ТЕХНОЛОГИЯ НАНОПЕРФОРИРОВАНИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МЕДНЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ

, , , ,
 60-69 стр.
В работе представлена оригинальная технология синтеза наноструктурированных медных электродов методом реплик с наноматриц металлического алюминия на опытно-промышленной высоковольтной гальванической установке. Используемая технологическая схема позволяет осуществлять процесс непрерывного высоковольтного микроплазменного перфорирования металлической ленты с фор-мированием нанопор заданного размера в диапазоне от 20 до 500 нм при варьируемом напряжении. Для исследования полученных реплик была создана серия индикаторных электродов с рабочей поверхностью из материала реплик. В качестве референтного материала для электрода использовалась медная фольга хо-лодного проката. Видимую площадь рабочей поверхности изготовленных электродов исследовали на растровом электронном микроскопе. Методом циклической вольтамперометрии был определен коэффи-циент увеличения площади удельной поверхности по увеличению площади пика, соответствующего вос-становлению поверхностной пленки оксида меди, образующейся на поверхности медного электрода в ще-лочной среде при положительных потенциалах. Для гладкого медного электрода площадь поверхности составила 0,071 мм2. Для наноструктурированного электрода такого же размера суммарную площадь поверхности рассчитывали по отношению площадей токовых пиков, соответствующих восстановлению поверхностной пленки оксида меди (II) на поверхности массивного медного электрода и нановорсистого медного электрода. Установлено, что каталитическая активность, оцениваемая по величине тока, свя-занного с окислением модельного субстрата – глюкозы, приблизительно в 10 раз превосходит увеличение активности за счет суммарной поверхности меди. Аномальный каталитический эффект обсуждается с точки зрения повышения локальной напряженности электрического поля вследствие высокой кривизны поверхности нановолокон и с точки зрения изменения условий диффузии субстрата к поверхности элек-трода за счет наноструктурирования.
Ключевые слова:
опытно-промышленная установка, технология синтеза, медные реплики, окисление глюкозы, функциональная активность
Антропов А.П.
Кандидат технических наук, доцент, МИРЭА – Российский технологический университет
Рябков Е.Д.
Магистр, Московский технологический университет
Лебедева М.В.
Кандидат химических наук, доцент, МИРЭА – Российский технологический университет
Зайцев Н.К.
Доктор химических наук, доцент, Московский технологический университет
Яштулов Н.А.
Доктор химических наук, профессор, Московский технологический университет
1. Li J., Wei H., Zhao K., Wang M., Chen D., Chen M. Effect of anodizing temperature and organic acid addi-tion on the structure and corrosion resistance of anodic aluminum oxide films // Thin Solid Films. 2020. V. 713. P. 138359.
2. Антропов А.П., Зайцев Н.К., Рябков Е.Д., Слепченко Г.Б., Яштулов Н.А. Установка для производства нановорсистых (ультрадисперсных) каталитически активных материалов // Вестник технологического уни-верситета. 2021. Т. 24. № 4. С.85 – 88.
3. Noormohammadi M., Arani Z.S., Ramazani A., Kashi M.А. Super-fast fabrication of self-ordered nanoporous anodic alumina membranes by ultra-hard anodization // Electrochimica Acta. 2020. V. 354. Р. 136766.
4. Roslyakov I.V., Kolesnik I.V., Levina E.E., Katorova N.S., Pestrikov P.P., Kardash T.Yu., Solovyov L.A., Napolskii K.S. Annealing induced structural and phase transitions in anodic aluminum oxide prepared in oxalic acid electrolyte // Surface and Coatings Technology. 2020. V. 381. P. 125159.
5. Chumnanwat S., Watanabe Y., Taniguchi N., Higashi H., Kodama A., Seto T., Otani Y., Kumita M. Pore structure control of anodized alumina film and sorption properties of water vapor on CaCl2-aluminum composites // Energy. 2020. V. 208. Р. 118370.
6. Aslam S., Das A., Khanna M., Kuanr B. Concentration gradient Co-Fe nanowire arrays: Microstructure to magnetic characterizations // Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 838. P. 155566.
7. Kawai S., Ueda R. Magnetic Properties of Anodic Oxide Coatings on Aluminum Containing Electrodeposited Co and Co‐Ni // J. Electrochem. Soc. 1975. V. 122. № 1. Р. 32 – 36.
8. Shiraki M., Wakui Y., Tokushima T., Tsuya N. Perpendicular magnetic media by anodic oxidation method and their recording characteristics // IEEE Trans. Magn. 1985. V. 21. № 5. P. 1465 – 1467.
9. Saito M., Kirihara M., Taniguchi T., Miyagi M. Micropolarizer made of the anodized alumina film // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 55. №7. Р. 607 – 609.
10. Miller C.J., Majda M. Microporous aluminum oxide films at electrodes // J. Am. Chem. Soc. 1985. V. 107. № 5. Р. 1419 – 1420.
11. Tierney M.J., Martin C.R. New Electrorelease Systems Based on Microporous Membranes // J. Electrochem. Soc. 1990. V. 137. № 12. Р. 3789 – 3792.
12. Yoshino T., Baba N. Electrochromism of Oxalatotungstate(V) Complexes Chemically Deposited onto Mi-cropores of Anodic Oxide Films on Aluminum // Nippon Kagaku Kaishi. 1983. V. 1983. № 6. Р. 955 – 957.
13. Mizuki I., Yamamoto Y., Yoshino T., Baba N. Electrochemical Incorporation of Electroluminescent Mn Ac-tivator into Porous Anodic Al2O3 Films on Al // J. Met. Surf. Finish. Soc. Japan. 1987. V. 38. № 12. Р. 561 – 563.
14. Антропов А.П., Зайцев Н.К., Рябков Е.Д., Яштулов Н.А., Мудракова П.Н. Химико-технологический подход к созданию нановорсистых (ультрадисперсных) каталитически активных материалов // Тонкие хи-мические технологии. 2021. Т. 16. № 2. С. 105 – 112.
15. Абдуллин И.Ф., Будников Г.К., Баканина Ю.Н., Кукушкина Н.Н. Медный и серебряный электроды для потенциометрического и вольтамперометрического определения глюкозы и других углеводов // Жур-нал аналитической химии. 1998. Т. 53. № 10. С. 1075 – 1080.
16. Черкасов Д.А., Загорский Д.Л., Хайбуллин Р.И., Муслимов А.Э., Долуденко И.М. Структура и маг-нитные свойства слоевых нанопроволок из 3d-металлов, полученных методом матричного синтеза // Физи-ка твердого тела. 2020. Т. 62. № 9. С. 1531 – 1541.
17. Мартынов Л.Ю., Ситникова Т.В., Лазов М.А., Ловчиновский И.Ю. Зайцев Н.К. Использование акти-вированного медного микроэлектрода для вольтамперометрического определения спиртов // Тонкие хими-ческие технологии. 2018. Т. 13. № 1. С. 22 – 32.
18. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Муринов Ю.И. Вольтамперометрия с модифицированными и уль-трамикро-электродами. М.: Наука, 1994, 294 с.