کاهش الکتروشیمیایی گرافن اکسید با روش های ولتامتری چرخه ای و پتانسیل ثابت بر زیرلایه مس
محورهای موضوعی : شیمی کاربردی
مجید میرزایی
1
(دکتری تخصصی دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.)
چنگیز دهقانیان
2
(. استاد گروه خوردگی و حفاظت از مواد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران)
کلید واژه: گرافن اکسید, ولتامتری چرخه ای, پتانسیل ثابت و روشهای الکتروشیمیایی,
چکیده مقاله :
در این پژوهش گرافن اکسید با روش های ارزان قیمت و سازگار با محیط‎زیست بر زیرلایه مس کاهش یافت. این روش ها شامل پتانسیل ثابت و ولتامتری چرخه ای بود. در روش ولتامتری چرخه ای گرافن اکسید بر زیرلایه مس رسوب نشانی شد و کاهش یافت و در روش پتانسیل ثابت ابتدا به روش قطره چکانی، گرافن اکسید رسوب نشانی شد و سپس با روش پتانسیل ثابت کاهش یافت. گرافن اکسید کاهش‎یافته با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و طیف‎شناسی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) و رامان مشخصه یابی شد. نتیجه ها نشان داد که روش پتانسیل ثابت، بهترین روش در کاهش گرافن اکسید است و بیشینه گروه های عاملی کاهش‎یافته و بیشینه چگالی نواقص و چروکیدگی صفحه ها را به خود اختصاص داد. طیف‎شناسی رهبندی الکتروشیمیایی (EIS) نیز ثابت کرد که بیشینه رسانایی متعلق به گرافن اکسید یافته با روش پتانسیل ثابت است. درنتیجه این روش می تواند جایگزین روش های شیمیایی برای کاهش گرافن اکسید شود و ضعف عمده روش های شیمیایی را که استفاده از مواد سمی در کاهش است، برطرف کند.
In this paper, graphene oxide (GO) was reduced using inexpensive and environmentally friendly methods on the copper substrate. These methods included constant potential and cyclic voltammetry. In the cyclic voltammetry method, GO was deposited on the copper substrate and reduced. In the constant potential method, GO was firstly deposited by a drop cast and then reduced by constant potential method. Electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) was characterized by using scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy. In this study, the results showed that the constant potential method was the best method for the electrochemical reducing of GO. In this way, most functional groups had been reduced. In addition, a high density of the defects and wrinkling of the sheets was observed. The Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) test also proved that most of the conductivity belonged to the GO reduced by the constant potential method. Consequently, the method can replace chemical methods for the reducing of GO and eliminate the major weakness of chemical methods that use toxic substances.
[1] Davies, A.; Yu, A.; CAN.; J. Chem. Eng. 89, 1342-1357, 2011.
[2] Bhat, U.; Meti, S.; Mater.Res. Fou. 64, 181-189, 2020.
[3] Horn, M.; Gupta, B.; MacLeod, J.M.; Liu, J.; Motta, N.; Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 17, 42-48, 2019.
[4] Yang, Z.; Tian, J.; Yin, Z.; Cui, C.; Qian, W.; Wei, F.; Carbon 141, 467-480, 2019.
[5] Hilder, M.; Winther-Jensen, B.; Li, D.; Forsyth, M.; MacFarlane, D.R.; Phys.Chem. Chem. Phys. 13, 9187-9193, 2011.
[6] Guo, .H.L.; Wang, X.F.; Qian, Q.Y.; Wang, F.B.; Xia, X.H.; ACS Nano 3, 2653-2659, 2009.
[7] Chen, L.; Tang, Y.; Wang, K.; Liu, C.; Luo, S.; Electrochem. commun. 13, 133-137, 2011.
[8] Liu, S.; Ou, J.; Wang, J.; Liu, X,.; Yang, S.; J. Appl. Electrochem. 41, 881-884, 2011.
[9] Yu, H.; He, J.; Sun, L.; Tanaka, S.; Fugetsu, B.; Carbon 51, 94-101, 2013.
[10] Kundu, M.; Liu, L.; J. Power Sources. 243, 676-681, 2013.
[11] Lesiak, B.; Appl.; Surf. Sci. 452, 223-231, 2018.
