KR101680482B1 - 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법 - Google Patents

산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101680482B1
KR101680482B1 KR1020150115980A KR20150115980A KR101680482B1 KR 101680482 B1 KR101680482 B1 KR 101680482B1 KR 1020150115980 A KR1020150115980 A KR 1020150115980A KR 20150115980 A KR20150115980 A KR 20150115980A KR 101680482 B1 KR101680482 B1 KR 101680482B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phenylenediamine
popd
carbon electrode
poly
complex
Prior art date
Application number
KR1020150115980A
Other languages
English (en)
Inventor
심재진
웬방호아
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020150115980A priority Critical patent/KR101680482B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101680482B1 publication Critical patent/KR101680482B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/36—Glass electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극, 이를 이용한 화학물질 센서 및 상기 복합체 제조방법에 관한 것으로, 상기 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체는 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 물질에 대한 탁월한 전자촉매적 활성을 나타내므로, 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 물질의 검출용 센서 소재로서 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 상기 복합체는 매우 간단하면서도 효율적인 방법으로 제조할 수 있다.

Description

산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법 {Glassy carbon electrode modified with a graphene oxide/poly(o-phenylenediamine) composite for chemical detection and the preparation method thereof}
본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법 및 이를 이용한 화학물질 센서에 관한 것이다.
그래핀은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 탄소원자들이 3차원으로 쌓이면 흑연, 1차원으로 말리면 탄소나노튜브, 공 모양이 되면 0차원 구조인 플러렌(fullerene)을 이루는 물질이 된다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정할 뿐만 아니라 매우 뛰어난 전도체로서 실리콘보다 100배 빠르게 전자를 이동시키고, 구리보다 약 100배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있다.
그래핀은 전기화학적 이중층 캐패시터, 태양전지, 연료전지, 리튬이온 배터리와 같은 다양한 분야에 응용되는 소재이지만, 유기용매에서 불용성이며 쉽게 응집되며, 아주 다루기 힘들며, 일반적인 공정 기술을 이용하여 원하는 구조의 복합체를 만들 수 없는 한계가 있었다.
한편, 과산화수소(H2O2)는 강한 산화성을 지니며, 여러 가지 생리학적 그리고 효소적 반응의 산물로서 식품, 약학, 임상, 산업 및 환경 분야에서 필수적인 매개체이므로, 과산화수소의 검출이 필수적으로 요구된다.
한국등록특허 제1364250호 (2014.02.10)
본 발명의 목적은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 유리탄소전극을 포함하는 화학물질 센서를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 유리탄소전극을 포함하는 화학물질 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 산화그래핀을 물에 분산시켜 분산용액을 준비하는 단계; 상기 분산용액에 o-페닐렌디아민을 첨가하고 교반하는 단계; 및 상기 교반한 반응물에 산화개시제를 첨가하고 교반하여 o-페닐렌디아민을 중합시키는 단계를 포함하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체는 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 물질에 대한 탁월한 전자촉매적 활성을 나타내므로, 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 물질의 검출용 센서 소재로서 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 상기 복합체는 매우 간단하면서도 효율적인 방법으로 제조할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 GO-POPD 복합체의 SEM 이미지, 도 1d는 GO 및 GO-POPD 복합체의 TEM 이미지를 나타낸 것이다(a: 원래의 GO, b: 10 중량% GO 함유 GO/POPD 복합체, c 및 d: 30 중량% GO 함유 GO/POPD 복합체).
도 2a 및 도 2b는 각각 GO-POPD 복합체의 FT-IR 분석과 TGA 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 GO-POPD 복합체의 XRD 분석결과를 나타낸 것이다.
도 4는 GO-POPD 복합체의 XPS 분석결과를 나타낸 것이다.
도 5는 GO-POPD 복합체의 에탄올에서 기록된 UV-vis 분석결과를 나타낸 것이다.
도 6은 GO-POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극(GCE/GO/POPD)의 CV 분석결과를 나타낸 것이다.
