SZILÁRD FÁZISÚ FULLERÉNEK ELEKTROKÉMIÁJA ÉS BIOELEKTROKÉMIAI ALKALMAZÁSA



Hasonló dokumentumok
SZILÁRD FÁZISÚ FULLERÉNEK ELEKTROKÉMIÁJA ÉS BIOELEKTROKÉMIAI ALKALMAZÁSA

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Zárójelentés. OTKA T Fullerének és szén nanocsövek elektrokémiai vizsgálata

Elektrokémia kommunikációs dosszié ELEKTROKÉMIA. ANYAGMÉRNÖK NAPPALI MSc KÉPZÉS, SZABADON VÁLASZTHATÓ TÁRGY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Radioaktív nyomjelzés

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

GALAKTURONSAV SZEPARÁCIÓJA ELEKTRODIALÍZISSEL

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Általános Kémia, 2008 tavasz

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Kémiai metallurgia-ii (Fémelőállítási folyamatok elméleti alapjai)

ETÁN ÉS PROPÁN ÁTALAKÍTÁSA HORDOZÓS PLATINAFÉM- ÉS RÉNIUM- KATALIZÁTOROKON

Kémiai alapismeretek hét

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Makroelem-eloszlás vizsgálata vizes élőhely ökotópjaiban

9. évfolyam II. félév 2. dolgozat B csoport. a. Arrheneus szerint bázisok azok a vegyületek, amelyek... b. Arrheneus szerint a sók...

ELEKTROANALITIKA (ELEKTROKÉMIAI ANALÍZIS)

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Badari Andrea Cecília

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

IV.főcsoport. Széncsoport

1. ábra: Diltiazem hidroklorid 2. ábra: Diltiazem mikroszféra (hatóanyag:polimer = 1:2)

A KÉMIA ÚJABB EREDMÉNYEI

REOLÓGIA, A KÖLCSÖNHATÁSOK ÖSSZESSÉGE

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

ZÁRÓJELENTÉS. Fény hatására végbemenő folyamatok önszerveződő rendszerekben

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Kémia I. szekció (Anyagtudomány)

Modellvizsgálatok a természetes vizek arzénmentesítésére

MEMBRÁNKONTAKTOR ALKALMAZÁSA AMMÓNIA IPARI SZENNYVÍZBŐL VALÓ KINYERÉSÉRE

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

A POLIELEKTROLIT/TENZID ASSZOCIÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA NEMIONOS TENZIDEK ÉS POLIMEREK SEGÍTSÉGÉVEL

A VÍZ OLDOTT SZENNYEZŐANYAG-TARTALMÁNAK ELTÁVOLÍTÁSA IONCSERÉVEL

A szonokémia úttörője, Szalay Sándor

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

A SZTE KDI képzési terve

Újabb eredmények a grafén kutatásában

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

A dinamikai viselkedés hőmérséklet-függése és hőmérséklet-kompenzáció oszcillációs kémiai reakciókban. Doktori (PhD) értekezés tézisei.

A sz. OTKA pályázat (In situ és operando vizsgálatok az NO x szelektív katalitikus átalakításában) zárójelentése.

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Kémiai energia - elektromos energia

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

Magyarkuti András. Nanofizika szeminárium JC Március 29. 1

SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Polimorfia Egy bizonyos szilárd anyag a külső körülmények függvényében különböző belső szerkezettel rendelkezhet. A grafit kristályrácsa A gyémánt kri

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Rezervoár kőzetek gázáteresztőképességének. fotoakusztikus detektálási módszer segítségével

Reakciókinetika és katalízis

XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Korrózió kommunikációs dosszié KORRÓZIÓ. ANYAGMÉRNÖK LEVELEZŐ BSc KÉPZÉS TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Voltammetria. Szilárd elektródok Módosított elektródok

XXXVIII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Kiss László Láng Győző ELEKTROKÉMIA

A TALAJOK PUFFERKÉPESSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK ÉS JELENTŐSÉGÜK A KERTÉSZETI TERMESZTÉSBEN

3. feladat. Állapítsd meg az alábbi kénvegyületekben a kén oxidációs számát! Összesen 6 pont érhető el. Li2SO3 H2S SO3 S CaSO4 Na2S2O3

Allotróp módosulatok

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

Szakértesítő 1 Interkerám szakmai füzetek A folyósító szerek viselkedése a kerámia anyagokban

Szerves oldószerek vízmentesítése zeolitokkal

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin K Ö Z É P S Z I N T

Az SZTE KDI képzési terve

A voltammetriás mérések során az elektrokémiai cella két vagy három elektródot tartalmaz. Ezek a következők:

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

Különleges elektrokémiai mérések forgó gyűrűs korongelektródokon

A ferrát-technológia klórozással szembeni előnyei a kommunális szennyvizek utókezelésekor

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Vízben oldott antibiotikumok (Fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

CO 2 homogénkatalitikus redukciója vizes közegben. Homogeneous catalytic reduction of CO 2 in aqueous medium

MAGYAR TUDOMÁNYOS AKADÉMIA SZILÁRDTESTFIZIKAI ÉS OPTIKAI KUTATÓINTÉZET (MTA SZFKI)

PANNON EGYETEM. 2,3-DIHIDRO-2,2,2-TRIFENIL-FENANTRO-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -OXAZAFOSZFOL KIALAKULÁSA ÉS REAKCIÓJA SZÉN-DIOXIDDAL ÉS DIOXIGÉNNEL

Összesen: 20 pont. 1,120 mol gázelegy anyagmennyisége: 0,560 mol H 2 és 0,560 mol Cl 2 tömege: 1,120 g 39,76 g (2)

5. előadás

Művelettan 3 fejezete

Kémiai alapismeretek 6. hét

1. feladat. Versenyző rajtszáma:

10. előadás Kőzettani bevezetés

Összefoglalók Kémia BSc 2012/2013 I. félév

HORDOZÓS KATALIZÁTOROK VIZSGÁLATA SZERVES KÉMIAI REAKCIÓKBAN

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

OTKA KUTATÁS ZÁRÓJELENTÉSE Égésgátló szereket tartalmazó műanyagok hőbomlása T047377

a réz(ii)-ion klorokomplexének előállítása...

CO 2 aktiválás - a hidrogén tárolásban

Rádiókommunikációval is Az adatokat szabad rádiófrekvencián sugározza az őt lekérdező AQUADAT készüléknek.

Ex Fórum 2009 Konferencia május 26. robbanásbiztonság-technika 1

5. Laboratóriumi gyakorlat

Átírás:

SZILÁRD FÁZISÚ FULLERÉNEK ELEKTROKÉMIÁJA ÉS BIOELEKTROKÉMIAI ALKALMAZÁSA Doktori (Ph.D.) értekezés Tézisek CSISZÁR MARIKA Témavezető: Dr. Szűcs Árpád Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai Tanszék Szeged, 2004

I. BEVEZETÉS A szén új allotróp módosulatait, a fulleréneket 1985-ben fedezték fel. Tulajdonságaik megismeréséhez az elektrokémiai mérések a kezdetektől hozzájárultak, mert felfedezték, hogy egyes oldószerekben oldódnak, s reverzíbilisen redukálhatók. Az elektrokémiai vizsgálatok skálája kibővült, amikor kiderült, hogy a fullerének szilárd fázisban, vezető felületekre leválasztott filmek formájában is aktívak elektrokémiailag. A redukció során az oldatban lévő kationok a filmbe kerülnek, miközben a filmek vezetése megváltozik a félvezetők szennyezéséhez hasonlóan. A kezdeti elektrokémiai mérések nemvizes közegben és inert atmoszférában történtek, mert a redukciós folyamat egyes köztitermékei víz és levegő jelenlétében gyorsan elreagáltak. Később azonban azt találták, hogy a fullerén filmek vizes oldatokban is redukálhatók. A vizes közegben való méréseknek számos előnye van. Mind a semleges, mind a redukált fullerének oldhatatlanok vízben, a film az elektródfelületen maradhat. A víz stabilitási tartománya a ph ill. az elektródanyag változtatásával szabályozható. Nagyon sok fémsó vízben oldható, így a redukált fullerén filmekbe beépülő ionok is szélesebb skálán változtathatók, új tulajdonságú fullerén filmek alakíthatók ki, kiterjesztve ezzel a szénalapú elektródok családját (grafit, üvegszén) számos új taggal. Az így kialakított fullerénelektródok valamiféle átmenetet képeznek a hagyományos elektródok és a felületmódosított elektródok között, s elektrokatalitikus hatásuk is lehet bizonyos folyamatokban. Doktori mumkám során a fullerén filmek vizes közegű tanulmányozásával, és a kialakított fullerénelektródok felhasználási lehetőségeinek vizsgálatával foglalkoztam. 1

