नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री: Difference between revisions
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नैनो[[इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री]] | नैनो[[इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री]] वैद्युतरसायन की एक शाखा है जो [[नैनोमीटर]] आकार के स्तर पर पदार्थो की [[Index.php?title=विद्युत|विद्युत]] और विद्युत रासायनिक गुणों की जांच करती है। नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री बहुत कम सांद्रता पर अणुओं का पता लगाने के लिए विभिन्न [[Index.php?title= संवेदक|संवेदक]] और उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। | ||
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नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के लिए दो परिवहन तंत्र मौलिक हैं: [[इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण]] और [[ | नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के लिए दो परिवहन तंत्र मौलिक हैं: [[इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण]] और [[Index.php?title=द्रव्यमान परिवहन|द्रव्यमान परिवहन]]। सैद्धांतिक मॉडल का निर्माण विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं में सम्मिलित विभिन्न प्रजातियों की भूमिका को समझने की अनुमति देता है। | ||
अभिकारक और नैनोइलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को [[मार्कस सिद्धांत]] पर आधारित विभिन्न सिद्धांतों के संयोजन द्वारा समझाया जा सकता है। | अभिकारक और नैनोइलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को [[मार्कस सिद्धांत]] पर आधारित विभिन्न सिद्धांतों के संयोजन द्वारा समझाया जा सकता है। | ||
बड़े पैमाने पर परिवहन, | बड़े पैमाने पर परिवहन, अर्थात विद्युत्अपघटय थोक से नैनोइलेक्ट्रोड तक अभिक्रियाशील अणुओं का प्रसार, इलेक्ट्रोड/विद्युत्अपघटय अंतरपृष्ठ पर एक दुगुनी विद्युत् परत के गठन से प्रभावित होता है। नैनो पैमाने पर एक गतिशील दुगुनी विद्युत् परत को सिद्धांतित करना आवश्यक है जो स्टर्न परत और विसारित परत के अतिव्यापन को ध्यान में रखता है।<ref name="Mirkin">{{Cite book|title=नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री|last1=Mirkin|first1=M.V.|publisher=CRC Press|year=2015|isbn=9780429096877|last2=Amemiya|first2=S.|doi=10.1201/b18066}}</ref> | ||
=== | इसमें सम्मिलित तंत्रों का ज्ञान कम्प्यूटेशनल मॉडल बनाने की अनुमति देता है जो घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत को इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांतों और गतिशील दुगुनी विद्युत् परत के साथ जोड़ता है।<ref name="Tu-2016">{{Cite journal|title=गैर-जलीय लिथियम-ऑक्सीजन बैटरियों के लिए उत्प्रेरक के रूप में नैनोकार्बन और उनके संकर|journal=Journal of Energy Chemistry|last1=Tu|first1=Y.|volume=25|pages=957–966|last2=Deng|first2=D.|issue=6|doi=10.1016/j.jechem.2016.10.012|year=2020|last3=Bao|first3=X.|doi-access=free}}</ref>आणविक मॉडलिंग के क्षेत्र में, सटीक मॉडल अभिकारकों, विद्युत्अपघटय या इलेक्ट्रोड परिवर्तन के रूप में प्रणाली के व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकते हैं। | ||
नैनोकणों के संश्लेषण में प्रगति के | === अंतरपृष्ठ प्रभाव === | ||
सतह की भूमिका दृढ़ता से अभिक्रिया-विशिष्ट है: वास्तव में, एक साइट कुछ अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित कर सकती है और अन्य को रोक सकती है।<br>[[टीएसके मॉडल]] के अनुसार, नैनोक्रिस्टल में सतह के परमाणु छत, सीढ़ी या किंक स्थिति पर कब्जा कर सकते हैं: प्रत्येक साइट में अभिकारकों को सोखने और उन्हें सतह के साथ चलने देने की एक अलग प्रवृत्ति होती है। सामान्यतः, कम उपसहसंयोजकता संख्या (चरण और किंक) वाली साइटें अपनी उच्च मुक्त ऊर्जा के कारण अधिक अभिक्रियाशील होती हैं। यद्यपि, उच्च ऊर्जा स्थल ऊष्मागतिक रूप से कम स्थिर होते हैं और नैनोक्रिस्टल में अपने संतुलन आकार में बदलने की प्रवृत्ति होती है। | |||
