Tungsten oxide modified electrodes and their electrocatalytic applications
Küçük Resim Yok
Tarih
2021
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Nanostructured transition metals and their oxides are considered as
attractive functional materials due to their outstanding catalytic properties. In this
thesis, it was aimed to search the electrocatalytic effect of tungsten oxide
deposited on several electrodes and to study its composites with other metal
nanoparticles. For this purpose, glassy carbon electrode was for electrochemical
deposition of WOx species along with platinum nanoparticles in pursue of
synergic effect and following the characterization studies, catalytic performances
of the novel electrodes have been tested for oxygen reduction reaction (ORR). The
synergic effect was attributed to the hyper d- hypo-d interaction of the composite.
Multivalent character of the tungsten species in the composite has also contributed
to the significant catalytic activity. Analytical application of the method covers
the non-enzymatic sensor development for hydrogen peroxide as an alternative
way for daily used disinfectant analysis.
In the second part of the thesis, pencil graphite electrodes modified with
WOx was used as a support material for aptasensor fabrication for the detection of
Ochratoxin A (OTA) based on the Electrochemical Impedance Spectroscopic (EIS)
measurements in the presence of 5 mM ferricyanide ions. Covalent binding
efficiency of NH2-Apt by EDC/NHS mechanism was confirmed by comparing the
results obtained with NH2-Apt bound to the electrode surface through adsorption.
The differences in Rct levels clearly indicated the efficiency of the EDC/NHS
mechanism probably via -OH groups on the metal oxide film. Then, the solution
parameters (tungstate ion concentration, pH and aptamer concentration) along
with operating conditions have been optimized for OTA detection. Selectivity was
ensured by using another mycotoxin, Zearalenone (ZEA) and the calibration
graphs have been constructed in nanomolar levels. In the final part of the thesis, tungsten oxide film has been electrodeposited
on the titanium nanotubes (TNT) and then, by setting the potential at an
appropriate value, the composite film was applied for the Photoelectrocatalytic
(PEC) degradation of several azo dyes. The application conditions of this binaryoxide
film to Rhodamine B degradation have been optimized and kinetic studies
were also carried out to clarify the degradation mechanism. In conclusion,
synergic interaction between the TNT and WO3 offers a superior catalytic activity
and display a potential for the use in solar irradiation inherited from the chemical
properties of the modifier.
Overall studies can be evaluated as different aspects of electrocatalytic
activities of tungsten oxide have been clarified in this thesis to contribute the
studies of this kind in the literature.
Nano yapılı geçiş metalleri ve oksitleri, üstün katalitik özelliklerinden dolayı fonksiyonel malzemeler olarak ilgi çekmektedir. Bu tezde, çeşitli elektrotlar üzerinde biriken tungsten oksitin elektrokatalitik etkisinin araştırılması ve diğer metal nanoparçacıklarla oluşturduğu kompozitlerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, camsı karbon elektrot üzerine WOx türleri elektrokimyasal biriktirildikten sonra sinerjik etki arayışı ile platin nanopartiküller ile dekore edilmiştir. Bu yenilikçi elektrotların karakterizasyon çalışmalarının ardından, katalitik performansları oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR) için denenmiştir. ORR sinyalinde gözlenen sinerjik etki, kompozitin hiper d-hipo-d etkileşimine bağlanmıştır. Kompozit yapıdaki tungstenin karışık değerlikli yapısı da katalitik aktiviteye önemli katkıda bulunmuştur. Yöntemin analitik uygulaması, günlük kullanılan dezenfektan analizine alternatif bir yol olarak hidrojen peroksit için enzimatik olmayan sensör geliştirmeyi kapsamaktadır. Tezin ikinci bölümünde, WOx ile modifiye edilmiş kalem ucu grafit elektrotlar, 5 mM ferrisiyanür iyonlarının varlığında Elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ölçümlerine dayalı olarak Okratoksin A (OTA) tayini için aptasensör üretimi için destek malzemesi olarak kullanılmıştır. 5-amino aptamerin (NH2-Apt) EDC/NHS mekanizması ile kovalent bağlanma verimi, adsorpsiyon yoluyla elektrot yüzeyine bağlanan NH2-Apt ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak, doğrulanmıştır. Yük aktarım direncindeki (Rct) farklılıklar, metal oksit film üzerindeki -OH grupları aracılığıyla EDC/NHS mekanizmasının etkinliğini açıkça göstermiştir. Daha sonra, OTA tespiti için çalışma koşulları ile çözelti parametreleri (tungstat iyon konsantrasyonu, pH ve aptamer derişimi) optimize edilmiştir. Bir diğer mikotoksin olan Zearalenon (ZEA) kullanılarak seçicilik sınanmış ve nanomolar seviyelerde kalibrasyon grafikleri oluşturulmuştur. Tezin son bölümünde, tungsten oksit film titanyum nanotüpler (TNT) üzerine elektro-biriktirme ile kompozit film oluşturulduktan sonra uygun potansiyelde çeşitli azo boyar maddelerinin Fotoelektrokatalitik bozunması incelenmiştir. Bu ikili oksit filminin Rodamin B bozunmasına uygulama koşulları optimize edilmiş ve bozunma mekanizmasını netleştirmek için kinetik çalışmalar da yapılmıştır. Sonuç olarak, TNT ve WO3 arasındaki sinerjik etkileşim, üstün bir katalitik aktivite sumaktadır ve modifiyerin kimyasal özelliklerinden kaynaklanan güneş ışımasında kullanım için bir potansiyel arz etmektedir. Tungsten oksidin elektrokatalitik aktivitelerinin farklı yönleri olarak değerlendirilerek, literatürde bu tür çalışmalara katkıda bulunacak verilerin üretimi gerçekleştirilmiştir.