도 7은 GO-POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극(GCE/GO/POPD)의 전기화학적 임피던스 분석(Electrochemical impedance spectroscopy; EIS) 분석결과를 나타낸 것이다.
도 8은 과산화수소에 대한 GO-POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극(GCE/GO/POPD)의 전류감응을 나타낸 것이다.
도 9a는 전압이 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극(GCE/GO/POPD)의 전류감응에 미치는 영향을 나타낸 것이고, 도 9b는 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극(GCE/GO/POPD)의 전류감응에 대한 pH 효과를 나타낸 것이다.
본 발명자들은 수용성 매질에서 산화그래핀(GO) 존재 하에서 o-페닐렌디아민의 in-situ 중합법으로 간편하면서도 효율 좋게 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체를 제조할 수 있으며, 상기 복합체는 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 화학물질에 대해 탁월한 전자촉매적 활성을 나타내므로 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 유리탄소전극은 과산화수소와 같은 산화/환원 관련 물질의 검출용 센서로서 유용하게 사용될 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극을 제공한다.
상기 복합체는 산화그래핀 10 내지 40 중량% 및 폴리(o-페닐렌디아민) 60 내지 90 중량%로 이루어지며, 산화그래핀이 10 중량% 미만이면 표면적이 감소할 수 있으며, 40 중량%를 초과하면 모든 표면이 고분자로 도포되지 못하여 전기전도도가 낮아지는 문제가 야기될 수 있으며, 폴리(o-페닐렌디아민)이 60 중량% 미만이면 산화그래핀 표면이 전도성고분자로 골고루 도포되지 못할 수 있으며, 90 중량%를 초과하면 고분자가 뭉쳐서 산화그래핀의 표면적이 줄어듦으로써 전도도가 낮아지는 문제가 야기될 수 있다.
상기 화학물질은 과산화수소, 요산, 도파민(dopamine), 아스코빈산 (ascorbic acid), 글루타싸이온(glutathione) 및 L-시스테인(L-cysteine)으로 이루어진 군에서 선택된 산화-환원 반응 물질이면 어떠한 물질이라고 검출 가능하다.
또한, 본 발명은 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 유리탄소전극을 포함하는 화학물질 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 산화그래핀을 물에 분산시켜 분산용액을 준비하는 단계; 상기 분산용액에 o-페닐렌디아민을 첨가하고 교반하는 단계; 및 상기 교반한 반응물에 산화개시제를 첨가하고 교반하여 o-페닐렌디아민을 중합시키는 단계를 포함하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법을 제공한다.
상기 분산용액은 물 100 중량부에 대하여 산화그래핀을 0.02 내지 0.5 중량부로 첨가하여 분산시킬 수 있으며, 이때 10 내지 60분 동안 초음파 처리를 통해 분산시킬 수 있다. 이때, 산화그래핀이 0.02 중량부 미만이면 최종 생성물의 양이 너무 적어질 수 있으며, 0.5 중량부를 초과하면 분산시키기 어려운 문제가 야기될 수 있다.
상기 분산용액 100 중량부에 대하여 o-페닐렌디아민을 0.2 내지 1.0 중량부로 첨가하고 교반할 수 있으며, 이때, o-페닐렌디아민이 0.2 중량부 미만이면 최종 생성물의 양이 너무 적어질 수 있으며, 1.0 중량부를 초과하면 물에 용해가 잘 안 되는 문제가 야기될 수 있다.
상기 교반한 반응물 100 중량부에 대하여 산화개시제를 0.5 내지 5 중량부로 첨가하고 교반하여 o-페닐렌디아민을 중합시킬 수 있으며, 상기 산화개시제가 0.5 중량부 미만이면 중합속도가 느리고 수율이 낮아질 수 있으며, 5 중량부를 초과하면 합성되는 고분자의 분자량이 너무 작아지는 문제가 야기될 수 있다.
