Attività elettrocatalitica potenziata dell'ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) mediante nanoparticelle di spinello trimetallico ZnMnFeO4/CoMnFeO4 come sensore elettrochimico di idrazina

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12188 (2023) Citare questo articolo

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Nel presente studio, le nanoparticelle di ossido di spinello trimetallico (NP) ZnMnFeO4 e CoMnFeO4 sono state fornite utilizzando metodi idrotermali. Le nanoparticelle sono state caratterizzate mediante diffrazione di raggi X (XRD), microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (FESEM), spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX), microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e tecniche elettrochimiche. È stato fabbricato un sensore elettrochimico affidabile e riproducibile basato su ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO per il rilevamento rapido e la determinazione altamente sensibile dell'idrazina mediante la tecnica DPV. Si osserva che l'elettrodo modificato provoca un forte aumento della corrente di picco di ossidazione e una diminuzione del potenziale di ossidazione, contrariamente all'elettrodo nudo. La tecnica della voltammetria ciclica ha mostrato che vi è un'elevata attività elettrocatalitica e un'eccellente sensibilità nel sensore suggerito per l'ossidazione dell'idrazina. In condizioni sperimentali ottimali, è stato utilizzato il metodo DPV per costruire la curva di calibrazione ed è stato ottenuto un intervallo lineare da 1,23 × 10−6 M a 1,8 × 10−4 M con un limite di rilevamento di 0,82 ± 0,09 μM. I risultati ottenuti indicano che i nanosensori ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO mostrano una piacevole stabilità, riproducibilità e ripetibilità nelle misurazioni dell'idrazina. Inoltre, il sensore suggerito è stato utilizzato in modo efficace per determinare la presenza di idrazina in diversi campioni di tabacco da sigaretta.

L'applicazione delle nanoparticelle di ossidi metallici è recentemente cresciuta in modo significativo nelle applicazioni fotocatalitiche e dei sensori1. Inoltre, data l’elevata azione catalitica, l’economicità e la stabilità chimica di questi materiali, sono state sviluppate molte applicazioni nel settore energetico2. Le nanoparticelle di ossidi di metalli di transizione mostrano anche grandi proprietà fotocatalitiche ed elettriche grazie alla loro forma, dimensione e area3,4. Gli ossidi di spinello sono materiali che contengono uno o più metalli di transizione nella loro struttura, come Fe3O45 e MgFe2O46, che vengono utilizzati come elettrodi nei supercondensatori e nelle batterie ricaricabili7,8.

Una recente scoperta ha indicato che gli ossidi di spinello trimetallici mostrano proprietà migliorate rispetto alle loro controparti monometalliche e bimetalliche quando utilizzati come materiali per elettrodi nelle batterie agli ioni di litio. Lavela e colleghi hanno sintetizzato NiFeMnO4 utilizzando una tecnica a micella inversa e hanno raggiunto una capacità sostanziale di circa 900 mAh/g, come riportato nel loro studio9. Stefan et al. hanno sintetizzato le nanoparticelle CoMnFeO4 e hanno riportato le loro prestazioni elettrochimiche superiori rispetto a molti altri ossidi binari10. Sulla base di un principio fondamentale o di una serie di principi, viene fatta la seguente dichiarazione: gli ossidi trimetallici comprendenti metalli Co, Fe e Mn sono stati identificati come un catalizzatore potenzialmente efficace per lo sviluppo di un sistema AOP (Advanced Oxidation Process) ad alte prestazioni , come affermato in precedenza. Al contrario, l'inclusione del costituente ossido di Fe conferirà eccezionali caratteristiche magnetiche al catalizzatore, facilitandone così la riciclabilità11. Tra queste strutture, gli ossidi di spinello trimetallico, come CoMnFe2O4, sono stati trascurati, nonostante sia probabile che abbiano una sintesi e una morfologia semplici12, e dato che la risposta dei sensori elettrochimici dipende in larga misura dalla morfologia e dalle dimensioni del particelle dell'elettrocatalizzatore e l'area effettiva dell'elettrodo modificato, questi materiali possono essere considerati catalizzatori intriganti ed efficienti13.

In questo studio, le NP CoMnFeO4 e ZnMnFeO4, come modificatori per la misurazione dell'idrazina, sono state sintetizzate tramite la tecnica idrotermale e depositate sul vetro FTO. La configurazione ionica di CoMnFeO4 è analoga a quella di CoMnFe2O4, in cui è presente (Fe3+Co2+) [Fe3+Mn3+Mn4+Co2+] O42−. Le parentesi quadre indicano rispettivamente il tetraedrico (sito A) e l'ottaedrico (sito B), mentre O rappresenta l'ossigeno. Questa informazione è stata riportata nel Rif.12: