پایان نامه سنتز نانو کامپوزیت های نقره – پلی آنیلین در حضور پایدارکننده 4-آمینوتیوفنول و بررسی رفتار الکتروکاتالیستی و آنتی باکتریایی آنها
فهرست محتوا
فهرست مطالب
- فصل اول: بررسی منابع
- 1-1 مقدمه 2
- 1-2 ویژگی های نانومواد و تقسیم بندی آنها 2
- 1-2-1 نانو ذرات فلزی. 4
- 1-2-1-1 انواع نانو ذرات فلزی. 4
- 1-2-1-2 سنتز نانو ذرات فلزی. 5
- 1-3 نانو ذرات نقره 6
- 1-3-1 ویژگی های نوری نانو ذرات نقره 6
- 1-3-2 سنتز نانو ذرات نقره 8
- 1-3-3 کاربردهای نانو ذرات نقره 10
- 1-3-3-1 کاربردهای تشخیصی. 10
- 1-3-3-2 کاربردهای آنتی باکتریایی نانو ذرات نقره 10
- 1-3-3-2-1 استافیلوکوک اورئوس 14
- 1-3-3-2-2 سودوموناس آئروژینوزا 15
- 1-3-3-3 کاربردهای رسانایی. 15
- 1-4 نانوذرات طلا. 16
- 1-4-1 خواص، ویژگی و روش های سنتز نانوذرات طلا. 16
- 1-4-2 خواص نوری نانو ذرات طلا. 17
- 1-5 پلیمرهای رسانای ذاتی. 18
- 1-5-1 تقسیم بندی پلیمرهای رسانا 20
- 1-5-2 مکانیسم رسانش پلیمرهای رسانا 20
- 1-5-3 فرآیند دوپینگ در پلیمرهای رسانا 21
- 1-5-3-1 روشهای دوپینگ.. 22
- 1-5-4 پلی آنیلین. 22
- 1-5-4-1 ساختمان پلی آنیلین. 23
- 1-5-4-2سنتز پلی آنیلین. 25
- 1-5-4-2-1 روشهای سنتز پلی آنیلین نانو ساختار 26
- 1-5-4-2-2 روشهای متفاوت دیگر برای سنتز پلی آنیلین. 26
- 1-5-4-3 مکانیسم پلیمریزاسیون آنیلین. 26
- 1-6 پلیمر زیست تخریب پذیر: پلی وینیل الکل. 28
- 1-7 نانوکامپوزیت ها 29
- 1-7-1 طبقه بندی نانوکامپوزیت ها 30
- 1-7-1-1 نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی. 30
- 1-7-1-2 نانوکامپوزیت های پایه فلزی. 31
- 1-7-1-3 نانوکامپوزیت های پایه پلیمری. 31
- 1-7-2 نانو کامپوزیت های پلیمر-فلز. 33
- 1-7-2-1 روشهای تهیه نانوکامپوزیت های پلیمر-فلز. 33
- 1-7-2-1-1 روشهای شیمیایی. 34
- 1-7-2-1-2 روشهای الکتروشیمیایی. 35
- 1-7-2-2 بررسی ویژگی ها و خصوصیات نانو کامپوزیتهای پلیمر-فلز. 36
- 1-7-2-2-1 آنالیز میکروگرافیک الکترونی. 36
- 1-7-2-2-2 طیف سنجی فرا بنفش – مرئی. 37
- 1-7-2-2-3 طیف سنجی مادون قرمز. 38
- 1-7-2-2-4 روش های اشعه ایکس… 38
- 1-7-2-2-5 آنالیز گرماسنجی. 40
- 1-7-2-3 نانو کامپوزیتهای پلیمر-فلز نجیب.. 40
- 1-7-2-3-1 نانوکامپوزیت های پلیمر- نقره 41
- 1-7-2-3-2 نانوکامپوزیتهای پلی آنیلین-نقره 42
- 1-7-2-3-3 نانوکامپوزیت های پلیمر- طلا. 43
- 1-7-2-3-4 نانو کامپوزیت های طلا و پلی آنیلین. 44
- 1-7-2-3-5 نانوکامپوزیت های سه جزئی نقره-پلی آنیلین-طلا. 45
- 1-7-3 کاربرد نانوکامپوزیتهای پلیمر رسانا-فلز. 46
- 1-7-3-1 کاربرد نانوکامپوزیت های پلی آنیلین – فلزات نجیب در الکتروشیمی به عنوان الکتروکاتالیزور 47
- 1-7-3-2 کاربرد نانوکامپوزیت های نقره-پلیمر به عنوان آنتی باکتریال. 48
- 1-8 دوپامین و تایروسین. 49
- 1-9 اهداف کار پژوهشی حاضر. 51
- فصل دوم : مواد و روشها
- 2-1 مواد مورد استفاده 54
- 2-2 دستگاهوری. 54
- 2-3 سنتز نانو کامپوزیت های نقره-پلی آنیلین با ساختار هسته-پوسته به روش پلیمریزاسیون شیمیایی در جا 56
- 2-3-1 سنتز نانو ذرات کلوئیدی نقره با کلاهک 4-آمینو تیوفنول. 56
- 2-3-2 سنتز نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین. 56
- 2-4 سنتز نانو ساختارهای پلی آنیلین. 57
- 2-5 سنتز نانوکامپوزیت های سه جزئی نقره-پلی آنیلین-طلا. 58
- 2-5-1 تهیه نانو ذرات طلای پایدار شده با سیترات.. 58
- 2-5-2 سنتز نانو کامپوزیت های نقره-پلی آنیلین میله ای شکل. 58
- 2-5-3 سنتز نانو کامپوزیت های نقره-پلی آنیلین-طلا. 58
- 2-6 سنتز نانوکامپوزیت های پلی آنیلین– طلا. 59
- 2-7 سنتزنانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین در بستر پلی وینیل الکل. 59