상기 산화개시제로는 CuSO4, FeSO4, (NH4)2S2O8 및 K2S2O8로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 산화그래핀(GO)-폴리(o-페닐렌디아민)(POPD) 복합체의 제조
1. 산화그래핀(GO) 합성
GO는 종래 알려진 Hummers 방법의 변형법(Colloid Polym. Sci. 291 (2013) 2237-2243)을 이용하여 흑연분말(Alfa Aesar, 99.995%)로부터 합성하였다.
0℃ 얼음조에 담긴 플라스크에 2 g의 질산나트륨(NaNO3)을 혼합한 50 ㎖ 의 농황산용액(H2SO4)을 넣고, 흑연분말 2 g을 첨가하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합용액을 20℃ 이하에서 격렬하게 교반하면서 과망간산칼륨(KMnO4) 6 g을 천천히 첨가하였다. 그 후, 얼음조를 제거하고 35℃에서 옅은 회갈색이 되도록 30분간 교반하여 반응혼합물을 제조하였다.
상기 반응혼합물을 100 ㎖의 탈이온수로 희석한 후 2시간 동안 교반하였다. 100 ㎖ 염산 용액(HCl, 10 v/v%)에 과산화수소 용액(H2O2, 30 wt%) 10 ㎖을 혼합하고, 상기 반응혼합물에 첨가하였다. 상기 반응혼합물을 원심분리하고, 중성이 될 때까지 탈이온수로 세척한 후, 이렇게 얻어진 생성물을 실온에서 진공으로 24 시간 동안 건조하였다.
2. GO/POPD 복합체 제조
10 mg의 GO를 10 ml의 탈이온수에 분산하고 30분 동안 초음파 처리하였다. 상기 분산된 용액에 50 mg의 OPD(Aldrich, 99.5%)을 첨가하고 30분 동안 마그네틱 바로 교반하여 용해시켰다. 그 후, 상기 용액에 2 ml의 CuSO4 수용액(0.5 M)을 급히 첨가하고 격렬하게 교반하였다. CuSO4 수용액 첨가로 신속한 색 변화가 관찰되었다. 30분 후, 상기 반응용액을 원심분리하여 생성물을 모으고, 5회 탈이온수로 세정하고 40℃에서 24시간 동안 진공 하에서 건조하였다.
<실시예 2> GO/POPD 복합체 성능 분석
앞선 실시예 1에서 제조한 GO/POPD 복합체의 특성을 분석하기 위하여, 주사전자현미경 분석(scanning electron microscopy; SEM)은 Hitachi의 S-4200을 이용하였고, 투과전자현미경 분석(transmission electron microscopy; TEM)은 200 kV의 가속 전압에서 Philips의 CM-200을 이용하였으며, X선회절 분석(X-ray diffraction; XRD)는 Cu Kα 조사를 이용한 PANalytical의 X'Pert-PRO MPD를 이용하였으며, X선 광전자 분광분석(x-ray photoelectron spectroscopy; XPS)은 Al X-선원을 이용한 ULVAC-PHI의 Quantera SXM을 이용하여 각각 분석하였다.
푸리에변환적외선(Fourier transform infrared; FT-IR)분광은 Excalibur BioRad사의 Series FTS 3000에서 KBr 펠렛을 이용하여 32회 이내의 스캔과 16 cm-1의 해상도로 400 내지 4000 cm-1의 범위에서 측정하였다.
자외선-가시광선(UV-vis) 분석은 UV-vis근적외선(NIR) 분광분석기(Cary 5000, Varian)를 이용하여 200-800 nm에서 기록하였다. 열중량분석(thermogravimetric analysis; TGA)은 질소 분위기 하에서 10℃/min의 가열 속도로 25℃에서 600℃까지의 온도 범위에서 simultaneous TGA/DSC 분석기(SDT Q600, TA Instrument)를 이용하여 수행하였다.
도 1은 GO 및 GO-POPD 복합체의 SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 1a SEM 이미지로부터 GO는 분명한 모서리, 주름진 표면 및 접힘을 갖는 얇은 시트를 나타내었고, 도 1b(GO 10 중량%) 및 도 1c(GO 30 중량%)와 같이 GO-POPD 복합체는 길이로 몇 마이크로미터인 1-D 구조를 갖는 고분자 미세 막대를 나타내었으며, GO 시트의 표면은 POPD 매트릭스에 분포하였다. 또한, 도 1d와 같이 10 중량%의 GO를 갖는 GO-POPD 복합체의 TEM 이미지로부터 GO-POPD 복합체는 GO 시트를 덮는 고분자 미세 막대를 나타내었다.
도 2a는 FT-IR 분석 결과로서, GO, POPD 및 GO-POPD 복합체의 화학구조적 정보를 제공한다. GO는 3405 cm-1 (O-H), 1720 cm-1 (C=O), 및 1042 cm-1 (C-O)에서 대표적 피크를 나타내었고, POPD는 3437 cm-1 (N-H, NH group), 3227 cm-1 (N-H, NH2 group), 1587 cm-1 (C=N, phenazine ring), 1502 cm-1 (C=C, phenazine ring), 1131 cm-1 (C-C), 및 614 cm-1 (C-H, phenazine skeleton)에서 각각 일반적인 특징 스트레칭 진동밴드를 나타내었다. 1303 cm-1에서의 피크는 벤제노이드 단위에서 C-N-C 스트레칭 밴드를 의미한다. FT-IR 분석에서 GO-POPD 복합체는 POPD와 유사한 패턴을 나타내었지만, 1303 cm-1에서 어떠한 피크도 나타내지 않았고 1502 cm-1 및 614 cm-1에서 피크 강도가 감소하였다. 이는 POPD 골격과 GO 시트 간의 수소결합에 기인한 것으로 판단된다.
도 2b는 GO, POPD 및 GO-POPD 복합체의 TGA 결과로서, 모든 시료들은 유사한 분해곡선을 나타내었지만, GO는 POPD 및 GO-POPD 복합체보다 훨씬 낮은 열 안정성을 나타낸 반면, GO-POPD 복합체는 GO 및 POPD보다 우수한 열 안정성을 나타내었다. 이는 GO와 POPD 간의 상호작용에 의해 GO 표면에 존재하는 산소 그룹의 분해를 제한하는 것으로 판단된다.
도 3은 GO 및 GO-POPD 복합체의 XRD 분석 결과로서, GO는 11.85ㅀ(=2θ)에서 뚜렷한 피크를 나타내며, GO-POPD 복합체는 17.60ㅀ, 18.42ㅀ, 21.45ㅀ, 24.00ㅀ, 25.26ㅀ,27.44ㅀ, 33.01ㅀ 및 41.60ㅀ(=2θ)에서 회절 피크를 나타내었다. 무정형 구성성분에 의한 폭넓은 피크는 어디에서도 관찰되지 않았다. XRD 결과를 보면 POPD는 매우 잘 정돈된 결정구조를 가지므로 복합체의 결정도를 상당히 높이고 높은 전기전도성을 나타낼 것으로 기대되며, 복합체에서 GO면의 피크 높이의 감소는 GO 시트와 상호작용을 하는 POPD 고분자에 의한 감소인 것으로 판단된다.
도 4는 GO-POPD 복합체의 XPS 분석결과로서, 284.7 eV 및 532.5 eV의 결합에너지 값을 갖는 C1s 및 O1s의 피크가 관찰되었고, POPD의 존재로 인해 질소 원자를 나타내는 피크도 관찰되었다.
도 5는 GO-POPD 복합체의 수용액에서 기록된 UV-vis 분석결과로서, GO에서는 235 nm에서 흡광 피크를 나타냈다. POPD에서는 267 nm에서 약한 피크를 나타냈고 약 475 nm에서 넓은 피크를 나타냈는데, 첫 번째 피크는 π-π* 전이와 관련되며, 두 번째 피크는 퀴노이드 단위와 관련된 전하이동발광 유사전이와 관련된다. GO-POPD 복합체는 마지막 피크가 440 nm로 이동하여 GO와 POPD 간의 π-π 상호작용을 의미한다. 접합된 고분자 구조는 π-π 스태킹 상호작용을 통해 GO 시트와 강하게 커플링되어 있다.