II. CÉLKITŰZÉSEK Elsődleges célunk a fullerén filmek tulajdonságainak megismerése volt vizes közegekben. Elektrokémiai vonatkozásban kevés adatot találtunk a szilárd fázisú C 70 -re, ezért a C 60 filmek vizes közegű mérési eredményeinek ismeretében a vizsgálatainkat kiterjesztettük erre a fullerénre is. Kísérleti munkám elején célul tűztük ki a C 60 filmek kialakításánál használt módszer alkalmazását egyenletes, kompakt C 70 filmek kialakítására különböző elektródfelületeken. Vizsgálni akartuk mindkét fullerénnél a rétegek morfológiájának, porozitásának és elektrokémiai aktivitásának változását a kialakítási mód függvényében. Fel akartuk deríteni befolyásolhatók-e ezek a tulajdonságok az elektród anyagával, a felület előkezelésével, a filmleválasztáshoz alkalmazott oldószerrel, ill. a leválasztott film utólagos átalakításával. Olyan módszert kerestünk, amellyel a porozitás vizsgálható és meg tudjuk becsülni a szabad felületarányt. A C 60 filmek alkálifém- és alkáliföldfém-ionokat tartalmazó vizes oldatokban redukálhatók voltak. A redukciós mechanizmus pontosításához vizsgálatokat akartunk végezni a tömbi redukciót megelőző potenciáltartományban is. Célul tűztük ki alkálifém- és alkáliföldfém-ionok mellett átmenetifém ionok beépítését fullerén filmekbe. Mint ismeretes a mangán számos oxidációs állapotban létezik, amelyek közül néhány katalitikus tulajdonsággal is rendelkezik kémiai reakciókban. Érdekelt bennünket, hogy vajon Mn 2+ beépíthető-e a C 60 filmekbe, milyen tulajdonsággal rendelkeznek ezek a filmek és van-e valamilyen hasznos elektrokatalitikus tulajdonságuk. A kialakított elektródokon vizsgálni akartuk elektrokatalitikus hatásukat a citokróm c esetében. Célunk az volt, hogy az elektródelőállítás optimális 2

feltételeit megtalálva a citokróm c reverzíbilis elektrokémiai reakcióját valósíthassuk meg fullerén módosított elektródokon. III. MÓDSZEREK A legtöbb vizsgálat ciklikus voltammetriával történt. Méréseinket álló arany, álló és forgó üvegszén korongelektródokon végeztük. Kronocoulombmetriát használtunk a fullerén filmmel borított elektródok szabad felületarányának meghatározásához. A leválasztott filmek homogenitásának és kompaktságának tanulmányozásához az elektrokémiai mérőmódszerek mellett fénymikroszkópos és nagyfelbontású AFM (erőmérő atommikroszkópia) vizsgálatokat is alkalmaztunk. A fullerén filmek félvezető tulajdonságainak jellemzésére fotoelektrokémiai méréseket végeztünk. A fotoelektrokémiai méréseket összevetettük a C 60 és C 70 oldatés szilárd fázisú abszorpciós spektrumaival, amelyeket spektrofotometriásan detektáltunk. 3