नैनोकणों के संश्लेषण में प्रगति के कारण, अब सतह विज्ञान के लिए एकल-क्रिस्टल दृष्टिकोण संभव है, जिससे किसी दिए गए सतह के प्रभाव पर अधिक सटीक शोध की अनुमति मिलती है। सबसे सामान्य विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं की अभिक्रिया दर और चयनात्मकता पर सतह के प्रभाव को परिभाषित करने के लिए, अभिकारकों वाले समाधान में (100), (110) या (111) विमान को उजागर करने वाले नैनोइलेक्ट्रोड पर अध्ययन आयोजित किए गए हैं। <ref name="10.1039/c0nr00857e">{{Cite journal|title=इलेक्ट्रोकैटलिसिस में संरचना संवेदनशीलता और नैनोस्केल प्रभाव|journal=Nanoscale|volume=3|pages=2054–2073|last1=Koper|first1=M.T.M.|publisher=The Royal Society of Chemistry|doi=10.1039/c0nr00857e|year=2011|issue=5|pmid=21399781|bibcode=2011Nanos...3.2054K}}</ref> | |||
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नैनोइलेक्ट्रोड [[धातु]]ओं या [[अर्धचालक]] से बने छोटे इलेक्ट्रोड होते हैं जिनका विशिष्ट आयाम 1-100 एनएम होता | नैनोइलेक्ट्रोड [[धातु]]ओं या [[अर्धचालक]] से बने छोटे इलेक्ट्रोड होते हैं जिनका विशिष्ट आयाम 1-100 एनएम होता है।विभिन्न संभावित निर्माण तकनीकों का लाभ उठाते हुए नैनोइलेक्ट्रोड के विभिन्न रूप विकसित किए गए हैं: सबसे अधिक अध्ययन किए गए नैनोबैंड, डिस्क, अर्धगोलाकार, नैनोपोर ज्यामिति के साथ-साथ कार्बन नैनोस्ट्रक्चर के विभिन्न रूप हैं।<ref name="Clausmeyer-2016">{{Cite journal|title=Nanoelectrodes: Applications in electrocatalysis, single-cell analysis and high-resolution electrochemical imaging|journal=TrAC Trends in Analytical Chemistry|last1=Clausmeyer|first1=J.|volume=79|pages=46–59|last2=Schuhmann|first2=W.|year=2016|doi=10.1016/j.trac.2016.01.018}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Krapf|first=Diego|last2=Wu|first2=Meng-Yue|last3=Smeets|first3=Ralph M. M.|last4=Zandbergen|first4=Henny W.|last5=Dekker|first5=Cees|last6=Lemay|first6=Serge G.|date=January 1, 2006|title=Fabrication and Characterization of Nanopore-Based Electrodes with Radii down to 2 nm|url=https://doi.org/10.1021/nl052163x|journal=Nano Letters|language=en|volume=6|issue=1|pages=105–109|doi=10.1021/nl052163x|issn=1530-6984}}</ref> | ||
प्रत्येक उत्पादित इलेक्ट्रोड को चिह्नित करना आवश्यक है: आकार और | प्रत्येक उत्पादित इलेक्ट्रोड को चिह्नित करना आवश्यक है: आकार और आकृति उसके व्यवहार को निर्धारित करते हैं। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली लक्षण वर्णन तकनीकें हैं:<ref name="Clausmeyer-2016" /><ref name="Cox-2012">{{Cite journal|title=Nanoelectrodes: Recent Advances and New Directions|journal=Annual Review of Analytical Chemistry|last1=Cox|first1=J.T.|volume=5|pages=253–272|last2=Zhang|first2=Bo|doi=10.1146/annurev-anchem-062011-143124|year=2012|pmid=22524228|bibcode=2012ARAC....5..253C}}</ref> | ||
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* स्थिर-अवस्था [[ | * स्थिर-अवस्था [[Index.php?title=वोल्टधारामिति|वोल्टधारामिति]] | ||
