Průtočné elektrochemické senzory environmentálních polutantů na bázi elektrod modifikovaných nanomateriály

Josef Šťastný

Bachelor's thesis

Flow-through electrochemical sensors of environmental pollutants employing electrodes modified by nanomaterials

Abstract:

Nanomateriály na bázi grafen oxidu jsou v různých formách využívány pro zlepšení citlivosti elektrochemické detekce. Mohou tedy být uplatněny při detekci některých environmentálních polutantů, například těžkých kovů. V této práci byly připravovány nanomateriály na bázi grafen oxidu (GO) modifikovaného olovnatými kationty (GO_Pb), a to hned několika způsoby. Jednak byly olovnaté kationty s GO inkubovány v mikrozkumavkách a vzniklá disperze GO_Pb byla separována centrifugací, dále byla testována aplikace směsi GO a Pb2+ přímo na elektrodu s následnou termální redukcí a také byla testována solvotermální redukce GO_Pb při teplotě 120 °C. Připravené materiály byly použity pro modifikaci elektrod, u kterých byla testována elektrochemická odezva v přítomnosti olova v elektrolytu. Materiály připravené za využití centrifugace nevykazovaly za daných podmínek žádnou elektrochemickou odezvu u měření ve stacionární cele při detekci olovnatých kationtů. Termálně redukované nanomateriály vykazovaly jistou stabilitu při měření, solvotermálně redukované materiály se prokázaly pro tato měření jako nevhodné vzhledem k jejich nízké stabilitě. Samotné srovnání materiálu GO_Pb a GO_Blank (materiál bez olovnatých kationtů - pro porovnání) sice neukázalo přílišný vliv takového "ion-imprintingu", přesto modifikace tištěných elektrod (SPE) těmito materiály při využití elektrochemického průtočného systému vykazovala až dvojnásobnou výslednou elektrochemickou odezvu (v porovnání s nemodifikovanou SPE) v roztoku s obsahem 1 mg/l Pb2+. Hlavním výsledkem je tedy ověření vhodnosti tištěných elektrod modifikovaných deriváty GO pro detekci kovů v průtočném systému, což bude dále využito pro další experimenty.

Abstract:

Graphene oxide-based nanomaterials are used in various forms to improve electrochemical detection. Thus, they can be used in the detection of certain environmental pollutants, such as heavy metals. In this thesis, nanomaterials based on graphene oxide (GO) modified with lead cations (GO_Pb) were prepared in several ways. Firstly, lead cations with GO were incubated in microtubes and the resulting GO_Pb dispersion was separated by centrifugation. Then, the application of GO and Pb2+ mixture directly on the electrode followed by thermal reduction was also also tested, and so was a mixture reduced by solvothermal reduction of GO_Pb at 120 °C. The prepared materials were used as a modifier for electrodes, which were tested for electrochemical response in the presence of lead-containing electrolyte. Materials prepared using centrifugation did not show any electrochemical response at all when measured in a stationary cell while trying to detect lead ions under given conditions. Thermally reduced nanomaterials were stable during measurement, while solvothermally reduced materials proved to be unsuitable for this type of measurement due to their low stability. The comparison of GO_Pb and GO_Blank (the material without lead cations) did not show an effect of "ion-imprinting", nevertheless modification of screen-printed electrodes (SPE) with these materials using electrochemical flow-through system showed up to twice as high electrochemical response (compared to SPE without modification) in 1 mg/L Pb2+. The main result of this thesis is verification of the suitability of screen-printed electrodes modified with GO-based materials for voltametric detection of metals in flow-through system, which will be further investigated in future experiments.

Keywords

grafen oxid, termální redukce, průtočný senzor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jaroslav Filip, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Bachelor programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Environmental Protection Engineering