[12] Wong, S.I.; Lin, H.; Sunarso, J.; Wong, B.T.; Jia, B.; Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 11201, 112010L, 2019.
[13] Wei, A.; Mater. Res. Bull. 48, 2855-2860, 2013.
[14] Okhay, O.; Tkach, A.; Staiti, P.; Lufrano, F.; Electrochim. Acta. 353, 136540-136546, 2020.
[15] Ferrari, A.C.; Phys. Rev. Lett. 97, 187401-187406, 2006.
[16] Tuinstra, F.; Koenig, J.L.; J. Chem. Phys. 53, 1126-1130, 1970.
[17] Jiang, Y.; Lu, Y.; Li, F.; Wu, T.; Niu, L.; Chen, W.; Electrochem. commun. 19, 21-24, 2012.
[18] Park, S.; Ruoff, R.S.; Nat. Nanotechnol. 4, 217-223, 2009.
[19] Shao, Y.; Wang, J.; Engelhard, M.; Wang, C.; Lin, Y.; J. Mater. Chem. 20, 743-748, 2010.
[20] Stoller, M.D.; Park, S.; Zhu, Y.; An, J.; Ruoff, R.S.; Nano Lett. 8, 3498-3502, 2008.
[21] Singh, A.; Ojha, A.K.; Chem. Phys. 530, 110607-110612, 2020.
_||_[1] Davies, A.; Yu, A.; CAN.; J. Chem. Eng. 89, 1342-1357, 2011.
[2] Bhat, U.; Meti, S.; Mater.Res. Fou. 64, 181-189, 2020.
[3] Horn, M.; Gupta, B.; MacLeod, J.M.; Liu, J.; Motta, N.; Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 17, 42-48, 2019.
[4] Yang, Z.; Tian, J.; Yin, Z.; Cui, C.; Qian, W.; Wei, F.; Carbon 141, 467-480, 2019.
[5] Hilder, M.; Winther-Jensen, B.; Li, D.; Forsyth, M.; MacFarlane, D.R.; Phys.Chem. Chem. Phys. 13, 9187-9193, 2011.
[6] Guo, .H.L.; Wang, X.F.; Qian, Q.Y.; Wang, F.B.; Xia, X.H.; ACS Nano 3, 2653-2659, 2009.
[7] Chen, L.; Tang, Y.; Wang, K.; Liu, C.; Luo, S.; Electrochem. commun. 13, 133-137, 2011.
[8] Liu, S.; Ou, J.; Wang, J.; Liu, X,.; Yang, S.; J. Appl. Electrochem. 41, 881-884, 2011.
[9] Yu, H.; He, J.; Sun, L.; Tanaka, S.; Fugetsu, B.; Carbon 51, 94-101, 2013.
[10] Kundu, M.; Liu, L.; J. Power Sources. 243, 676-681, 2013.
[11] Lesiak, B.; Appl.; Surf. Sci. 452, 223-231, 2018.
[12] Wong, S.I.; Lin, H.; Sunarso, J.; Wong, B.T.; Jia, B.; Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 11201, 112010L, 2019.
[13] Wei, A.; Mater. Res. Bull. 48, 2855-2860, 2013.
[14] Okhay, O.; Tkach, A.; Staiti, P.; Lufrano, F.; Electrochim. Acta. 353, 136540-136546, 2020.
[15] Ferrari, A.C.; Phys. Rev. Lett. 97, 187401-187406, 2006.
[16] Tuinstra, F.; Koenig, J.L.; J. Chem. Phys. 53, 1126-1130, 1970.
[17] Jiang, Y.; Lu, Y.; Li, F.; Wu, T.; Niu, L.; Chen, W.; Electrochem. commun. 19, 21-24, 2012.
[18] Park, S.; Ruoff, R.S.; Nat. Nanotechnol. 4, 217-223, 2009.
[19] Shao, Y.; Wang, J.; Engelhard, M.; Wang, C.; Lin, Y.; J. Mater. Chem. 20, 743-748, 2010.
[20] Stoller, M.D.; Park, S.; Zhu, Y.; An, J.; Ruoff, R.S.; Nano Lett. 8, 3498-3502, 2008.
[21] Singh, A.; Ojha, A.K.; Chem. Phys. 530, 110607-110612, 2020.