- 2-7-1 سنتز نانوکامپوزیت های کلرید نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل. 59
- 2-7-2 سنتز نانوکامپوزیت اکسید نقره- کامفور سولفونیک- پلی آنیلین-پلی وینیل الکل. 60
- 2-7-3 سنتز نانوکامپوزیت نقره-پلی آنیلین- پلی وینیل الکل. 60
- 2-8 بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی نانوکامپوزیت های سنتز شده 61
- 2-8-1 روش کلی تهیه الکترود اصلاح شده 61
- 2-8-2 بررسی ولتامتری چرخه ای. 61
- 2-9 بررسی رفتار آنتی باکتریایی نانو کامپوزیت های سنتز شده 61
- فصل سوم: نتایج و بحث
- 3-1 سنتز نانو کامپوزیت نقره-پلی آنیلین هسته- پوسته 64
- 3-1-1 بررسی طیف فرابنفش- مرئی نانو کامپوزیت های (1)، (2) و نانوساختارهای (5) 65
- 3-1-2 بررسی الگوهای پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت های 1، 2، 3، 4 ونانوساختار 5. 67
- 3-1-3 بررسی طیف تبدیل فوریه مادون قرمز نانو کامپوزیت های 1، 2 و نانوساختار 5. 69
- 3-1-4 بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت های 1، 2 و نانوساختارهای 5 و 6 با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی 69
- 3-1-5 بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیتهای 1 و 2 با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری. 73
- 3-1-6 آنالیز EDX نانوکامپوزیت های 1، 2 و نانوساختار 5. 74
- 3-1-7 بررسی رفتار حرارتی نانو کامپوزیت های 1، 2 و نانوساختار 5. 75
- 3-1-8 هدایت الکتریکی نانو کامپوزیت های 1، 2 و نانوساختار 5. 76
- 3-1-9 بررسی رفتار الکتروشیمیایی نانو کامپوزیت 1. 77
- 3-1-10بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی نانوکامپوزیت 1 در جهت اکسایش دوپامین و تایروسین. 79
- 3-1-11 بررسی ولتاموگرام های پالس تفاضلی الکترود اصلاح شده با نانوکامپوزیت 1 در حضور دوپامین و تایروسین 83
- 3-1-12 مکانیسم اکسایش دوپامین و تایروسین در سطح الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانوکامپوزیت 1 87
- 3-1-13 بررسی رفتار الکتروشیمیایی نانو ساختارهای پلی آنیلین 5. 88
- 3-1-14 بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی نانوساختارهای 5 در جهت اکسایش دوپامین و تایروسین. 89
- 3-1-15 بررسی ولتاموگرام های پالس تفاضلی الکترود اصلاح شده با نانوساختار 5 در حضوردوپامین و تایروسین 93
- 3-1-16 بررسی خواص آنتی باکتریایی نانو ذرات نقره با کلاهک 4-آمینوتیوفنول و نانوکامپوزیت 1 و نانوساختار 5 94
- 3-2 سنتز نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین–طلای میله ای شکل. 95
- 3-2-1 بررسی طیف فرابنفش – مرئی نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلن-طلا (8) و نانوکامپوزیت پلی آنیلین-طلا (9) 96
- 3-2-2 بررسی الگوی پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت های 7، 8 و 10. 99
- 3-2-3 بررسی آنالیز EDX نانوکامپوزیت های 7، 8 و10. 101
- 3-2-4 بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانوکامپوزیت های 7 ، 8 و10. 102
- 3-2-5 بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نانوکامپوزیت های 8 و 9. 105
- 3-2-6 بررسی طیف مادون قرمز نانوکامپوزیتهای 7، 8، 10. 106
- 3-2-7 بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیتهای7 و8. 110
- 3-2-8 بررسی رفتار الکتروشیمیایی نانو کامپوزیت سه جزئی نقره-پلی آنیلین-طلای 8. 111
- 3-2-9 بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی نانوکامپوزیت سه جزئی نقره-پلی آنیلین-طلا (8) در جهت احیای الکتروکاتالیتیکی هیدروژن پراکسید. 112
- 3-2- 10 بررسی خواص آنتی باکتریایی نانوکامپوزیت های 7 و 8. 116
- 3-3 سنتز نانو کامپوزیت های نقره-پلی آنیلین در بستر پلی وینیل الکل. 117
- 3-3-1 بررسی طیف فرا بنفش- مرئی نانوکامپوزیتهای کلرید نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل (11)، محلول رویی نانوکامپوزیت 11، کامپوزیت اکسید نقر0-کامفورسولفونیک اسید-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل (12) و کامپوزیت نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل (13) 117
- 3-3-2 بررسی الگوی پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت های نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل در محیطهای اسیدی مختلف.. 119
- 3-3-3 بررسی آنالیز EDX نانوکامپوزیت 11، محلول رویی نانوکامپوزیت 11، نانوکامپوزیت های 12و13 120
- 3-3-4 بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانوکامپوزیت 11 و محلول رویی محلول رویی نانوکامپوزیت 11، نانوکامپوزیت های 12 و 13. 123
- 3-3-5 بررسی تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نانوکامپوزیت 11. 125
- 3-3-6 بررسی طیف مادون قرمز نانو کامپوزیت 11، محلول رویی نانوکامپوزیت 11 و نانوکامپوزیت 13 126
- 3-3-7 بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیت 11. 128
- 3-3-8 بررسی رفتار الکتروشیمیایی نانو کامپوزیت 11. 129
- 3-3-9 بررسی رفتار الکتروکاتالیتیکی نانوکامپوزیت 11 در جهت اکسایش الکتروکاتالیتیکی دوپامین و تیروسین 129
- 3-3-10 بررسی ولتاموگرام های پالس تفاضلی الکترود اصلاح شده با ناکامپوزیت 11 در حضور دوپامین. 134
- 3-3-11 بررسی خواص آنتی باکتریایی نانوکامپوزیت 11. 135
- 3-4 نتیجه گیری. 136
- 3-5 پیشنهادات.. 138
- منابع. 139
چکیده:
سنتز، شناسایی و بررسی کاربردهای نانو کامپوزیتهای جدید بر پایه پلی آنیلین، نانو ذرات فلزی نقره و طلا انجام شدند. نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین نسبتاً کروی و لولهای شکل به روش پلیمریزاسیون شیمیایی در حضور نانو ذرات نقره کلوئیدی با کلاهک 4-آمینو تیوفنول تهیه شدند. نانوکامپوزیت های سه جزئی نقره-پلی آنیلین-طلا از طریق جاذبه الکتروستاتیکی بین نانو ذرات طلای باردار شده و نانوکامپوزیت نقره-پلی آنیلین لولهای شکل تهیه شدند. در مقایسه با نانو کامپوزیتهای سنتزی، نانوساختارهای پلی آنیلین و نانو کامپوزیتهای پلی آنیلین-طلا به روش مشابه تهیه شدند. نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین در حضور پلیمر زیست سازگار پلی وینیل الکل نیز تهیه شده و فاکتورهایی از قبیل اثر PH و نوع اسید بررسی شدند. در نانوکامپوزیت سنتز شده در حضور اسید کلریدریک، تمام نانو ذرات نقره با یون کلرید پوشش داده شده و کامپوزیت کپسولی شکل کلرید نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل تهیه گردید. ساختار و مورفولوژی نانوکامپوزیت های سنتز شده با تکنیکهای مختلفی مثل FT-IR، UV-Vis، XRD، SEM-EDX و TEM شناسایی شدند. در نهایت کاربرد الکتروکاتالیتیکی و آنتی باکتریایی نانوکامپوزیت های سنتز شده بررسی شدند. نتایج بیانگر خاصیت الکتروکاتالیتیکی بالای نانو ساختار پلی آنیلین، نانوکامپوزیت های نقره-پلی آنیلین و کلرید نقره-پلی آنیلین-پلی وینیل الکل در جهت اکسایش دوپامین و تایروسین میباشند. نانوکامپوزیت نقره-پلی آنیلین-طلا نیز خاصیت الکتروکاتالیتیکی در جهت احیای هیدروژن پراکسید ازخود نشان داد. همچنین نتایج نشان دهنده خاصیت آنتی باکتریایی بالای نانو ذرات نقره کلوئیدی و نانو کامپوزیت نسبتاً کروی نقره-پلی آنیلین در مقایسه با نانو کامپوزیتهای نقره-پلی آنیلین – طلا و کلرید نقره – پلی آنیلین – پلی وینیل الکل در مقابل باکتریهای گرم منفی سودوموناس آرئوژینوس میباشند.