<실시예 3> GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극 제조 및 성능 분석
모든 전기화학적 실험은 3-전극 배열 형태에서 Autolab PGSTAT 302N (Metrohm, Netherlands) 상에서 수행되었다. 백금 박편과 포화 칼로멜 전극을 각각 상대전극 및 기준전극으로 사용하였다. 작동전극은 카본페이퍼(2cm x 2cm 직경) 상에 앞선 실시예 1에서 제조한 GO/POPD 복합체를 코팅하여 사용하였다. 즉, 3 mg GO/POPD 복합체를 700 ㎕의 이소프로필알코올과 6 ㎕의 나피온을 함유한 용액에서 첨가하고 초음파 처리하여 균일한 분산액을 제조하였다. 그 후, 약 20 ㎕의 분삭액을 유리탄소전극의 표면에 드롭-캐스트하고 12 시간 동안 대기 분위기에서 건조하여 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극을 제작하였다.
상기 유리탄소전극의 순환전압전류(cyclic voltammograms)분석은 Autolab PGSTAT 302N을 사용하여 50 mV/s의 주사속도에서 10 μM의 과산화수소 존재 하에서 pH 8.0의 0.1 M 인산 완충액에서 수행하였다.
도 6a는 유리탄소전극의 CV 분석 결과로서, 유리탄소전극에서는 과산화수소 존재 하에서 어떠한 양극성 또는 음극성 반응이 관찰되지 않았기 때문에 유리탄소전극은 측정 전위에서 과산화수소를 검출할 수 없었다. GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극은 소량의 과산화수소 존재 하에서도 한 쌍의 잘 정돈된 유사 가역적 산화환원 피크를 나타내어 우수한 전자촉매적 활성을 가짐을 알 수 있었다. GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극에서 얻어진 과산화수소의 총 산화피크 전류는 6.14 mA로서 개질되지 않은 유리탄소전극(0.96 mA)에 비해 약 6배 더 높았다. 도 6b와 같이 이러한 산화환원 피크 전류는 주사속도에 비례하여 나타났다.
도 7은 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 Autolab PGSTAT 302N에 의한 전기화학적 임피던스 분석(Electrochemical impedance spectroscopy; EIS) 결과로서, 105 내지 10-1 Hz로 움직이는 진동수에서 2.5 mM [Fe(CN)6]3-/4-을 함유하는 0.1M KCl 용액에서 임피던스 분석을 수행하였으며, POPD로 개질된 유리탄소전극의 반구형 반경이 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 그것보다 더 큰 것으로 나타나 산화환원 탐침에 대한 높은 전자 이동 저항성을 나타내었다. GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 감소된 임피던스는 GO 시트의 전도성에 의한 것으로 판단된다. 도 7b는 전극의 임피던스에 대한 복합체의 POPD에 대한 GO의 중량비율 효과를 나타낸 것으로서, 20 중량%의 GO를 갖는 시료는 1 중량%의 GO를 갖는 시료에 비해 더 낮은 임피던스를 나타내었지만, 30 중량%의 GO로 함량을 증가하더라도 전자-이동 공정에서 추가적인 개선을 유도하지는 못하였다.
도 8a는 과산화수소 농도를 변화시키면서 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 민감도를 나타낸 것으로서, 0.1M PBS(pH 8.0)에서 -0.15V의 작동 전위에서 연속적 과산화수소 첨가에 대한 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 전형적인 전류감응을 나타내며, 교반하는 PBS에 과산화수소를 연속적으로 첨가하면 주목할 만한 산화전류의 증가를 유도하였다. 과산화수소 농도가 5 μM 이하이면 과산화수소의 증가에 따른 전류의 증가가 명확하지 않았다. 도 8b의 적정 곡선은 2.5 μM 내지 25 μM에서 선형을 나타내며, 상관계수는 0.995이었으며, 민감도는 16.2 μA/M/cm2이고, 검출한계는 0.84 μM로 나타났다.