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मुख्य रूप से दो गुण हैं जो नैनोइलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोड से अलग करते हैं: छोटा [[आरसी | मुख्य रूप से दो गुण हैं जो नैनोइलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोड से अलग करते हैं: छोटा [[Index.php?title=आरसी स्थिरांक|आरसी स्थिरांक]] और तेज़ द्रव्यमान स्थानांतरण। पूर्व उच्च-प्रतिरोध समाधानों में माप करने की अनुमति देता है क्योंकि वे कम प्रतिरोध प्रदान करते हैं, बाद वाला, रेडियल प्रसार के कारण, बहुत तेज वोल्टधारामिति अभिक्रियाओं की अनुमति देता है। इन और अन्य गुणों के कारण, नैनोइलेक्ट्रोड का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है:<ref name="Mirkin" /><ref name="Clausmeyer-2016" /> | ||
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* तीव्र अभिक्रियाओं की गतिकी का अध्ययन करना | |||
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नैनोइलेक्ट्रोड और नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों का उपयोग करने के मुख्य लाभों में उन्नत जन परिवहन, कम क्षमता, छोटी मात्रा में काम करने की क्षमता और छोटे समग्र | नैनोइलेक्ट्रोड और नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों का उपयोग करने के मुख्य लाभों में उन्नत जन परिवहन, कम क्षमता, छोटी मात्रा में काम करने की क्षमता और छोटे समग्र उपकरण चरणचिन्ह सम्मिलित हैं।<ref>{{cite book |last1=Arrigan |first1=Damien W.M. |title=इलेक्ट्रोएनालिसिस के लिए नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ|date=2021 |publisher=Elsevier |pages=49–86}}</ref> | ||
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व्यवस्थाएँ दो मुख्य प्रकार की होती हैं; नैनोइलेक्ट्रोड | इलेक्ट्रोड पर उत्पन्न विद्युत धारा इलेक्ट्रोड के ज्यामितीय क्षेत्र के समानुपाती होती है। एकल नैनोइलेक्ट्रोड का उपयोग करने का नुकसान यह है कि यह एक छोटा वर्तमान निर्गम उत्पन्न करता है, जो उपकरण पर दबाव डालता है, और बदले में, अभिलेखित किए गए माप की विश्वसनीयता पर दबाव डालता है। इस को अभिभूत करने का एक का एक तरीका नैनोइलेक्ट्रोड की एक श्रृंखला का उपयोग करना है। सरणियाँ एक धारा उत्पन्न करती हैं, जो सरणी में इलेक्ट्रोड की संख्या के समानुपाती होती है। इस पद्धति का उपयोग विद्युतविश्लेषण में बड़े पैमाने पर किया गया है। नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों के सावधानीपूर्वक और सटीक निर्माण के माध्यम से, संवेदनशील माप के लिए विद्युत रासायनिक उपकरण अधिक विश्वसनीय है जो विद्युतविश्लेषण तकनीकों की एक श्रृंखला के कार्यान्वयन को सक्षम बनाता है।<ref>{{cite journal |last1=Arrigan |first1=Damien W.M. |title=नैनोइलेक्ट्रोड, नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ और उनके अनुप्रयोग|journal=Analyst |date=2004 |volume=129 |pages=1157–1165}}</ref> | ||
व्यवस्थाएँ दो मुख्य प्रकार की होती हैं; नैनोइलेक्ट्रोड सरणि (एनईए) जहां नैनोइलेक्ट्रोड को एक क्रमबद्ध व्यवस्था में रखा जाता है और नैनोइलेक्ट्रोड टुकड़ि(एनईई), जहां व्यक्तिगत नैनोइलेक्ट्रोड को यादृच्छिक रूप से वितरित किया जाता है। | |||
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नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री वैद्युतरसायन की एक शाखा है जो नैनोमीटर आकार के स्तर पर पदार्थो की विद्युत और विद्युत रासायनिक गुणों की जांच करती है। नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री बहुत कम सांद्रता पर अणुओं का पता लगाने के लिए विभिन्न संवेदक और उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
तंत्र
नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के लिए दो परिवहन तंत्र मौलिक हैं: इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और द्रव्यमान परिवहन। सैद्धांतिक मॉडल का निर्माण विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं में सम्मिलित विभिन्न प्रजातियों की भूमिका को समझने की अनुमति देता है।