Nano yapılı geçiş metalleri ve oksitleri, üstün katalitik özelliklerinden dolayı fonksiyonel malzemeler olarak ilgi çekmektedir. Bu tezde, çeşitli elektrotlar üzerinde biriken tungsten oksitin elektrokatalitik etkisinin araştırılması ve diğer metal nanoparçacıklarla oluşturduğu kompozitlerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, camsı karbon elektrot üzerine WOx türleri elektrokimyasal biriktirildikten sonra sinerjik etki arayışı ile platin nanopartiküller ile dekore edilmiştir. Bu yenilikçi elektrotların karakterizasyon çalışmalarının ardından, katalitik performansları oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR) için denenmiştir. ORR sinyalinde gözlenen sinerjik etki, kompozitin hiper d-hipo-d etkileşimine bağlanmıştır. Kompozit yapıdaki tungstenin karışık değerlikli yapısı da katalitik aktiviteye önemli katkıda bulunmuştur. Yöntemin analitik uygulaması, günlük kullanılan dezenfektan analizine alternatif bir yol olarak hidrojen peroksit için enzimatik olmayan sensör geliştirmeyi kapsamaktadır. Tezin ikinci bölümünde, WOx ile modifiye edilmiş kalem ucu grafit elektrotlar, 5 mM ferrisiyanür iyonlarının varlığında Elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ölçümlerine dayalı olarak Okratoksin A (OTA) tayini için aptasensör üretimi için destek malzemesi olarak kullanılmıştır. 5-amino aptamerin (NH2-Apt) EDC/NHS mekanizması ile kovalent bağlanma verimi, adsorpsiyon yoluyla elektrot yüzeyine bağlanan NH2-Apt ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak, doğrulanmıştır. Yük aktarım direncindeki (Rct) farklılıklar, metal oksit film üzerindeki -OH grupları aracılığıyla EDC/NHS mekanizmasının etkinliğini açıkça göstermiştir. Daha sonra, OTA tespiti için çalışma koşulları ile çözelti parametreleri (tungstat iyon konsantrasyonu, pH ve aptamer derişimi) optimize edilmiştir. Bir diğer mikotoksin olan Zearalenon (ZEA) kullanılarak seçicilik sınanmış ve nanomolar seviyelerde kalibrasyon grafikleri oluşturulmuştur. Tezin son bölümünde, tungsten oksit film titanyum nanotüpler (TNT) üzerine elektro-biriktirme ile kompozit film oluşturulduktan sonra uygun potansiyelde çeşitli azo boyar maddelerinin Fotoelektrokatalitik bozunması incelenmiştir. Bu ikili oksit filminin Rodamin B bozunmasına uygulama koşulları optimize edilmiş ve bozunma mekanizmasını netleştirmek için kinetik çalışmalar da yapılmıştır. Sonuç olarak, TNT ve WO3 arasındaki sinerjik etkileşim, üstün bir katalitik aktivite sumaktadır ve modifiyerin kimyasal özelliklerinden kaynaklanan güneş ışımasında kullanım için bir potansiyel arz etmektedir. Tungsten oksidin elektrokatalitik aktivitelerinin farklı yönleri olarak değerlendirilerek, literatürde bu tür çalışmalara katkıda bulunacak verilerin üretimi gerçekleştirilmiştir.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Voltammetry, Oxygen Reduction Reaction Tungsten Oxide, EIS, Aptasensor, Photoelectrocatalytic Degradation, Rhodamine B., Voltammetri, Oksijen İndirgenme Tepkimesi, Tungsten Oksit, EIS, Aptasensör, Fotoelektrokatalitik Bozunma, Rodamin B.
