नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री

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नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की एक शाखा है जो नैनोमीटर आकार के स्तर पर सामग्रियों की बिजली और इलेक्ट्रोकेमिकल गुणों की जांच करती है। नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री बहुत कम सांद्रता पर अणुओं का पता लगाने के लिए विभिन्न सेंसर और उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

तंत्र

नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के लिए दो परिवहन तंत्र मौलिक हैं: इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और प्रसार। सैद्धांतिक मॉडल का निर्माण विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल 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, यानी इलेक्ट्रोलाइट थोक से नैनोइलेक्ट्रोड तक प्रतिक्रियाशील अणुओं का प्रसार, इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर एक डबल इलेक्ट्रिक परत के गठन से प्रभावित होता है। नैनोस्केल पर एक गतिशील डबल इलेक्ट्रिक परत को सिद्धांतित करना आवश्यक है जो स्टर्न परत और फैलाना परत के ओवरलैप को ध्यान में रखता है।[1] इसमें शामिल तंत्रों का ज्ञान कम्प्यूटेशनल मॉडल बनाने की अनुमति देता है जो घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत को इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांतों और गतिशील डबल इलेक्ट्रिक परत के साथ जोड़ता है।[2] आणविक मॉडलिंग के क्षेत्र में, सटीक मॉडल अभिकारकों, इलेक्ट्रोलाइट या इलेक्ट्रोड परिवर्तन के रूप में सिस्टम के व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकते हैं।

इंटरफ़ेस प्रभाव

सतह की भूमिका दृढ़ता से प्रतिक्रिया-विशिष्ट है: वास्तव में, एक साइट कुछ प्रतिक्रियाओं 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। आम तौर पर, कम समन्वय संख्या (चरण और किंक) वाली साइटें अपनी उच्च मुक्त ऊर्जा के कारण अधिक प्रतिक्रियाशील होती हैं। हालाँकि, उच्च ऊर्जा स्थल कम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होते हैं और नैनोक्रिस्टल में उनके वुल्फ निर्माण में बदलने की प्रवृत्ति होती है।

नैनोकणों के संश्लेषण में प्रगति के लिए धन्यवाद, 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 आम इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं की प्रतिक्रिया 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 आकार उसके व्यवहार को निर्धारित करते हैं। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली लक्षण वर्णन तकनीकें हैं:[4][6]

मुख्य रूप से दो गुण हैं जो नैनोइलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोड से अलग करते हैं: छोटा आरसी समय 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 वोल्टामेट्री प्रतिक्रियाओं की अनुमति देता है। इन और अन्य गुणों के कारण, नैनोइलेक्ट्रोड का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है:[1][4]* तीव्र प्रतिक्रियाओं की गतिकी का अध्ययन करना

  • विद्युतरासायनिक प्रतिक्रियाएँ
  • छोटी मात्राओं, जैसे कोशिकाओं या एकल अणुओं का अध्ययन करना
  • स्कैनिंग इलेक्ट्रोकेमिकल माइक्रोस्कोपी (एसईसीएम) के साथ उच्च-रिज़ॉल्यूशन 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 डिवाइस फ़ुटप्रिंट शामिल 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 आउटपुट उत्पन्न करता है, जो उपकरण पर दबाव डालता है, और बदले में, दर्ज किए गए माप की विश्वसनीयता पर दबाव डालता है। इस पर काबू पाने 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 इलेक्ट्रोएनालिसिस में बड़े पैमाने पर किया गया है। नैनोइलेक्ट्रोड के सरणियों के सावधानीपूर्वक और सटीक निर्माण के माध्यम से, संवेदनशील माप के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण अधिक विश्वसनीय है जो इलेक्ट्रोएनालिटिकल तकनीकों की एक श्रृंखला के कार्यान्वयन को सक्षम बनाता है।[8] व्यवस्थाएँ दो मुख्य प्रकार की होती हैं; नैनोइलेक्ट्रोड एरेज़ (एनईए) जहां नैनोइलेक्ट्रोड को एक क्रमबद्ध व्यवस्था में रखा जाता है और नैनोइलेक्ट्रोड एसेम्बल (एनईई), जहां व्यक्तिगत नैनोइलेक्ट्रोड को यादृच्छिक रूप से वितरित किया जाता है।

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Mirkin, M.V.; Amemiya, S. (2015). नैनोइलेक्ट्रोकैमिस्ट्री. CRC Press. doi:10.1201/b18066. ISBN 9780429096877.
  2. ↑ 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.
  3. ↑ 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. ↑ 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.
  5. ↑ 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.
  6. ↑ 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.
  7. ↑ Arrigan, Damien W.M. (2021). इलेक्ट्रोएनालिसिस के लिए नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ. Elsevier. pp. 49–86.
  8. ↑ Arrigan, Damien W.M. (2004). "नैनोइलेक्ट्रोड, नैनोइलेक्ट्रोड सरणियाँ और उनके अनुप्रयोग". Analyst. 129: 1157–1165.


बाहरी संबंध

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