The electrocatalytic reduction of O₂ was investigated with methyl viologen and methylene blue incorporated clay-modified electrodes. Clay suspensions were prepared with Na-montmorillonite, Ca-montmorillonite, and kaolinite. The methyl viologen-clay modified electrodes were made by coating clay suspensions adsorbing methyl viologen on a glassy carbon electrode. Cyclic voltammetry were performed in aqueous media to investigate the electrocatalytic property of the modified electrode in reducing O₂. A Na-montmorillonite modified electrode showed the greatest adsorption capacity for methyl viologen. The modified electrode made of Na-montmorillonite suspension of 0.87 g/10 mL and a 2.5 mM of methyl viologen solution showed the most effective electrocatalytic property, where the catalytic reduction potential was shifted by 242.6 mV toward the positive potential. The electrocatalytic ability was more significant in acidic (pH=3.7) and alkaline (pH=12.7) media than the neutral pH range (6.3∼8.3). The methyl viologen-Na-montmorillonite modified electrode had the good reproducibility and maintain the electrocatalytic property over 20 times reuse.
Electrochemical reduction of thionyl chloride in 1.5 M $LiAlCl_4/SOCl_2$ electrolyte solution containing tetradentate Schiff base Co(II), Ni(II), Cu(II), and Mn(II) complexes has been investigated at the glassy carbon electrode. The catalyst molecules of transition metal(II) complexes were adsorbed on the electrode surface and reduced thionyl chloride resulting in a generation of oxidized catalyst molecules. There was an optimum concentration for each catalyst compound. The current density of $SOCl_2$ reduction was enhanced up to 150% at the catalyst contained electrolyte solution. The reduction currents of thionyl chloride were increased and the reduction potentials were shifted to the negative potential as scan rates became faster. The reduction of thionyl chloride was proceeded to diffusion controlled reaction.
A simple and rapid electrochemical method for the quantitative analysis of $Mn^{2+}$ ion is demonstrated with a view to examine the $Mn^{2+}$ dissolution behavior of $LiMn_2O_4$. The method described herein is based on the oxidation reaction of $Mn^{2+}$ to $Mn^{4+}(MnO_2)$ in aqueous buffer solution. Under the optimum condition (pH 8.9 0.04 M $NH_3-NH_4Cl$ buffer solution and glassy carbon working electrode), the linear range of $5{\mu}M-100{\mu}M$ (0.275-5.5 ppm) [$Mn^{2+}$] is obtained for the Linear sweep voltammetry(LSV) and $0.2{\mu}M-10{\mu}M$ (0.011-0.55 ppm) [$Mn^{2+}$] for the differential pulse voltammetry (DPV), respectively. It is also noted that the oxidation reaction of $Mn^{2+}$ ion is reduced with increasing amount of the electrolyte ($LiPF_6$, EC, EMC) added to the measuring solution, which is found to be mainly due to $LiPF_6$ and EC rather than EMC.
This study investigates Cu(II) complexes of cyclam, propylene cross-bridged cyclam (PCB-cyclam), and propylene cross-bridged cyclam diacetate (PCB-TE2A) as homogeneous electrocatalysts for CO2 reduction in comparison with Ni(II)-cyclam. It is found that Cu(II)-cyclam can catalyze CO2 reduction at the potential close to its thermodynamic value (0.75 V vs. Ag/AgCl) in tris-HCl buffer (pH 8.45) on a glassy carbon electrode. Cu(II)-cyclam, however, suffers from severe demetalation due to the insufficient stability of Cu(I)-cyclam. Cu(II)-PCB-cyclam and Cu(II)-PCB-TE2A are revealed to exhibit much less demetalation behavior, but poor CO2 reduction activities as well. The inferior electrocatalytic ability of Cu(II)-PCB-cyclam is ascribed to its redox potential that is too high for CO2 reduction, and that of Cu(II)-PCB-TE2A to the steric hindrance preventing facile contact with CO2 molecules. This study suggests that in addition to the redox potential and chemical stability, the stereochemical aspect has to be considered in designing efficient electrocatalysts for CO2 reduction.
This study is aimed to increase the activity of cathodic catalysts for PEMFCs(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells). we investigated the temperature effect of 20wt% Pt/C catalysts at five different temperatures. The catalysts were synthesized by using chemical reduction method. Before adding the formaldehyde as reducing agent, process was undergone for 2 hours at the room temperature (RT), $40^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, $80^{\circ}C$ and $100^{\circ}C$, respectively. The performances of synthesize catalysts are compared. The electrochemical oxygen reduction reaction (ORR) was studied on 20wt% Pt/C catalysts by using a glassy carbon electrode through cyclic voltammetric curves (CV) in a 1M H2SO4 solution. The ORR specific activities of 20wt% Pt/C catalysts increased to give a relative ORR catalytic activity ordering of $80^{\circ}C$ > $100^{\circ}C$ > $60^{\circ}C$ > $40^{\circ}C$ > RT. Electrochemical active surface area (EAS) was calculated with cyclic voltammetry analysis. Prepared Pt/C (at $80^{\circ}C$, $100^{\circ}C$) catalysts has higher ESA than other catalysts. Physical characterization was made by using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM). The TEM images of the carbon supported platinum electrocatalysts ($80^{\circ}C$, $100^{\circ}C$) showed homogenous particle distribution with particle size of about 2~3.5 nm. We found that a higher reaction temperature resulted in more uniform particle distribution than lower reaction temperature and then the XRD results showed that the crystalline structure of the synthesized catalysts are seen FCC structure.
Increasing active sites and enhancing electric conductivity are critical factors to improve sensing performance toward phenol. Herein, Ni nanoparticle was successfully anchored on acidified multiwalled carbon nanotube (a-MWCNT) surface by electroless plating technique to avoid Ni nanoparticle agglomeration and guarantee high conductivity. The crystal structure, phase composition and surface morphology were characterized by XRD, SEM and TEM measurement. The as-prepared Ni/a-MWCNT nanohybrid was immobilized onto glassy carbon electrode (GCE) surface for constructing phenol sensor. The phenol sensing performance indicated that Ni/a-MWCNT/GCE exhibited an amazing detection performance with rapid response time of 4 s, a relatively wide detection range from 0.01 mM to 0.48 mM, a detection limit of $7.07{\mu}M$ and high sensitivity of $566.2{\mu}A\;mM^{-1}\;cm^{-2}$. The superior selectivity, reproducibility, stability and applicability in real sample of Ni/a-MWCNT/GCE endowed it with potential application in discharged wastewater.
The monomer N,N'-bis(3-pyrrol-1-yl-propyl)-4,4'-bipyridinium$(PF_6)_2$ was electrochemically polymerized on glassy carbon electrode surface. This polymer film electrode has electroactive sites on its bipyridinium ions distributed at the polymer strands. The formal potentials of the electrodes were -0.41V and -0.81V(vs. SSCE) for each step at phosphate buffer(pH=5.70). The diffusion coefficients of the dopants ions into the polymer matrix were $1.57{\times}10^{-4}$ and $4.35{\times}10^{-5}cm^2s^{-1}$ for first and second redox couple, respectively. The rate constants of electron transfer at $V^{2+/+}$ of the first step was a $57.53s^{-1}$, which was 22 times higher than $V^{+/0}$ one having $2.63s^{-1}$ in the solution. The charge transfer resistance of the polymer film was influenced by the dopant ion of the electrolyte. Thus the resistances were 22.63, 16.81, 12.44 and $11.36k{\Omega}$ for $LiClO_4,\;NaClO_4,\;KClO_4$, and phosphate buffer, respectively. The reaction order of the electropolymerization was first order and the rate constant of the polymerization was $1.31{\times}10^{-1}s^{-1}$ as determined by EQCM method. The G.C./p-BPB type electrode doped with phosphate ions showed a stability and reproducibility in CV procedure over 20 cycles.
Spectrophotometric enzymatic analysis and amperometric enzymatic analysis for the determinations of glucose and ethanol were studied utilizing glucose oxidase (GO) and alcohol oxidase (AO), respectively, which commonly consume $O_2$ and produce $H_2O_2$. For the determination of glucose, $H_2O_2$ were coupled to $K_4Fe(CN)_6$ via peroxidase producing $K_3Fe(CN)_6$ whose absorbance was measured at 418 nm or whose diffusion current was measured on the glassy carbon electrode at an applied potential of -55 mV vs. Ag/AgCl (sat. KCl) reference electrode. Amperometric analysis was 1000 times more sensitive as well as 10 times better in the linear concentration range than spectrophotometric analysis. For the determination of ethanol, AO only was used for the enzymatic analysis, since $K_3Fe(CN)_6$ was completely disappeared as soon as AO was added. Either rate of $H_2O_2$ produced was amperometrically measured at +0.900 V or rate of $O_2$ consumed was measured at -0.500 V vs. Ag/AgCl(sat. KCl) reference electrode.
Cholesterol is the precursor of various steroid hormones, bile acid, and vitamin D with functions related to regulation of membrane permeability and fluidity. However, the presence of excess blood cholesterol may lead to arteriosclerosis and hypertension. Moreover, dietary cholesterol may affect blood cholesterol levels. Generally, cholesterol determination is performed by spectrophotometric or chromatographic methods, but these methods are very time consuming and costly, and require complicated pretreatment. Thus, the development of a rapid and simple analysis method for measuring cholesterol concentration in food is needed. Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) was functionalized to MWCNT-$NH_2$ via MWCNT-COOH to have high sensitivity to $H_2O_2$. The fabricated MWCNT-$NH_2$ was attached to a glassy carbon electrode (GCE), after which Prussian blue (PB) was coated onto MWCNT-$NH_2$/GCE. MWCNT-$NH_2$/PB/GCE was used as a working electrode. An Ag/AgCl electrode and Pt wire were used as a reference electrode and counter electrode, respectively. The sensitivity of the modified working electrode was determined based on the amount of current according to the concentration of $H_2O_2$. The response increased with an increase of $H_2O_2$ concentration in the range of 0.5~500 ${\mu}M$ ($r^2$=0.96) with a detection limit of 0.1 ${\mu}M$. Cholesterol oxidase was immobilized to aminopropyl glass beads, CNBr-activated sepharose, Na-alginate, and toyopearl beads. The immobilized enzyme reactors with aminopropyl glass beads and CNBr-activated sepharose showed linearity in the range of 1~100 ${\mu}M$ cholesterol. Na-alginate and toyopearl beads showed linearity in the range of 5~50 and 1~50 ${\mu}M$ cholesterol, respectively. The detection limit of all immobilized enzyme reactors was 1 ${\mu}M$. These enzyme reactors showed high sensitivity; especially, the enzyme reactors with CNBr-activated sepharose and Na-alginate indicated high coupling efficiency and sensitivity. Therefore, both of the enzyme reactors are more suitable for a cholesterol biosensor system.
The role of nano bio-composites precursor to chitosan are innumerable and are known for having different applications in various branches of physical sciences. The application to the sensor development is relatively new, where only few literature works are available to address the specific and critical analysis of nanocomposites in the subject area. The bio-composites are potential and having greater affinity towards the heavy metals and several micro-pollutants hence, perhaps are having wider implications in the low or even trace level detection of the pollutants. The nano-composites could show good selectivity and suitability for the detection of the pollutants as they are found in the complex matrix. However, the greater challenges are associated using the bio-composites, since the biomaterials are prone to be oxidized or reduced at an applied potential and found to be a hinderance for the detection of target pollutants. In addition, the materials could proceed with a series of electrochemical reactions, which could produce different by-products in analytical applications, resulting in several complex phenomena in electrochemical processes. Therefore, this review addresses critically various aspects of an evaluation of nano bio-composite materials in the electrochemical detection of heavy metals and micro-pollutants from aqueous solutions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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