nanorods which affected the accumulation of charges. The imaginary permittivity of f-MWCNT-GOT and RGO were at low frequency higher than the real values due to their high conductivity. Also imaginary permittivity of f-MWCNT-GOT nanocomposites at all frequencies higher than real which have negative values at frequencies in range 400 to 4KHz .a.c conductivity for RGO and f-MWCNT-GOT nanocomposite have higher values compared with all prepared nanomaterial, at the same time the modified WE with f-MWCNT-GOT nanocomposite show the best detection limits in comparison with other prepared modified WE.
Also the prepared nanomaterials were used to study novel sensing system and develop electrochemical sensor capable of detecting some of antibiotics such as Ampicillin (AMP), Amoxilline (AMOX) which have β-lactam ring and Tetracycline (TET) which contains four hydrocarbon rings using cyclic voltammetry (CV) technique via modification of the working electrode of the SPCE with the prepared nanomaterial by deposition process. f-MWCNT-GOT/SPCE nanocomposite showed higher electrochemical reaction response and lower limit of detection. The working electrodes surfaces were studied with AFM and SEM techniques. The value of apparent heterogeneous electron transfer rate constant (ks) was determined using the value of electron transfer coefficient (α) and the result showed that f-MWCNT-GOT/SPCE showed higher (ks).
د.سندس هادي مرزا | dr.Sundus Hadi Merza | 12601