अभिकारक और नैनोइलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को मार्कस सिद्धांत पर आधारित विभिन्न सिद्धांतों के संयोजन द्वारा समझाया जा सकता है।
बड़े पैमाने पर परिवहन, अर्थात विद्युत्अपघटय थोक से नैनोइलेक्ट्रोड तक अभिक्रियाशील अणुओं का प्रसार, इलेक्ट्रोड/विद्युत्अपघटय अंतरपृष्ठ पर एक दुगुनी विद्युत् परत के गठन से प्रभावित होता है। नैनो पैमाने पर एक गतिशील दुगुनी विद्युत् परत को सिद्धांतित करना आवश्यक है जो स्टर्न परत और विसारित परत के अतिव्यापन को ध्यान में रखता है।[1]
इसमें सम्मिलित तंत्रों का ज्ञान कम्प्यूटेशनल मॉडल बनाने की अनुमति देता है जो घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत को इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांतों और गतिशील दुगुनी विद्युत् परत के साथ जोड़ता है।[2]आणविक मॉडलिंग के क्षेत्र में, सटीक मॉडल अभिकारकों, विद्युत्अपघटय या इलेक्ट्रोड परिवर्तन के रूप में प्रणाली के व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकते हैं।
अंतरपृष्ठ प्रभाव
सतह की भूमिका दृढ़ता से अभिक्रिया-विशिष्ट है: वास्तव में, एक साइट कुछ अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित कर सकती है और अन्य को रोक सकती है।
टीएसके मॉडल के अनुसार, नैनोक्रिस्टल में सतह के परमाणु छत, सीढ़ी या किंक स्थिति पर कब्जा कर सकते हैं: प्रत्येक साइट में अभिकारकों को सोखने और उन्हें सतह के साथ चलने देने की एक अलग प्रवृत्ति होती है। सामान्यतः, कम उपसहसंयोजकता संख्या (चरण और किंक) वाली साइटें अपनी उच्च मुक्त ऊर्जा के कारण अधिक अभिक्रियाशील होती हैं। यद्यपि, उच्च ऊर्जा स्थल ऊष्मागतिक रूप से कम स्थिर होते हैं और नैनोक्रिस्टल में अपने संतुलन आकार में बदलने की प्रवृत्ति होती है।
नैनोकणों के संश्लेषण में प्रगति के कारण, अब सतह विज्ञान के लिए एकल-क्रिस्टल दृष्टिकोण संभव है, जिससे किसी दिए गए सतह के प्रभाव पर अधिक सटीक शोध की अनुमति मिलती है। सबसे सामान्य विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं की अभिक्रिया दर और चयनात्मकता पर सतह के प्रभाव को परिभाषित करने के लिए, अभिकारकों वाले समाधान में (100), (110) या (111) विमान को उजागर करने वाले नैनोइलेक्ट्रोड पर अध्ययन आयोजित किए गए हैं। [3]
नैनोइलेक्ट्रोड
नैनोइलेक्ट्रोड धातुओं या अर्धचालक से बने छोटे इलेक्ट्रोड होते हैं जिनका विशिष्ट आयाम 1-100 एनएम होता है।विभिन्न संभावित निर्माण तकनीकों का लाभ उठाते हुए नैनोइलेक्ट्रोड के विभिन्न रूप विकसित किए गए हैं: सबसे अधिक अध्ययन किए गए नैनोबैंड, डिस्क, अर्धगोलाकार, नैनोपोर ज्यामिति के साथ-साथ कार्बन नैनोस्ट्रक्चर के विभिन्न रूप हैं।[4][5]
प्रत्येक उत्पादित इलेक्ट्रोड को चिह्नित करना आवश्यक है: आकार और आकृति उसके व्यवहार को निर्धारित करते हैं। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली लक्षण वर्णन तकनीकें हैं:[4][6]
- इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी
- स्थिर-अवस्था वोल्टधारामिति
- परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम)
- सूक्ष्म दर्शन विद्युत रासायनिक माइक्रोस्कोपी (एसईसीएम)
मुख्य रूप से दो गुण हैं जो नैनोइलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोड से अलग करते हैं: छोटा आरसी स्थिरांक और तेज़ द्रव्यमान स्थानांतरण। पूर्व उच्च-प्रतिरोध समाधानों में माप करने की अनुमति देता है क्योंकि वे कम प्रतिरोध प्रदान करते हैं, बाद वाला, रेडियल प्रसार के कारण, बहुत तेज वोल्टधारामिति अभिक्रियाओं की अनुमति देता है। इन और अन्य गुणों के कारण, नैनोइलेक्ट्रोड का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है:[1][4]
