碳纳米物体有助于构建未来动力源

2019-04-15 09:36:23
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华沙波兰科学院物理化学研究所的科学家正致力于研究表面覆盖有碳纳米颗粒和酶层的电极。这些电极可用于生产现代传感器和电源,包括安装在人体内部并由血液中所含物质提供燃料的生物燃料电池等未来传感器。

用纳米颗粒覆盖表面的最流行的方法之一是自1997年以来已知的逐层方法(LbL)。根据该方法,用随后的具有相反电荷的物体层覆盖基板。该方法特别适用于制造仅由聚合物制成的三维结构或在电极表面上交替的聚合物和纳米颗粒层。“从一段时间以来,人们就已经知道许多电极反应在由金或碳纳米颗粒覆盖的表面上进行得更快,更有效和更具选择性。因此,我们决定仅构建由纳米颗粒组成的结构,并研究它们如何影响经过酶进一步修饰后的电极性质,“教授说。

由碳纳米颗粒薄层覆盖的电极可以应用于生物燃料电池,其中生物燃料电池用作放置在人体中的医疗装置的电源。目前,在诸如起搏器的设备中更换电源需要侵入性方法。世界各地的科学家们开展了一项研究,旨在创造一种以溶解在血液中的物质为燃料的细胞:例如,葡萄糖和氧化剂 - 氧气,也是血液中的氧气。该任务是困难的,因为必须找到导电支撑物,其允许酶的永久沉积,使得它将直接与电极交换电子。由于在电极上沉积碳纳米颗粒,最终在IPC PAS中实现了这一点。“ 结果令人惊讶,因为酶通常需要额外的化合物 - 溶解在溶液中的电子穿梭机。在我们的实验中根本没有这样的化合物,“IPC PAS的博士生Katarzyna Szot说。被检查的电极在与血浆具有相似成分的溶液中起作用尤为重要。

在IPC PAS中进行的实验中使用的碳纳米颗粒小于10纳米。在未来的应用环境中,重要的是它们便宜且易于访问。覆盖基板的过程 - 在实验中这些是带有一层电导体的玻璃板 - 简单而快速。将板浸入碳纳米颗粒的悬浮液中一分钟,然后将其取出,冲洗,移至另一悬浮液中以沉积后续层,并且所有动作重复几次。成品碳层厚约100纳米。

由于碳纳米颗粒本身很小,它们之间的空间也非常小,这使得更难以进入位于层中更深处的活性表面。结果,电极不如它们那样有效。将来,由于层沉积过程的改变,可能有可能改善其性能。在PAS的物理化学研究所,实验刚刚开始在存在直径为几百纳米的小聚苯乙烯球的情况下应用碳纳米颗粒层。在创建每一层之后,科学家们打算用聚合物涂覆它,以便机械地强化结构,然后洗掉球。由于这种方法获得的多层结构将具有更大的孔,便于进入氧气,

电化学传感器可能成为可以应用具有碳纳米颗粒层的电极的另一个区域 - 例如,以确定与抗坏血酸和尿酸相关的多巴胺水平。该问题在分析化学中被认为是严重的,因为由于它们的电化学信号的重叠,最后两种物质阻碍了样品的分析。用纳米颗粒覆盖电极允许信号分离并且灵敏度增加。

除了碳纳米层,Opałło教授团队的科学家们正以类似的方式创造出金属和金属氧化物纳米粒子,碳纳米管和改性玻璃纳米粒子的三维结构。

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