도 9a는 전류신호에 관한 적용 전위에 대한 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극의 의존성을 나타낸 것으로서, 작동 전위 -0.5 V 내지 0.2 V에서 조사하였으며, 최적 전위는 -0.15 V로 나타났다. 도 9b는 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소전극 성능에 대한 pH 효과를 나타낸 것으로서, pH 4 내지 9에서 15 μM 과산화수소에 대한 전류감응으로 조사하였다. pH 4.0에서 8.0으로 변화함에 따라 피크 전류가 점진적으로 증가하였고 pH 8.0에서 최고에 도달한 후, pH 9.0에서 감소하여 과산화수소 검출을 위한 최적 pH는 8.0으로 나타났다.
한편, GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소의 과산화수소 검출능력을 종래 알려진 과산화수소 검출기술들과 비교한 결과, 표 1과 같이 GO/POPD 복합체로 개질된 유리탄소는 과산화수소의 신속하고 정확한 검출을 위해 좋은 전극소재임을 확인하였다.
전극 적용 전위 검출 한계 선형 범위 민감도 참고문헌
GCE/Chitosan/CoFe2O4 -0.1 mV 2.0x10-6 M 3.0x10-2 - 8 mM 23 nA/mM Mater. Sci. Eng. C 32 (2012) 269-275
GCE/P(GMA-co-VFc) +0.35 V 2.6x10-6 M 2-30 mM 10 nA/mM Sensors Actuators B 145 (2010) 444-450
GCE/P(m-AMFc) -0.05 V 0.08x10-6 M 8x10-3 - 15 μM 34 nA/M Anal. Biochem. 267 (1999) 141-147
GCE/FBCS +0.15 V 15.0x10-6 M 35-2000 μM - Macromol. Biosci. 7
(2007) 435-439
GCE/Chitosan/GR-Hb -0.40 V 0.51x10-6 M 6.5-230 μM 0.344 μM Talanta 81 (2010) 334-338
GCE/Pt/GR-Hb -55.0 mV 1.0x10-6 M 10-1000 μM 0.540 μM J. Electroanal. Chem. 657 (2011) 28-33
GCE/GO/POPD -0.15 V 2.5x10-6 M 2.5x10-3 - 25 mM 16.2 nA/mM 본 실시예
본 발명은 한정된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민)으로 이루어진 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 복합체는 산화그래핀 10 내지 40 중량% 및 폴리(o-페닐렌디아민) 60 내지 90 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학물질 센서용 유리탄소전극.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학물질은 과산화수소, 요산, 도파민(dopamine), 아스코빈산 (ascorbic acid), 글루타싸이온 (glutathione) 및 L-시스테인(L-cysteine)으로 이루어진 군에서 선택된 산화-환원 반응 물질인 것을 특징으로 하는 화학물질 센서용 유리탄소전극.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 유리탄소전극을 포함하는 화학물질 센서.
  5. 산화그래핀을 물에 분산시켜 분산용액을 준비하는 단계;
    상기 분산용액에 o-페닐렌디아민을 첨가하고 교반하는 단계; 및
    상기 교반한 반응물에 산화개시제를 첨가하고 교반하여 o-페닐렌디아민을 중합시키는 단계
    를 포함하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 분산용액은 물 100 중량부에 대하여 산화그래핀을 0.02 내지 0.5 중량부로 첨가하여 분산시키는 것을 특징으로 하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 분산용액 100 중량부에 대하여 o-페닐렌디아민을 0.2 내지 1.0 중량부로 첨가하고 교반하는 것을 특징으로 하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 교반한 반응물 100 중량부에 대하여 산화개시제를 0.5 내지 5 중량부로 첨가하고 교반하여 o-페닐렌디아민을 중합시키는 것을 특징으로 하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 산화개시제는 CuSO4, FeSO4, (NH4)2S2O8 및 K2S2O8로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체 제조방법.