- तीव्र अभिक्रियाओं की गतिकी का अध्ययन करना
- विद्युतरासायनिक अभिक्रियाएँ
- छोटी मात्राओं, जैसे कोशिकाओं या एकल अणुओं का अध्ययन करना
- सूक्ष्म दर्शन विद्युत रासायनिक माइक्रोस्कोपी (एसईसीएम) के साथ उच्च विभेदन छवियां प्राप्त करने के लिए जांच के रूप में
नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ
नैनोइलेक्ट्रोड और नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों का उपयोग करने के मुख्य लाभों में उन्नत जन परिवहन, कम क्षमता, छोटी मात्रा में काम करने की क्षमता और छोटे समग्र उपकरण चरणचिन्ह सम्मिलित हैं।[7]
इलेक्ट्रोड पर उत्पन्न विद्युत धारा इलेक्ट्रोड के ज्यामितीय क्षेत्र के समानुपाती होती है। एकल नैनोइलेक्ट्रोड का उपयोग करने का नुकसान यह है कि यह एक छोटा वर्तमान निर्गम उत्पन्न करता है, जो उपकरण पर दबाव डालता है, और बदले में, अभिलेखित किए गए माप की विश्वसनीयता पर दबाव डालता है। इस को अभिभूत करने का एक का एक तरीका नैनोइलेक्ट्रोड की एक श्रृंखला का उपयोग करना है। सरणियाँ एक धारा उत्पन्न करती हैं, जो सरणी में इलेक्ट्रोड की संख्या के समानुपाती होती है। इस पद्धति का उपयोग विद्युतविश्लेषण में बड़े पैमाने पर किया गया है। नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों के सावधानीपूर्वक और सटीक निर्माण के माध्यम से, संवेदनशील माप के लिए विद्युत रासायनिक उपकरण अधिक विश्वसनीय है जो विद्युतविश्लेषण तकनीकों की एक श्रृंखला के कार्यान्वयन को सक्षम बनाता है।[8]
व्यवस्थाएँ दो मुख्य प्रकार की होती हैं; नैनोइलेक्ट्रोड सरणि (एनईए) जहां नैनोइलेक्ट्रोड को एक क्रमबद्ध व्यवस्था में रखा जाता है और नैनोइलेक्ट्रोड टुकड़ि(एनईई), जहां व्यक्तिगत नैनोइलेक्ट्रोड को यादृच्छिक रूप से वितरित किया जाता है।
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Mirkin, M.V.; Amemiya, S. (2015). नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री. CRC Press. doi:10.1201/b18066. ISBN 9780429096877.
- ↑ Tu, Y.; Deng, D.; Bao, X. (2020). "गैर-जलीय लिथियम-ऑक्सीजन बैटरियों के लिए उत्प्रेरक के रूप में नैनोकार्बन और उनके संकर". Journal of Energy Chemistry. 25 (6): 957–966. doi:10.1016/j.jechem.2016.10.012.
- ↑ Koper, M.T.M. (2011). "इलेक्ट्रोकैटलिसिस में संरचना संवेदनशीलता और नैनोस्केल प्रभाव". Nanoscale. The Royal Society of Chemistry. 3 (5): 2054–2073. Bibcode:2011Nanos...3.2054K. doi:10.1039/c0nr00857e. PMID 21399781.
- ↑ 4.0 4.1 4.2 Clausmeyer, J.; Schuhmann, W. (2016). "Nanoelectrodes: Applications in electrocatalysis, single-cell analysis and high-resolution electrochemical imaging". TrAC Trends in Analytical Chemistry. 79: 46–59. doi:10.1016/j.trac.2016.01.018.
- ↑ Krapf, Diego; Wu, Meng-Yue; Smeets, Ralph M. M.; Zandbergen, Henny W.; Dekker, Cees; Lemay, Serge G. (January 1, 2006). "Fabrication and Characterization of Nanopore-Based Electrodes with Radii down to 2 nm". Nano Letters (in English). 6 (1): 105–109. doi:10.1021/nl052163x. ISSN 1530-6984.
- ↑ Cox, J.T.; Zhang, Bo (2012). "Nanoelectrodes: Recent Advances and New Directions". Annual Review of Analytical Chemistry. 5: 253–272. Bibcode:2012ARAC....5..253C. doi:10.1146/annurev-anchem-062011-143124. PMID 22524228.
- ↑ Arrigan, Damien W.M. (2021). इलेक्ट्रोएनालिसिस के लिए नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ. Elsevier. pp. 49–86.
- ↑ Arrigan, Damien W.M. (2004). "नैनोइलेक्ट्रोड, नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ और उनके अनुप्रयोग". Analyst. 129: 1157–1165.
