GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum:

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum: 15.3.2013"

Dana Tesařová
před 8 lety
Počet zobrazení:

Název: Školitel: GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU Mgr. Dana Fialová Datum: 15.3.

1 Název: Školitel: GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU Mgr. Dana Fialová Datum: Reg.č.projektu: CZ.1.07/2.3.00/ Název projektu: Mezinárodní spolupráce v oblasti "in vivo" zobrazovacích technik

2 Program 1. Úvodní informace o významu uhlíku 2. Formy uhlíku, nanoformy uhlíku, grafen, trubice, fulereny 3. Využití uhlíkových nanoforem pro interakci s ionty těžkých kovů 2

3 UHLÍK CARBON - nekovový prvek znám od 2. pol. 18.století - základní stavební kámen všech organických sloučenin a živých organismů - charakteristickou vlastností atomů uhlíku je schopnost vytvářet řetězce, to je dáno mimořádnou pevností jednoduché a dvojné vazby C-C - v elementárním stavu se vyskytuje v přírodě ve dvou základních alotropních modifikacích (grafit, amorfní uhlík a diamant) - v posledních 30 letech byly objeveny v přírodě nebo laboratorně vytvořeny další modifikace 3

uhlíku je schopnost vytvářet řetězce, to je dáno mimořádnou pevností jednoduché a dvojné vazby C-C - v elementárním

4 Diagram vlivu druhu vazeb mezi atomy na vznik modifikací uhlíku 4

5 NEJNOVĚJŠÍ OBJEVY 1985 objev fullerenů 1991 objev uhlíkových nanotrubic 1993 výroba nanotrubic ve velkém 1995 uhlíkové anody pro lithiové dobíjecí články 1996 Nobelova cena za fyziku za objev fullerenů 2001 monokrystaly z uhlíkových nanotrubic 2002 použití diamantu na polovodičové součástky 2002 připravena uhlíková nanopěna 2003 použití fullerenů v medicíně 2003 tranzistor z uhlíkových nanotrubic 2004 vlákno v žárovce z uhlíkových nanotrubic 2004 zjištěny paramagnetické vlastnosti uhlíkových nanopěn 2010 Nobelovu cenu za fyziku pro objevitele grafenu 5

polovodičové součástky 2002 připravena uhlíková nanopěna 2003 použití fullerenů v medicíně 2003 tranzistor z uhlíkových nanotrubic 2004

Nejznámější formy uhlíku Skelný uhlík (glassy carbon, GC) má výborné mechanické i elektrické vlastnosti, je chemicky inertní a má široké potenciálové okno (zejména v anodické oblasti).

Má vysokou biokompatibilitu, proto nachází využití v medicinální praxi na implantáty.

6 Nejznámější formy uhlíku Skelný uhlík (glassy carbon, GC) má výborné mechanické i elektrické vlastnosti, je chemicky inertní a má široké potenciálové okno (zejména v anodické oblasti). Povrch GC elektrod se upravuje před každým měřením nejčastěji leštěním vodnou suspenzí aluminy (Al 2 O 3, velikost částic 0,3 příp. 0,05 μm) do zrcadlového lesku. Má vysokou biokompatibilitu, proto nachází využití v medicinální praxi na implantáty. Pro elektrochemii je důležitý fakt, že povrchy elektrod ze skelného grafitu jsou chemicky vysoce odolné a lze na nich dosáhnout vysokého kladného potenciálu, aniž by docházelo k jejich rozpuštění jako u normálních kovových elektrod. Využití při zkoumání elektrochemických vlastností organických molekul a pro preparativní oxidaci při výrobě některých sloučenin. 6

7 Grafen je forma uhlíku, kterou tvoří jedna či několik málo vrstev rovinné sítě vzájemně propojených atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků (hybridizace sp 2 ). Jedná se o vlastně strukturní součást grafitu, která si vzhledem ke zvláštním fyzikálním vlastnostem, výborné tepelné vodivosti (přes 4000 W m -1 K -1 u izotopicky čištěného grafenu) a využitelností pro mnohé elektronické a optické aplikace zasloužila vlastní název i Nobelovu cenu za fyziku v r pro své objevitele. Grafit (tuha) je nejčastější přírodní modifikace uhlíku, jejíž struktura se skládá z vrstev tzv. grafenu, které jsou tvořeny uhlíky navázanými do šestiúhelníků. Na každý uhlík jsou kovalentně vázany další tři uhlíky (hybridizace sp 2 ). Tvoří se zde rozsáhlý systém delokalizovaných elektronů (π-systém). Jednotlivé vrstvy spolu drží pouze pomocí slabých interakcí tzv. van der Waalsovy síly. Této vlastnosti se využívá např. při výrobě tužek, kde mletá tuha tvoří základní složku tyčinky určené pro psaní a kreslení. Grafit vede elektrický proud. 7

pro mnohé elektronické a optické aplikace zasloužila vlastní název i Nobelovu cenu za fyziku v r. 2010 pro své objevitele.