IV. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK Méréseinkkel sikerült a szilárd fázisú C 60 és C 70 fullerének vizes közegű vizsgálatait kibővíteni és megerősíteni azt a feltételezést, hogy a detektált folyamatok jól elkülöníthetők a víz és oxigén reakciói mellett. Az eredményeket az alábbi pontokban lehet összefoglalni: 1. A fullerén filmek tulajdonságai 1.1. A filmek kialakítása és morfológiai jellemzése A C 60 fullerén filmek kialakítási módszeréhez hasonlóan sikerült a C 70 fullerének leválasztására is olyan oldatbepárlásos eljárást kidolgozni, amellyel egyenletes, jól reprodukálható elektrokémiai tulajdonságú filmek állíthatók elő arany- és üvegszénelektródokon. Megállapítottuk, hogy a filmleválasztáshoz használt oldószer, a vezető felületre felvitt oldatmennyiség, a felület anyaga mind hatással vannak a leválasztott filmek szerkezetére. Mindkét fullerén esetében az oldatkészítéshez használt oldószerek közül a diklór-metán bizonyult a legjobbnak. A filmekről készült nagyfelbontású AFM mérések azt igazolták, hogy a diklór-metános oldatból leválasztott filmekben még mikrométeres skálán sem jelennek meg különálló kristályos részecskék. Elektrokémiai mérésekkel igazoltuk, hogy a kis molekulák (pl. víz, oxigén) számára ezek a fullerén filmek átjárhatók. Két független módszerrel megbecsültük a szabad felületarányt. A filmek porozitását a felületre felvitt fullerén mennyisége ill. az elektród anyaga határozzák meg. A vékonyabb, valamint az üvegszénre leválasztott C 60 fullerén filmek nyitottabbak, porozitásuk nagyobb volt. 4

1.2. A filmek fotoelektrokémiai tulajdonságai Megállapítottuk, hogy a semleges C 70 filmek belső félvezetőként viselkednek, sötétben szigetelők, fénnyel megvilágítva fotooxidáció és fotoredukció is mérhető rajtuk. Kimutattuk, hogy a C 70 fotelektrokémiailag eltérő viselkedést mutat a C 60 -nal összevetve. A tiltott sávszélesség energiája hasonló, ám a simasáv (flatband) potenciálja kb. 250 mv-al pozitívabb, mint a C 60 -nál. Mindkét fullerén esetében a fotohatékonyság hullámhosszfüggése nagyon hasonló a filmek oldat és szilárd fázisú abszorpciós spektrumához, jelezve, hogy a kvantumhasznosítás meghatározója a filmek fényelnyelése. 2. A fullerén filmek elektrokémiai tulajdonságai 2.1. Parciális redukció Speciális utókezelési technikával megoldottuk, hogy a kialakított fullerén filmek porozitása szabályozható legyen. Ilyen filmeken forgó korongelektródot alkalmazva kimutattuk, hogy a filmek tömbi (egész filmet érintő) redukciója előtt végbemegy egy ún. parciális redukció. Ekkor az elektród fullerén oldat határfelületek mentén csak legfeljebb néhány molekulányi réteg redukálódik, ám ez már elegendő a film kationcsere tulajdonságának kialakulásához. 2.2. C 70 fullerén filmek redukciója Megállapítottuk, hogy a C 70 filmek is redukálhatók alkálifémiont (Li +, Na +, K + ) tartalmazó oldatokban. A redukciós görbék lefutása és a redukciós csúcspotenciál értéke nagymértékben változott az oldatban jelenlévő kation minőségének és mennyiségének változtatásával. Aranyelektródon Na + és K +, üvegszénelektródon ezen kívül még Li + -ot 5

tartalmazó oldatban is detektálható volt redukciós folyamat. A redukció minden esetben irreverzíbilis és ph-tól független (ph = 3 14 tartományban). Az eredményeket összevetve a C 60 -nál megismert sajátságokkal feltételeztük, hogy a C 70 filmek redukciós lépései egyes esetekben eltérnek a C 60 -nál tapasztaltakkal. C 70 -nél mind a három alkálifémion jelenlétében konszekutív egyelektronos lépéseken keresztül vezető tulajdonságú M 3 C 70 só keletkezik. Kimutattuk, hogy a redukált filmek stabilitása tág határok között változik, s egyes redukált filmek további mérésekhez is használhatók. Fotoelektrokémiai mérésekkel is alátámasztottuk, hogy a redukált C 70 filmek vezetővé válnak. 2.3. Mn 2+ beépítés Vegyes kationtartalmú oldatokat alkalmazva átmenetifém iont, Mn 2+ -t építettünk be fullerén filmekbe. A méréseink azt bizonyították, hogy erre csak abban az esetben van lehetőség, ha az oldatban egy abszolút értékben kisebb hidratációs szabadentalpiájú kation is jelen van (Na + vagy K + ). A keletkezett redukált film alkálifémiont és Mn 2+ iont is tartalmazott, s a filmbe beépülő kationarány az oldatbeli koncentrációval befolyásolható volt. Egy ioncserén alapuló mechanizmust javasoltunk a folyamat értelmezésére. 3. A filmek bioelektrokémiai alkalmazása Különböző oxidációs állapotú fullerénelektródokon vizsgálva a citokróm c reakcióját megállapítottuk, hogy a parciálisan redukált C 60 filmek nagyon jó reakciókörnyezetet jelentenek a fehérjemolekula számára, míg a semleges, redukált, ill. redukált majd oxidált filmek rossznak bizonyultak. Feltételeztük, hogy a parciálisan redukált filmek 6