KR1020150115980A 2015-08-18 2015-08-18 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법 KR101680482B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150115980A KR101680482B1 (ko) 2015-08-18 2015-08-18 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150115980A KR101680482B1 (ko) 2015-08-18 2015-08-18 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101680482B1 true KR101680482B1 (ko) 2016-11-29

Family

ID=57706170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150115980A KR101680482B1 (ko) 2015-08-18 2015-08-18 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101680482B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107219279A (zh) * 2017-05-25 2017-09-29 济南大学 纳米铜/石墨烯修饰电极人参皂苷Rg1分子印迹传感器
CN109900760A (zh) * 2019-03-28 2019-06-18 河北科技大学 一种基于多酸的多巴胺电化学传感器的制备方法及其应用
CN109959688A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 南京理工大学 基于聚l-谷胱甘肽修饰玻碳电极同时检测多巴胺和尿酸的方法
KR102249148B1 (ko) * 2019-12-27 2021-05-10 영남대학교 산학협력단 전기화학적으로 환원되고 구리 및 페난트롤린 유도체로 개질된, 시스테인 검출용 산화그래핀 복합체 및 이의 센서전극으로의 응용
KR20210094478A (ko) * 2020-01-21 2021-07-29 영남대학교 산학협력단 구형 Ni3S4/NiS2/MoOx 복합체로 개질된 D-페니실아민 검출용 유리탄소전극 및 이의 센서전극으로의 응용
CN113552192A (zh) * 2021-07-12 2021-10-26 商丘师范学院 一种自校准电流比率型pH传感器及其制备方法和应用
KR20210138315A (ko) * 2020-05-12 2021-11-19 울산과학기술원 이차원물질-폴리머 복합체의 제조방법 및 이차원물질-폴리머 복합체
CN114235915A (zh) * 2021-11-22 2022-03-25 武汉工程大学 同时探测水溶液中抗坏血酸、多巴胺和尿酸的电化学传感器及其制备方法和电化学方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liu Yang et al. Applied Surface Science. 2014, Vol. 307, pp. 601-607.
Xiu-Hua Zhang et al. Sensors and Actuators B. 2008, vo. 134, pp. 477-482.
Xuexia Liu et al. RSC Advances. 2014, Vol. 4, pp. 3706-3712.

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107219279A (zh) * 2017-05-25 2017-09-29 济南大学 纳米铜/石墨烯修饰电极人参皂苷Rg1分子印迹传感器
CN107219279B (zh) * 2017-05-25 2019-04-19 济南大学 纳米铜/石墨烯修饰电极人参皂苷Rg1分子印迹传感器
CN109959688A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 南京理工大学 基于聚l-谷胱甘肽修饰玻碳电极同时检测多巴胺和尿酸的方法
CN109959688B (zh) * 2017-12-25 2021-01-08 南京理工大学 基于聚l-谷胱甘肽修饰玻碳电极同时检测多巴胺和尿酸的方法
CN109900760A (zh) * 2019-03-28 2019-06-18 河北科技大学 一种基于多酸的多巴胺电化学传感器的制备方法及其应用
KR102249148B1 (ko) * 2019-12-27 2021-05-10 영남대학교 산학협력단 전기화학적으로 환원되고 구리 및 페난트롤린 유도체로 개질된, 시스테인 검출용 산화그래핀 복합체 및 이의 센서전극으로의 응용
KR20210094478A (ko) * 2020-01-21 2021-07-29 영남대학교 산학협력단 구형 Ni3S4/NiS2/MoOx 복합체로 개질된 D-페니실아민 검출용 유리탄소전극 및 이의 센서전극으로의 응용
KR102501307B1 (ko) 2020-01-21 2023-02-17 영남대학교 산학협력단 구형 Ni3S4/NiS2/MoOx 복합체로 개질된 D-페니실아민 검출용 유리탄소전극 및 이의 센서전극으로의 응용
KR20210138315A (ko) * 2020-05-12 2021-11-19 울산과학기술원 이차원물질-폴리머 복합체의 제조방법 및 이차원물질-폴리머 복합체
KR102353967B1 (ko) 2020-05-12 2022-01-24 울산과학기술원 이차원물질-폴리머 복합체의 제조방법 및 이차원물질-폴리머 복합체
CN113552192A (zh) * 2021-07-12 2021-10-26 商丘师范学院 一种自校准电流比率型pH传感器及其制备方法和应用
CN114235915A (zh) * 2021-11-22 2022-03-25 武汉工程大学 同时探测水溶液中抗坏血酸、多巴胺和尿酸的电化学传感器及其制备方法和电化学方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101680482B1 (ko) 산화그래핀 및 폴리(o-페닐렌디아민) 복합체로 개질된 화학물질 센서용 유리탄소전극과 이의 제조방법
Lou et al. Laccase immobilized polyaniline/magnetic graphene composite electrode for detecting hydroquinone
Sun et al. Three-dimensional electrochemical sensor with covalent organic framework decorated carbon nanotubes signal amplification for the detection of furazolidone
