ヒドラジン電気化学センサーとしての三金属スピネル ZnMnFeO4/CoMnFeO4 ナノ粒子によるフッ素ドープ酸化スズ (FTO) の電極触媒活性の強化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12188 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本研究では、水熱法を使用して、ZnMnFeO4 および CoMnFeO4 の三金属スピネル酸化物ナノ粒子 (NP) を提供しました。 ナノ粒子は、X 線回折 (XRD)、電界放射型走査型電子顕微鏡 (FESEM)、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDX)、透過型電子顕微鏡 (TEM) によって特性評価されています。電気化学技術。 ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO をベースとした信頼性と再現性のある電気化学センサーを、DPV 技術によるヒドラジンの迅速な検出と高感度測定のために製造しました。 裸の電極とは対照的に、修飾された電極は酸化ピーク電流の急激な増加と酸化電位の低下を引き起こすことが観察されます。 サイクリック ボルタンメトリー技術により、提案されたヒドラジン酸化センサーには高い電極触媒活性と優れた感度があることが示されました。 最適な実験条件下で、DPV 法を使用して検量線を作成し、検出限界 0.82 ± 0.09 μM で 1.23 × 10-6 M ～ 1.8 × 10-4 M の直線範囲が得られました。 得られた結果は、ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO ナノセンサーがヒドラジン測定において快適な安定性、再現性、再現性を示すことを示しています。 さらに、提案されたセンサーは、紙巻きタバコのさまざまなサンプル中のヒドラジンを確認するために効率的に使用されました。

金属酸化物ナノ粒子の用途は、最近、光触媒およびセンサー用途で大幅に成長しています1。 さらに、これらの材料の高い触媒作用、安価さ、化学的安定性を考慮して、エネルギー分野での多くの用途が開発されています2。 遷移金属酸化物ナノ粒子は、その形状、サイズ、面積により優れた光触媒特性と電気特性も示します 3,4。 スピネル酸化物は、Fe3O45 や MgFe2O46 など、構造中に 1 つ以上の遷移金属を含む材料で、充電式スーパーキャパシタや電池の電極として使用されます 7,8。

最近の発見により、三金属スピネル酸化物は、リチウムイオン電池の電極材料として使用された場合、単金属および二金属の対応物と比較して優れた特性を示すことが示されました。 Lavela らは、研究で報告されているように、逆ミセル技術を利用して NiFeMnO4 を合成し、約 900 mAh/g という実質的な容量を達成しました 9。 ステファンら。 らは CoMnFeO4 ナノ粒子を合成し、他のいくつかの二元酸化物と比較してその優れた電気化学的性能を報告しました。 基本原理または一連の原理に基づいて、次のことが述べられています。Co、Fe、および Mn 金属を含む三金属酸化物は、高性能の高度酸化プロセス (AOP) システムの開発に潜在的に効果的な触媒として特定されています。 、前述したように。 逆に、Fe 酸化物成分を含めると触媒に優れた磁気特性が与えられ、それによってリサイクルが容易になります 11。 これらの構造の中で、CoMnFe2O4 などの三金属スピネル酸化物は、確かに単純な合成と形態を持つ可能性が高いにもかかわらず 12、電気化学センサーの応答が構造の形態とサイズに大きく依存しているという事実にもかかわらず、無視されてきました。電極触媒粒子と修飾された電極の有効面積を考慮すると、これらの材料は魅力的で効率的な触媒であると考えられます13。

この研究では、ヒドラジンを測定するための修飾剤として CoMnFeO4 および ZnMnFeO4 NP を水熱技術によって合成し、FTO ガラス上に蒸着しました。 CoMnFeO4 のイオン配置は CoMnFe2O4 のイオン配置に類似しており、(Fe3+Co2+) [Fe3+Mn3+Mn4+Co2+] O42- が存在します。 括弧と括弧はそれぞれ四面体 (A サイト) と八面体 (B サイト) を示し、O は酸素を表します。 この情報は参考文献 12 で報告されています。