واژگان کلیدی: نانو ذرات نقره، نانو ذرات طلا، پلی آنیلین، پلی وینیل الکل.
فصل اول:
بررسی منابع
-1 مقدمه
با پیشرفت تکنولوژی نیاز به مواد عامل دار جدید به طور روز افزونی افزایش یافته است. امروزه مواد و ترکیبات با ویژگیهای ترکیبی خاص (مثل الکترومغناطیسی، شفافیت، رسانایی، کاتالیستی و مغناطیسی) شدیداً مورد نیاز هستند. مطمئناً مواد بر پایه اندازه نانو یک راه حل مناسب برای نیازهای تکنولوژی حال و آینده خواهد بود چرا که این دسته از مواد، ویژگیهای جدیدی مثل پلاسمن رزونانس، فوق پارا مغناطیسی (سوپر پارا مغناطیس) و ویژگیهای منحصر بفرد ترکیبات تشکیل دهنده را دارا میباشند. نانوکامپوزیت ها دسته جدیدی از نانو مواد هستند که حداقل یکی از ذرات تشکیل دهنده در اندازه نانو میباشد. در سالهای اخیر این دسته از مواد به خاطر فرایند پذیری آسان، روش سنتز آسان و کاربرد وسیع، بسیار مورد توجه واقع شدهاند.
1-2 ویژگیهای نانو مواد و تقسیم بندی آنها
نانو مواد ویژگیهای منحصر بفردی را دارا میباشند که ناشی از یک یا چند پدیده زیر میباشند. الف- ازدیاد سطح
ب- کوانتیزه شدن ترازهای انرژی
ج- اهمیت یافتن نیروهای واندروالسی.
در هر فرایند شیمیایی اگر یکی از واکنش دهندهها در آن جامد باشد سطح اهمیت پیدا میکند. زیرا از دیدگاه سینیتیک شیمیایی ابتدا باید اتمهای سطح واکنش داده تا بقیهاتم ها در معرض واکنش دهنده قرار گرفته و واکنش ادامه پیدا کند. با کوچک شدن اجزا، سطح و نسبت سطح به حجم افزایش مییابد. اتمها و مولکولهایی که در مجاورت سطح ماده قرار میگیرند، نسبت به اتمهای درون ماده پیوندهای کمتری داشته و به تغییر ترمودینامیکی ناپایدار هستند. این ناپایداری که موجب افزایش انرژی ماده میشود انرژی یا کشش سطحی نامیده میشود. بنابراین نانو ذرات به خاطر انرژی سطحی آزاد بالایشان تجمع پیدا کرده و بوسیله هوا، رطوبت و دی اکسید گوگرد اکسید میشوند [2،1]. نانو مواد از لحاظ هندسی به چهار دسته تقسیم میشوند: الف- صفر بعدی مثل فلورن، نانو ذرات و کلاسترهای اتمی
ب- تک بعدی مثل نانو تیوب و نانو سیم
ج- دو بعدی همچون گرافن د- سه بعدی نظیر نانو کامپوزیت، نانو غشا، و مواد نانو کریستالین (شکل 1-1).
در بین این دسته از ترکیبات نانو ذرات و نانو کامپوزیتها مورد بحث و بررسی قرار میگیرند [3].
شکل 1-1. تقسیم بندی نانو مواد (a) صفر بعدی: راست- نانو ذرات اکسید آهن و چپ: فلورن (b) یک بعدی: راست- نانو سیم اکسید روی و چپ- نانو تیوپ کربنی (c) دو بعدی: گرافن (d) سه بعدی: راست- نانو کریستالهای آلومینیم و چپ: نانو غشای اکسید تیتانیم
1-2-1 نانو ذرات فلزی
نانو ذرات عموماً به ذرات جامد در دامنه 1 تا 100 نانومتر اطلاق میشوند که میتوانند به صورت کریستالی؛ تجمعی از کریستالها یا کریستال منفرد بوده و دارای ویژگیهای گوناگون اتمها یا مواد تودهای باشند [4]. نانو ذرات فلزی به خاطر داشتن اثر کوانتومی، خواص مغناطیسی، قطبش پذیری نوری، شبه رسانایی دارای فعالیت شیمیایی بالایی بوده و این باعث کاربردی شدن آن در زمینههای مختلف شده است [6،5]. ویژگی دیگر نانو ذرات، قرار گیری تعداد زیاد اتمهای روی سطح فلزات در مقایسه با تعداد اتمهای قرار گرفته روی ذرات فلزی تودهای شکل میباشد. نانو ذرات فلزی در نواحی مرئی و زیر قرمز نزدیک طیف الکترومغناطیسی، کروموفورهای عالی هستند و از اینرو نانو ذرات نقره، طلا و مس در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی، باند پلاسمایی نشان میدهند [8،7]. طیف نانو ذرات پلاتینیم و پالادیم فاقد ماکزیمم جذب پلاسمایی قابل توجهی هستند در حالیکه نانو ذرات فلزی مانند آهن، کبالت، نیکل ویژگی مغناطیسیشان از فرو مغناطیسی به فوق مغناطیسی تغییر میکند [9]. نانو ذرات دو فلزی آلیاژی یا پوسته-هستهای فلزات نجیب هم رفتار پلاسمایی نشان میدهند [7]. پیک پلاسمایی سطحی از حضور یکپارچه الکترونهای آزاد در باند رسانا به خاطر اندازه ذره، شکل، مساحت ذرات و عوامل دی الکتریکی محیط اطراف ناشی میشود [8]. نانو ذرات فلزات نجیب مثل طلا، نقره، پلاتین و مس به خاطر تشکیل دیسپرس های پایدار و کاربردهای وسیعشان در فوتوگرافی، برچسبهای بیولوژیکی، کاتالیزورها، سنسورها، اپتو الکترونیک و فوتونیک مورد مطالعه گستردهای قرار گرفتهاند [10].
1-2-1-1 انواع نانو ذرات فلزی
دو نوع نانو ذرات فلزی وجود دارند: نانو ذرات تک فلزی و نانو ذرات دو فلزی، نانو ذرات دو فلزی از دو عنصر فلزی مختلف تشکیل شدهاند که یا به صورت آلیاژ هستند و یا ساختار هسته-پوسته دارند. در حالیکه نانو ذرات تک فلزی از عناصر یک نوع فلز تشکیل شدهاند [7,11]. ویژگیهای نانو ذرات دو فلزی معمولاً فراتر از نانو ذرات تک فلزی میباشند چرا که آنها ویژگیهای کاتالیزوری، پلاسمای سطحی و خواص مغناطیسی بهبود یافته ناشی از اثرات ساختاری و الکترونیکی دو فلز را نشان میدهند [12].
Abstract:
Synthesize, characterization and applications of new nanocomposites based on polyaniline (PANI), Ag and Au nanoparticles (NPs) were investigated. Spherical and tubular Ag/PANI nanocomposites were synthesized successfully by the chemical oxidative polymerization of aniline in presence of 4-aminothiophenol (4-ATP) capped colloidal Ag NPs. Ternary Ag/PANI/Au nanocomposites were synthesized successfully by immobilizing of Au NPs on the surface of tubular Ag/PANI nanocomposite. Compared with synthesized nanocomposite, PANI nanostructures and PANI/Au nanocomposites were prepared with similar procedures.
Ag/PANI composites were synthesized in presence of biocompotable polyvinyl alcohole (PVA) and investigated effect of Ph and the kind of acid. Synthesized nanocomposite in the presence of HCl is as AgCl/PANI/PVA with nanocapsul morphology. The morphological, structural, thermal and optical characterization of the obtained nanocomposites was done with TEM, SEM, XRD, FTIR, EDX, TGA and UV-vis. Furthermore, electrocatlytic and antibacterial behavior of synthesized nanocomposites were investigated. PANI nanostructures, Ag/PANI and AgCl/PANI/PVA nanocomposites showed high electrocatalytic activity for the oxidation of dopamine (DA) and tyrosine (Tyr). Also, Ag/PANI/PVA nanocomposites showed high electrocatalytic activity for the reduction of H2O2. The results of antibacterial showed that the Ag/PANI nanocomposites and AgNPs have an antibacterial activity against model organisms, a gram negative Pseudomonas aeroginosa, while Ag/PANI/Au and AgCl/PANI/PVA have a weak antibacterial activity against Pseudomonas aeroginosa.
Keywords: Ag Nanoparticles (NPs), Au NPs, Polyanilie, Polyvinylalcohole
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.