Activité électrocatalytique améliorée de l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) par les nanoparticules de spinelle trimétallique ZnMnFeO4/CoMnFeO4 en tant que capteur électrochimique d'hydrazine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12188 (2023) Citer cet article

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Dans la présente étude, des nanoparticules d'oxyde de spinelle trimétallique (NP) ZnMnFeO4 et CoMnFeO4 ont été fournies à l'aide de méthodes hydrothermales. Les nanoparticules ont été caractérisées par diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), microscopie électronique à transmission (TEM) et techniques électrochimiques. Un capteur électrochimique fiable et reproductible basé sur ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO a été fabriqué pour une détection rapide et une détermination très sensible de l'hydrazine par la technique DPV. On observe que l'électrode modifiée provoque une forte croissance du courant de pic d'oxydation et une diminution du potentiel d'oxydation, contrairement à l'électrode nue. La technique de voltamétrie cyclique a montré une activité électrocatalytique élevée et une excellente sensibilité dans le capteur proposé pour l'oxydation de l'hydrazine. Dans des conditions expérimentales optimales, la méthode DPV a été utilisée pour construire la courbe d'étalonnage et une plage linéaire de 1,23 × 10−6 M à 1,8 × 10−4 M avec une limite de détection de 0,82 ± 0,09 μM a été obtenue. Les résultats obtenus indiquent que les nanocapteurs ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO présentent une stabilité, une reproductibilité et une répétabilité agréables dans les mesures d'hydrazine. De plus, le capteur suggéré a été utilisé efficacement pour déterminer la teneur en hydrazine dans divers échantillons de tabac à cigarette.

L’application des nanoparticules d’oxydes métalliques s’est récemment développée de manière significative dans les applications photocatalytiques et de capteurs1. En outre, compte tenu de l’action catalytique élevée, du faible coût et de la stabilité chimique de ces matériaux, de nombreuses applications ont été développées dans le domaine de l’énergie2. Les nanoparticules d'oxydes de métaux de transition présentent également d'excellentes propriétés photocatalytiques et électriques en raison de leur forme, de leur taille et de leur surface3,4. Les oxydes de spinelle sont des matériaux qui contiennent un ou plusieurs métaux de transition dans leur structure, tels que Fe3O45 et MgFe2O46, qui sont utilisés comme électrodes dans les supercondensateurs et batteries rechargeables7,8.

Une découverte récente a indiqué que les oxydes de spinelle trimétallique présentent des propriétés améliorées par rapport à leurs homologues monométalliques et bimétalliques lorsqu'ils sont utilisés comme matériaux d'électrode dans les batteries lithium-ion. Lavela et ses collègues ont synthétisé NiFeMnO4 en utilisant une technique de micelle inverse et ont atteint une capacité substantielle d'environ 900 mAh/g, comme indiqué dans leur étude9. Stefan et coll. ont synthétisé les nanoparticules CoMnFeO4 et ont signalé leurs performances électrochimiques supérieures à celles de plusieurs autres oxydes binaires10. Sur la base d'un principe fondamental ou d'un ensemble de principes, la déclaration suivante est faite : les oxydes trimétalliques comprenant les métaux Co, Fe et Mn ont été identifiés comme un catalyseur potentiellement efficace pour le développement d'un système de processus d'oxydation avancé (AOP) haute performance. , comme indiqué précédemment. A l’inverse, l’inclusion du constituant oxyde de Fe confèrera au catalyseur des caractéristiques magnétiques exceptionnelles, facilitant ainsi sa recyclabilité11. Parmi ces structures, les oxydes de spinelle trimétallique, tels que CoMnFe2O4, ont été négligés, malgré le fait qu'ils sont effectivement susceptibles d'avoir une synthèse et une morphologie simples12, et étant donné que la réponse des capteurs électrochimiques dépend fortement de la morphologie et de la taille de Particules d’électrocatalyseur et surface efficace de l’électrode modifiée, ces matériaux peuvent être considérés comme des catalyseurs intrigants et efficaces13.

Dans cette étude, les NP CoMnFeO4 et ZnMnFeO4, en tant que modificateurs pour mesurer l'hydrazine, ont été synthétisées via la technique hydrothermale et déposées sur le verre FTO. La configuration ionique de CoMnFeO4 est analogue à celle de CoMnFe2O4, dans laquelle (Fe3+Co2+) [Fe3+Mn3+Mn4+Co2+] O42− est présent. Les parenthèses et les parenthèses indiquent respectivement le tétraédrique (site A) et l'octaédrique (site B), tandis que O représente l'oxygène. Cette information a été rapportée dans Ref.12 :