Liu et al. Fabrication of the protonated graphitic carbon nitride nanosheets as enhanced electrochemical sensing platforms for hydrogen peroxide and paracetamol detection
Lawal Recent progress in graphene based polymer nanocomposites
Dağcı et al. Preparation of free-standing and flexible graphene/Ag nanoparticles/poly (pyronin Y) hybrid paper electrode for amperometric determination of nitrite
Chi et al. Fabrication of oxidase-like polyaniline-MnO2 hybrid nanowires and their sensitive colorimetric detection of sulfite and ascorbic acid
Prathap et al. Simultaneous detection of guanine, adenine, thymine, and cytosine at polyaniline/MnO2 modified electrode
Teymourian et al. Fe3O4 magnetic nanoparticles/reduced graphene oxide nanosheets as a novel electrochemical and bioeletrochemical sensing platform
Sriprachuabwong et al. Inkjet-printed graphene-PEDOT: PSS modified screen printed carbon electrode for biochemical sensing
Qiao et al. Carbon nanotube/polyaniline composite as anode material for microbial fuel cells
Daemi et al. Fabrication of a gold nanocage/graphene nanoscale platform for electrocatalytic detection of hydrazine
Lu et al. Facile synthesis of novel Ni (II)-based metal–organic coordination polymer nanoparticle/reduced graphene oxide nanocomposites and their application for highly sensitive and selective nonenzymatic glucose sensing
Ahmed et al. Synthesis techniques and advances in sensing applications of reduced graphene oxide (rGO) Composites: A review
Zhao et al. Highly sensitive detection of gallic acid based on 3D interconnected porous carbon nanotubes/carbon nanosheets modified glassy carbon electrode
Rabti et al. Ferrocene-functionalized graphene electrode for biosensing applications
Veerakumar et al. Ultrafine gold nanoparticle embedded poly (diallyldimethylammonium chloride)–graphene oxide hydrogels for voltammetric determination of an antimicrobial drug (metronidazole)
Hsu et al. Electrochemical sensor based on conductive polyaniline coated hollow tin oxide nanoparticles and nitrogen doped graphene quantum dots for sensitively detecting dopamine
Lawrence et al. Functionalized carbon nanoparticles, blacks and soots as electron‐transfer building blocks and conduits
Yang et al. Non-enzymatic sensor based on a glassy carbon electrode modified with Ag nanoparticles/polyaniline/halloysite nanotube nanocomposites for hydrogen peroxide sensing
Huang et al. Polypyrrole-hemin-reduce graphene oxide: rapid synthesis and enhanced electrocatalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide
Jing et al. Electrochemical sensor based on poly (sodium 4-styrenesulfonate) functionalized graphene and Co 3 O 4 nanoparticle clusters for detection of amaranth in soft drinks
Nguyen et al. Electrochemical property of graphene oxide/polyaniline composite prepared by in situ interfacial polymerization
Verma et al. A review of composite conducting polymer-based sensors for detection of industrial waste gases
Zhang et al. Nanostructured graphene oxide–MWCNTs incorporated poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) with a high surface area for sensitive determination of diethylstilbestrol

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191014

Year of fee payment: 4