Méthode CBD simple pour fabriquer des électrodes en graphite crayon

Les nanoparticules de sélénium (NP) sont un bon choix pour les applications de détection biologique et électrochimique en raison de leur faible toxicité. Dans un article publié dans la revue ACS Applied Nano Materials, une simple approche de dépôt par bain chimique a été utilisée pour modifier une électrode crayon de graphène avec des nanoaiguilles de sélénium.

​​​​​​​​​​​​​​Etude : nanoaiguilles de sélénium déposées sur une électrode crayon en graphite pour la détection d’hydrazine. Crédit d’image : Dyfrain/Shutterstock.com

L’utilisation du capteur fabriqué pour la détection électrochimique de l’hydrazine dans des échantillons du monde réel a produit des résultats positifs avec un taux de retour de 96,9 %. Cette étude a mis en lumière les avantages de la production d’électrodes en graphite crayon (PGE) personnalisées pour la détection d’hydrazine à l’aide d’un simple processus de dépôt par bain chimique.

L’hydrazine et ses inconvénients

Le tétrahydrure de diazote est un produit chimique inorganique polaire communément appelé diamine ou hydrazine. C’est un agent réducteur puissant utilisé comme pesticide, catalyseur hétérogène, ingrédient propulseur et conservateur dans les industries médicales, agricoles, aéronautiques et agro-alimentaires.

Indépendamment de son importance commerciale, même à des doses infimes, c’est un produit chimique dangereux qui pose un problème majeur en raison de ses propriétés cancérigènes et mutagènes. L’hydrazine a été classée comme cancérigène et neurotoxine chez l’homme.

L’hydrazine est nocive pour le foie, les reins et le cerveau et peut même provoquer une insuffisance respiratoire. La détection de sa concentration dans des solutions aqueuses est donc essentielle.

Méthodes d’analyse électrochimique

Par rapport aux approches traditionnelles, la détection électrochimique est attrayante car il s’agit d’une procédure simple, peu coûteuse et extrêmement sensible qui n’implique pas d’appareils lourds ni de connaissances.

La détection électrochimique permet une évaluation sur site sans nécessiter de préparation d’échantillons sophistiquée ou chronophage.

L’ampérométrie a la sensibilité et la sélectivité les plus élevées envers les substances électroactives de toutes les méthodes de détection électrochimiques. Un domaine d’étude notable ces derniers temps a été la fabrication d’électrodes à nanoparticules pour la détection électrochimique de l’hydrazine.

Plusieurs électrodes et électrocatalyseurs à base de nanoparticules ont été développés pour la détection électrochimique de l’hydrazine, en utilisant en grande partie des métaux nobles coûteux tels que le palladium et le platine.

Pourquoi les nano-aiguilles au sélénium ?

Les nanoaiguilles de sélénium ont récemment attiré l’attention des chercheurs en raison de leurs utilisations possibles dans les capteurs, la catalyse et le calcul. Le sélénium est un semi-conducteur à bande d’énergie linéaire avec une résistance élevée à la corrosion et à la dissolution.

Surtout, ces propriétés restent intactes même si la taille des grains est abaissée à quelques micromètres. Par conséquent, les nanoaiguilles de sélénium fonctionnent comme une plaque tournante pour l’activité catalytique. Les nanoaiguilles de sélénium présentent également une faible toxicité, ce qui en fait une alternative intéressante pour les utilisations médicinales et les capteurs.

Avantages de la méthode de dépôt par bain chimique

L’approche de dépôt par bain chimique (CBD) est assez attrayante parmi les nombreuses façons de produire des nanoparticules car elle présente certains avantages intrinsèques par rapport aux approches traditionnelles.

Le principal avantage est son faible coût et sa grande adhérence à la surface sans avoir besoin de liants. Il est exempt de plusieurs problèmes associés aux procédures à haute température, y compris le revêtement de grande surface, les déchets de matériaux, l’utilisation de gaz dangereux et la nécessité d’un équipement coûteux.

Il n’y avait aucun compte rendu antérieur de l’utilisation de l’approche de dépôt par bain chimique pour la modification d’électrodes en crayon de graphite pour la détection d’hydrazine.

Les électrodes en graphite crayon présentent des avantages majeurs par rapport aux électrodes conventionnelles : elles sont d’excellents conducteurs d’électricité, stables mécaniquement et peu coûteuses. Ils offrent de bons rapports signal sur bruit et la possibilité de construire des capteurs miniatures et à usage unique.

Qu’ont fait les chercheurs ?

Dans cette étude, l’équipe a proposé la production d’une électrode crayon en graphite recouverte de nanoaiguilles de sélénium (Se/PGE) pour la détection électrochimique de l’hydrazine à l’aide d’une simple approche de dépôt en bain chimique.

L’électrode en graphite crayon revêtue de nanoaiguilles de sélénium a été testée pour la détection d’hydrazine dans des échantillons standard et réels.

Conclusions importantes de l’étude

Cette étude a déposé des nanoparticules de sélénium sur une électrode crayon en graphite en utilisant une approche de dépôt par bain chimique (CBD) pour la détection d’hydrazine.

Même en présence d’interférences multiples, le capteur développé affiche une large plage de détection linéaire, une limite de quantification de 90 nM, une faible limite de détection et une sensibilité élevée à l’hydrazine.

Le capteur développé a démontré une bonne cohérence et reproductibilité. L’électrode crayon en graphite recouverte de nanoaiguilles de sélénium a montré une bonne récupération dans des échantillons d’eau réels pour la détection d’hydrazine.

L’électrode en graphite crayon revêtue de nanoaiguilles de sélénium a été utilisée efficacement pour la détection écologique, économique et rapide de l’hydrazine dans les environnements aquatiques.

Cette approche a jeté les bases du développement de plates-formes de détection hautes performances pour la détection d’hydrazine à l’aide de la méthode de dépôt par bain chimique.

Référence

Sumaya Ishtiaq, MS, Rasul, S., Zia, AW, Siller, L. et Chotana, GA (2022). Nanoaiguilles de sélénium déposées sur une électrode crayon en graphite pour la détection d’hydrazine. ACS Appliqué Nano Matériaux. Disponible sur : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c02475

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