biológiai membránokra emlékeztető szerkezete ill. a citokróm c reakcióban érvényesülő molekulaszűrő sajátsága révén alakulnak ki a kedvező reakciófeltételek. 7

V. PUBLIKÁCIÓS JEGYZÉK Közlemények: 1. M. Csiszár, Á. Szûcs, M Tölgyesi, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry of C 70 fullerene films in aqueous solutions; J. Electroanal. Chem., 441, 287 (1998) IF: 1.760; Hiv.: 9 2. Á. Szûcs, M. Tölgyesi, M. Csiszár, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry on partially reduced fullerene films; Electrochemica Acta, 44, 613 (1998) IF: 1.591; Hiv.: 6 3. Á. Szûcs, M. Tölgyesi, M. Csiszár, J. B.Nagy, M. Novák: Manganesedoped fullerene film electrodes; J. Electroanal. Chem., 442, 59 (1998) IF: 1.760; Hiv.: 11 4. M. Csiszár, Á. Szûcs, M. Tölgyesi, Á. Mechler, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemical reactions of cytochrome c on electrodes modified by fullerene films; J. Electroanal. Chem., 497, 69 (2000) IF: 1.960; Hiv.: 4 5. Á. Szûcs, M. Tölgyesi, E. Szûcs, M. Csiszár, A. Loix, L. Lamberts, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry of C 60 films in aqueous solutions in "Fullerenes Volume 5: Recent Advances in the Chemistry and Physisc of Fullerenes and Related Materials", K. M. Kadish and R. S. Ruoff, Editors, p. 68-78, (1997) 6. Á. Szûcs, M. Csiszár, M. Tölgyesi, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry of C 70 fullerene films in "Fullerenes Volume 5: Recent 8

7. Advances in the Chemistry and Physics of Fullerenes and Related Materials", K. M. Kadish and R. S. Ruoff, Editors, p.10-19, (1997) Összesített impaktfaktor: 7,071 Összhivatkozás: 30 Elõadások, poszterek: 1. Á. Szûcs, M. Tölgyesi, E. Szûcs, M. Csiszár, A. Loix, L. Lamberts, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry of C 60 films in aqueous solutions; 48 th Meeting, International Society of Electrochemistry, Paris, France, 1997, Abstract No. 1367 2. Á. Szûcs, M. Csiszár, M. Tölgyesi, J. B.Nagy, M. Novák: Electrochemistry of C 70 fullerene films; 48 th Meeting, International Society of Electrochemistry Paris, France, 1997, Abstract No. 1366 3. Csiszár Marika: C 70 fullerénfilmek elektrokémiai és fotoelektrokémiai viselkedése; XX. Kémiai Elõadói Napok, Szeged, 1997 4. Csiszár Marika: Fullerén-módosított felületek viselkedése a citokróm c elektrokémiai reakciójában; XXII. Kémiai Elõadói Napok, Szeged, 1999 5. Csiszár Marika: C 70 fullerénfilmek elektrokémiai és fotoelektrokémiai viselkedése; MTA, Elektrokémiai Munkabizottság ülése, Szeged, 1999 9

6. M. Csiszár, Á. Szûcs, M Tölgyesi, J. B.Nagy, M. Novák: Enhanced stability of the electrochemical behavior of cytochrom c on electrodes modified by partially reduced fullerene films, poster presentation, 50 th Meeting, International Society of Electrochemistry, Pavia, Italy, 1999, Abstract No. 734 10