توصيفگر ها :
يون پتاسيم , حسگر زيستي , آپتامر , پلي‌آنيلين , ابرخازن , كبالت-نيكل-سلنيد , ZIF-67 , تانيك اسيد
چكيده فارسي :
در پژوهش اول، يك آپتاحسگر الكتروشيميايي براي شناسايي يون پتاسيم با استفاده از روش طيف‌نگاري امپدانس الكتروشيميايي گسترش يافته است. در ابتدا پوشش پلي‌آنيلين بر روي يك الكترود كربن شيشه‌اي الكتروسنتز شد. سپس آپتامر پتاسيم گزين [G3(T2AG3)3] از طريق نيروي الكتروستاتيك بين پلي‌آنيلين و آپتامر جذب سطحي شد. در حضور يون پتاسيم، DNA تك رشته‌اي به پيكربندي G-quadruplex تبديل مي‌شود كه مانند يك سد در برابر انتقال الكترون در سطح الكترود كربن شيشه‌اي عمل مي‌كند. تصويرهاي ميكروسكوپ نيروي اتمي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني براي ارزيابي ريخت‌شناسي سطح در هر مرحله از ساخت استفاده شد. به منظور بهبود عملكرد آپتاحسگر، پارامترهاي تأثيرگذار بهينه شدند. با افزايش غلظت يون پتاسيم، مقاومت انتقال بار (Rct) آپتامر افزايش يافت و منحنيΔRct برحسب لگاريتم غلظت يون پتاسيم، در محدوده وسيع از 10 پيكومولار تا 60 ميكرومولار با حد تشخيص پايين 7/3 پيكومولار خطي به دست آمد. ساير يونهاي فلزي مانند سديم، كلسيم، منيزيم، روي، مس (II)، آهن (III) و نيكل (II) در تشخيص يون پتاسيم، مزاحمت قابل ملاحظه‌اي نداشتند. درنهايت آپتاحسگر پيشنهادي براي تعيين يون پتاسيم در نمونه‌هاي حقيقي مانند آب، سرم، ادرار و ميوه به كار برده شد.
در پژوهش دوم، يك چندوجهي كبالت-نيكل-سلنيد توخالي مشتق شده از ZIF-67 براي ابرخازن‌هاي با كارايي بالا سنتز شد. در ابتدا ZIF-67 در دماي 650 درجه سانتي‌گراد كلسينه شد و سپس با استفاده از تانيك اسيد اصلاح شد تا ZIF-67 توخالي با مساحت سطح بزرگ‌تر توليد شود. سپس ZIF-67 توخالي با نيكل-سلنيداصلاح شد تا كبالت-نيكل-سلنيد توخالي توليد شود. جهت ارزيابي كبالت-نيكل-سلنيد توخالي، تصويرهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني و آناليزهاي پراكندگي انرژي پرتو ايكس، پراش پرتو ايكس و اندازه‌گيري سطح ويژه استفاده شد. به منظور مطالعات الكتروشيميايي از روش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي، كرونوپتانسيومتري و طيف‌نگاري امپدانس الكتروشيميايي استفاده شد. الكترود ساخته شده از كبالت-نيكل-سلنيد توخالي، ظرفيت ويژه بالاي F/g 2515 در دانسيته جريان A/g 1 و قابليت سرعت پذيري 2/59 درصد حفظ ظرفيت اوليه در دانسيته جريان A/g 10 را نشان داد. علاوه بر اين، 4/91 درصد ظرفيت بعد از گذر 3000 چرخه شارژ و دشارژ در دانسيته جريان A/g 5 حفظ شد. ابرخازن هيبريدي كبالت-نيكل-سلنيد توخالي//كربن فعال (H-Co-Ni-Se//AC) با استفاده از كبالت-نيكل-سلنيد توخالي به عنوان الكترود مثبت و كربن فعال به عنوان الكترود منفي ساخته شد كه دانسيته انرژي و توان بالاي به ترتيب Wh/kg 9/81 و W/kg 900 را ارائه داد. اين تحقيق تأييد مي‌كند كه كبالت-نيكل-سلنيد توخالي مي‌تواند به عنوان يك ابرخازن با عملكرد بالا عمل كند.
چكيده انگليسي :
In the first study, an electrochemical aptasensor has been developed to determine potassium ion using electrochemical impedance spectroscopy. The polyaniline coating was first electrodeposited on a glassy carbon electrode. Then, the potassium-selective aptamer [G3(T2AG3)3] was adsorbed through an electrostatic force between polyaniline and the aptamer. In the presence of K+, the single-stranded DNA is folded into the G-quadruplex configuration, which acts as a barrier against electron transfer at the glassy carbon electrode surface. AFM and FE-SEM images were used to characterize the surface morphology at each fabrication stage. The effective parameters were optimized to improve the aptasensor performance. As the K+ concentration increased, the charge transfer resistance (Rct) of the aptamer increased, and the plot of ΔRct versus the logarithm of the K+ concentration was linear over a wide range of 10 pM to 60 µM K+ with a low detection limit of 3.7 pM. Other metal ions, such as Na+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+, and Ni2+ caused no notable interference on the detection of K+. Finally, the proposed biosensor was used to determine K+ in real samples such as water, serum, urine, and fruit.
In the second study, a ZIF-67 derived hollow cobalt-nickel-selenide polyhedron was synthesized for high-performance supercapacitors. First, the ZIF-67 was calcinated at 650 oC and then modified using tannic acid to produce hollow ZIF-67 with a larger surface area. Then, the hollow ZIF-67 was modified with Ni-Se to produce H-Co-Ni-Se. FE-SEM images, EDX, XRD, and BET analysis were used to characterize the H-Co-Ni-Se. Cyclic voltammetry, chronopotentiometry, and electrochemical impedance spectroscopy methods were used for the electrochemical studies. The as-fabricated H-Co-Ni-Se electrode exhibited a high specific capacitance of 2515 F/g at 1.0 A/g accompanied by a rate capability of about 59.2% retention of the initial capacity at 10 A/g. In addition, 91.4% of the capacitance retention was retained after 3000 galvanostatic charge-discharge (GCD) cycles at a current density of 5 A/g. The corresponding H-Co-Ni-Se//activated carbon (H-Co-Ni-Se//AC) hybrid supercapacitor is assembled by using H-Co-Ni-Se as a positive electrode and AC as a negative electrode, which delivers high energy and power densities as 81.9 Wh/kg and 900 W/kg, respectively. This investigation confirms that H-Co-Ni-Se can act as a high-performance supercapacitor.
