Повышенная электрокаталитическая активность оксида олова, допированного фтором (FTO), с помощью наночастиц триметаллической шпинели ZnMnFeO4/CoMnFeO4 в качестве гидразинового электрохимического сенсора

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12188 (2023) Цитировать эту статью

238 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящем исследовании наночастицы оксида триметаллической шпинели (НЧ) ZnMnFeO4 и CoMnFeO4 были получены с использованием гидротермальных методов. Наночастицы были охарактеризованы методами рентгеновской дифракции (XRD), полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), просвечивающей электронной микроскопии (TEM) и электрохимические методы. Для быстрого обнаружения и высокочувствительного определения гидразина методом ДПВ изготовлен надежный и воспроизводимый электрохимический сенсор на основе ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO. Замечено, что модифицированный электрод вызывает резкий рост пикового тока окисления и снижение потенциала окисления, в отличие от голого электрода. Метод циклической вольтамперометрии показал, что предлагаемый сенсор окисления гидразина обладает высокой электрокаталитической активностью и отличной чувствительностью. В оптимальных условиях эксперимента методом ДПВ для построения калибровочной кривой был получен линейный диапазон от 1,23 × 10–6 М до 1,8 × 10–4 М с пределом обнаружения 0,82 ± 0,09 мкМ. Полученные результаты показывают, что наносенсоры ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO демонстрируют приятную стабильность, воспроизводимость и повторяемость измерений гидразина. Кроме того, предложенный датчик эффективно использовался для определения гидразина в различных образцах сигаретного табака.

Применение наночастиц оксидов металлов в последнее время значительно расширилось в фотокаталитических и сенсорных приложениях1. Кроме того, учитывая высокое каталитическое действие, дешевизну и химическую стабильность этих материалов, разработано множество их применений в энергетике2. Наночастицы оксидов переходных металлов также демонстрируют отличные фотокаталитические и электрические свойства благодаря своей форме, размеру и площади3,4. Оксиды шпинели – это такие материалы, которые содержат в своей структуре один или несколько переходных металлов, например Fe3O45 и MgFe2O46, которые используются в качестве электродов в перезаряжаемых суперконденсаторах и батареях7,8.

Недавнее открытие показало, что оксиды триметаллической шпинели проявляют улучшенные свойства по сравнению с их монометаллическими и биметаллическими аналогами при использовании в качестве электродных материалов в литий-ионных батареях. Лавела и его коллеги синтезировали NiFeMnO4, используя метод обращенных мицелл, и достигли значительной емкости примерно 900 мАч/г, как сообщается в их исследовании9. Стефан и др. синтезировали наночастицы CoMnFeO4 и сообщили об их превосходных электрохимических характеристиках по сравнению с некоторыми другими бинарными оксидами10. На основе фундаментального принципа или набора принципов делается следующее заявление: триметаллические оксиды, содержащие металлы Co, Fe и Mn, были идентифицированы как потенциально эффективный катализатор для разработки высокоэффективной системы усовершенствованного процесса окисления (AOP). , как говорилось ранее. И наоборот, включение компонента оксида железа придаст катализатору исключительные магнитные характеристики, тем самым облегчая его переработку11. Среди этих структур оксиды триметаллической шпинели, такие как CoMnFe2O4, игнорировались, несмотря на то, что они действительно, вероятно, имеют простой синтез и морфологию12, а также учитывая, что отклик электрохимических сенсоров сильно зависит от морфологии и размера частиц электрокатализатора и эффективной площади модифицированного электрода, эти материалы можно считать интересными и эффективными катализаторами13.

В данной работе НЧ CoMnFeO4 и ZnMnFeO4 как модификаторы для измерения гидразина были синтезированы гидротермальным методом и нанесены на стекло FTO. Ионная конфигурация CoMnFeO4 аналогична CoMnFe2O4, в которой присутствует (Fe3+Co2+) [Fe3+Mn3+Mn4+Co2+]O42-. Круглые скобки обозначают тетраэдр (участок А) и октаэдр (участок В) соответственно, а О представляет собой кислород. Эта информация содержится в ссылке 12: