Atividade eletrocatalítica aprimorada de óxido de estanho dopado com flúor (FTO) por nanopartículas de espinélio trimetálico ZnMnFeO4 / CoMnFeO4 como sensor eletroquímico de hidrazina

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12188 (2023) Citar este artigo

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No presente estudo, nanopartículas de óxido de espinélio trimetálico (NPs) de ZnMnFeO4 e CoMnFeO4 foram fornecidas usando métodos hidrotérmicos. As nanopartículas foram caracterizadas por difração de raios X (XRD), microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), e técnicas eletroquímicas. Um sensor eletroquímico confiável e reprodutível baseado em ZnMnFeO4/CoMnFeO4/FTO foi fabricado para detecção rápida e determinação altamente sensível de hidrazina pela técnica DPV. Observa-se que o eletrodo modificado provoca um crescimento acentuado na corrente de pico de oxidação e uma diminuição no potencial de oxidação, ao contrário do eletrodo nu. A técnica de voltametria cíclica mostrou que existe alta atividade eletrocatalítica e excelente sensibilidade no sensor sugerido para oxidação de hidrazina. Sob condições experimentais ideais, o método DPV foi utilizado para construir a curva de calibração, e uma faixa linear de 1,23 × 10−6 M a 1,8 × 10−4 M com limite de detecção de 0,82 ± 0,09 μM foi obtida. Os resultados obtidos indicam que os nano sensores ZnMnFeO4 / CoMnFeO4 / FTO apresentam estabilidade, reprodutibilidade e repetibilidade agradáveis ​​​​em medições de hidrazina. Além disso, o sensor sugerido foi empregado com sucesso para determinar a hidrazina em diversas amostras de tabaco para cigarro.

A aplicação de nanopartículas de óxido metálico cresceu recentemente significativamente em aplicações fotocatalíticas e de sensores . Além disso, dada a alta ação catalítica, baixo custo e estabilidade química desses materiais, muitas aplicações deles têm sido desenvolvidas em energia2. Nanopartículas de óxido de metal de transição também apresentam ótimas propriedades fotocatalíticas e elétricas devido ao seu formato, tamanho e área . Os óxidos de espinélio são materiais que contêm um ou mais metais de transição em sua estrutura, como Fe3O45 e MgFe2O46, que são utilizados como eletrodos em supercapacitores e baterias recarregáveis7,8.

Uma descoberta recente indicou que os óxidos de espinélio trimetálicos exibem propriedades melhoradas em comparação com os seus homólogos monometálicos e bimetálicos quando empregados como materiais de eletrodo em baterias de íons de lítio. Lavela e colegas sintetizaram NiFeMnO4 utilizando uma técnica de micela reversa e alcançaram uma capacidade substancial de aproximadamente 900 mAh/g, conforme relatado em seu estudo9. Stefan et al. sintetizaram as nanopartículas de CoMnFeO4 e relataram seu desempenho eletroquímico superior em comparação com vários outros óxidos binários. Com base em um princípio fundamental ou conjunto de princípios, é feita a seguinte afirmação: os óxidos trimetálicos compreendendo os metais Co, Fe e Mn foram identificados como um catalisador potencialmente eficaz para o desenvolvimento de um sistema de Processo de Oxidação Avançado (AOP) de alto desempenho , como dito anteriormente. Por outro lado, a inclusão do constituinte óxido de Fe conferirá características magnéticas excepcionais ao catalisador, facilitando assim a sua reciclabilidade . Entre estas estruturas, os óxidos de espinélio trimetálicos, como o CoMnFe2O4, têm sido negligenciados, apesar de serem de facto susceptíveis de terem uma síntese e morfologia simples12, e dado que a resposta dos sensores electroquímicos tem uma grande dependência da morfologia e do tamanho do partículas do eletrocatalisador e a área efetiva do eletrodo modificado, esses materiais podem ser considerados catalisadores intrigantes e eficientes .

Neste estudo, as NPs CoMnFeO4 e ZnMnFeO4, como modificadores para medição de hidrazina, foram sintetizadas pela técnica hidrotérmica e depositadas no vidro FTO. A configuração iônica do CoMnFeO4 é análoga à do CoMnFe2O4, onde (Fe3+Co2+) [Fe3+Mn3+Mn4+Co2+] O42− está presente. Os parênteses e colchetes indicam o tetraédrico (sítio A) e octaédrico (sítio B), respectivamente, enquanto O representa o oxigênio. Esta informação foi relatada na Ref.12: