تولید یک حسگر الکتروشیمیایی برای ترکیبات سمی


دانشمندان با استفاده از کربن تغییریافته با نانومیله‌های اکسید روی یک حسگر شیمیایی پایدار و بسیار کارا برای هیدرازین ساخته‌اند.

هیدرازین، N2H4، یک ماده سمی عصبی و سرطان‌زاست و می‌تواند آسیب‌های بسیار شدیدی به کبد، ریه‌ها و کلیه‌ها وارد کند. این ماده در صنعت بیشتر به عنوان عامل ایجاد فوم در تولید فوم‌های پلیمری و همچنین به‌عنوان ماده اولیه سنتز کاتالیزورها، مواد شیمیایی کشاورزی، و مواد دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین برای کاربردهای ایمنی، وجود یک حسگر قابل اعتماد برای هیدرازین بسیار ضروری است.

از میان تمام روش‌هایی که برای تشخیص هیدرازین گزارش شده است، روش‌های الکتروشیمیایی نویدبخش‌تر از بقیه بوده‌اند، زیرا ارزن، قابل حمل، و بسیار حساس بوده و زمان پاسخ‌دهی سریعی دارند. الکترودهای تغییر یافته با نانوذراتی همچون نانوساختارهای اکسید روی مزایای زیادی دارند که عمدتاً به‌دلیل مساحت سطحی بالا، مقاومت پایین و نسبت سیگنال به نویز بالا است. با این حال به‌دلیل پایداری پایین این الکترودها در بسیاری از الکترولیت‌ها، امکان کاربرد عملی آنها وجود ندارد.

 

 
 
جین‌پینگ لیو و همکارانش در دانشگاه طبیعی Huazong در چین با روکش‌دهی نانومیله‌های اکسید روی با یک لایه چندنانومتری از کربن (با استفاده از روش ساده غوطه‌وری-کلسینه کردن) این مشکل را حل کرده‌اند. رسانایی الکتریکی بالای کربن، حساسیت حسگر را از طریق تسهیل انتقال الکترون‌های مربوط به اکسیداسیون هیدرازین افزایش می‌دهد. به علاوه، بی‌اثر بودن شیمیایی این ماده، نانومیله‌های اکسید روی را از خورده شدن توسط الکترولیت محافظت می‌کند.

لیو می‌گوید: «علاوه بر این که حساسیت و پایداری حسگر بهبود یافته است، طراحی الکترود نیز به‌گونه‌ای صورت گرفته است که نیازی به‌روش‌های معمول ساخت الکترود که مشکل و گران هستند، وجود ندارد».

گرگوری وایلدگوز، متخصص سطوح نانولوله‌ای کربنی برای استفاده در کاربردهای بهبودیافته حسگری و کاتالیز در دانشگاه آنجلینای شرقی می‌گوید: «هم‌افزایی میان روکش گرافیتی بی‌شکل با اکسید روی زیرین که منجر به بهبود عملکرد الکتروآنالیتیکی الکترود در مقایسه با نانولوله‌های کربنی عمودی می‌شود، بسیار جذاب است. به‌نظر می‌رسد برهمکنش‌های نانومقیاس جالبی در این سامانه اتفاق می‌افتند که ارزش مطالعه بیشتر را دارند».

همچنین می‌توان از الکترود تولید شده در کاربردهای دیگری همچون باتری‌ها و پیل‌های فتوالکتروشیمیایی استفاده کرد. لیو می‌گوید: «گام بعدی بهینه‌سازی بیشتر روش‌های سنتزی است تا امکان رشد یکنواخت و تکرارپذیر آرایه‌های نانومیله‌ای روکش‌دهی شده با کربن در مقیاس وسیع و به صورت مستقیم روی جمع‌کننده جریان ایجاد شود».