8 Uhlíkové nanotrubice a nanorohy (carbon nanotube and nanocone) -nejmodernější uhlíkový materiál, jsou to uměle vyrobené mikroskopické trubičky složené z válcově svinuté vrstvy grafenu o průměru pouhých několika (1-100) nanometrů -zachycují velké objemy plynů, iontů, vyztužují polymerní vlákna a slouží jako základní materiál v nanotechnologiích -ve struktuře se vyskytují uhlíky s hybridizací sp 2 a některé formy mají zajímavé elektrické (polovodivé) vlastnosti. -objemová výroba vychází z katalytického rozkladu plynů obsahujících vhodně vázaný uhlík na vhodných podložkách (katalyzátory obsahují Ni, Fe apod.) -nanotrubice mají téměř v celém objemu stejnou tloušťku a mohou být jednovrstvé (single walled nanotube SWNT) nebo vícevrstvé (multiwalled nanotube MWNT) -rychlý katalytický růst - vznik útvarů ve tvaru nanorohů 8

sp 2 a některé formy mají zajímavé elektrické (polovodivé) vlastnosti.

9 Fullereny jsou molekuly, tvořené atomy uhlíku uspořádanými do vrstvy z pěti- a šestiúhelníků s atomy ve vrcholech, která je prostorově svinuta do uzavřeného tvaru (nejčastěji do tvaru koule nebo elipsoidu). Vzhledem k této struktuře jsou mimořádně odolné vůči vnějším fyzikálním vlivům. V dutině molekuly fullerenu může být uzavřený jiný atom, několik atomů či malá molekula. Uhlíková nanopěna (carbon nanofoam) je nejnovější poznanou formou uhlíku. Připravil ji tým fyziků z australské národní laboratoře v Canbeře poté, co vystavil uhlíkový terčík v argonové atmosféře působení výkonného laserového pulsního systému. Mikrostruktura, která se vytvořila po zahřátí na teplotu C, připomíná jakési vzájemně pospojované sítě uhlíkových trubiček, 5 nm dlouhých. Vnitřní struktura uhlíkové nanopěny obsahuje 35% uhlíků v hybridizaci sp 3 a na rozdíl od všech dosud známých diamagnetických forem uhlíku vykazuje paramagnetické chování. 9

Uhlíková nanopěna (carbon nanofoam) je nejnovější poznanou formou uhlíku.

10 Výška píku na Experiment: Využití uhlíkových nanoforem pro interakci s ionty těžkých kovů Kalibrace: metoda diferenční pulsní voltametrie, DPV, 3-eldový systém Pracovní elda: uhlíková pasta CPE 1. MWCNT 2. MWCNT + GRAFEN (75:25) 75% MWCNT + 25% GRAFEN MWCNT Koncentrace Cd μm 10

DPV, 3-eldový systém Pracovní elda: uhlíková pasta CPE 1. MWCNT 2.

Množství Cd v % Experiment: Využití uhlíkových nanoforem pro interakci s ionty těžkých kovů 50 mg MWCNT + 1ml 100 μm Cd 37,5 mg MWCNT + 12,5 mg GRAFENU + 1ml 100 μm Cd Podmínky: 25 C,

11 Množství Cd v % Experiment: Využití uhlíkových nanoforem pro interakci s ionty těžkých kovů 50 mg MWCNT + 1ml 100 μm Cd 37,5 mg MWCNT + 12,5 mg GRAFENU + 1ml 100 μm Cd Podmínky: 25 C, třepačka 500 rpm, 1hod, 24 hod, centrifugace 10 min., filtrace přes membránový filtr, detekce Cd v supernatantu - AAS % MWCNT + GRAFEN 1H 50 % MWCNT 99 % 99 % 24 H 11

třepačka 500 rpm, 1hod, 24 hod, centrifugace 10 min.

12 Poděkování René Kizek David Hynek Pavel Kopel Marie Konečná Děkuji Vám za pozornost 12

Podobné dokumenty

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů 7. června/june 2013 9:30 h 17:30 h Laboratoř metalomiky a nanotechnologií, Mendelova univerzita v Brně a Středoevropský technologický institut Budova D, Zemědělská