Search academic texts

Registration Number

0823U101374, PhD dissertation

Title

Mechanisms of formation and influence of perovskite nanocrystals and laser-induced periodic surface structures on the properties of electrochemical analytical systems

Author

Volodymyr Vasylkovskyi,

popup.head Mykola Slipchenko
popup.opponent Yaroslav Lepikh
popup.opponent Iryna Yermolenko
popup.review Longin Lisetski
popup.review Vladyslav Seminko

Status

Доктор філософії, 105, Прикладна фізика та наноматеріали

Date

20-12-2023

Description

Дисертаційна робота присвячена встановленню механізмів впливу нанокристалів (НК) зі структурою перовскіту та лазер-індукованих періодичних поверхневих структур (ЛІППС) на електрохемілюмінесцентні (ЕХЛ) та електрохімічні властивості електродів електрохімічних аналітичних систем. Досліджено механізми формування методом імпульсної лазерної абляції багатокомпонентних НК, які мають потенціал їх застосування в електрохімічних аналітичних системах в якості модифікаторів поверхні робочих електродів. Електрохімічні методи досліджень відіграють важливу роль та мають значні перспективи в аналітичних дослідженнях завдяки таким властивим їм перевагам, як чутливість, простота використання, універсальність та швидкість. Електрохімічні аналітичні системи потребують не лише покращення вищезазначених параметрів, а й підвищення точності, стабільності, відтворюваності результатів вимірювань, реакційної здатності електродів, а також розширення переліку речовин які можливо детектувати, тощо. У класичних електрохемілюмінесцентних аналітичних системах широко використовуються скловуглецеві поліровані електроди у комбінації з плівками які можуть містити обмежений перелік люмінофорів. У свою чергу, відомі люмінофори є стабільними не у всіх ЕХЛ системах через те, що вони можуть деградувати впродовж багаторазових вимірювань, а також мають обмежений перелік аналітів з якими вони взаємодіють. Формування та дослідження нових матеріалів з покращеними властивостями, для модифікації електродів електрохмічних аналітичних систем, можуть забезпечити розширення переліку речовин, що можуть бути детектовані, та підвищити інтенсивність електрохемілюмінесцентної реакції поблизу поверхні робочого електроду. Застосування наноструктур для модифікації робочих електродів є також перспективним способом вирішення проблеми нестабільності люмінофорів у рідинах під час циклічної вольтамперометрії. Застосування матеріалів зі структурою перовскіту відкриває нові можливості в задачах електроаналітичної хімії. Нанокристали перовскітів знаходять все більш широке застосування у сферах оптоелектроніки, сонячній енергетиці, переробці шкідливих сполук, розщеплення води і мають перспективи використання у електрохімічних аналітичних системах завдяки їх сильній та стійкій люмінесценції. Завдяки особливостям кристалічної структури, НК зі структурою перовскіту мають унікальні оптичні та електрофізичні властивості які можна налаштувати шляхом зміни складу матеріалу. Найчастіше, НК перовскітів синтезують хімічними методами, наприклад, методами hot-injection (укр. гарячої інжекції) та ligand assisted reprecipitation (укр. переосадження за допомогою лігандів, LARP). НК перовскітів які отримані хімічними методами, для електрохімічних досліджень рідин, притаманні недоліки: нестабільність у полярних розчинах, які мають широке застосування для ЕХЛ досліджень біологічних зразків; а також негативний вплив на ЕХЛ вимірювання з боку лігандів, які формують НК, на речовини які приймають участь електрохімічній реакції. Вищезазначені недоліки НК перовскітів можливо усунути використанням наступних підходів: шляхом підвищення реакційної здатності хімічно-синтезованих НК УФ-опроміненням з подальшою їх стабілізацією за допомогою полімерів; шляхом формування НК перовскітів методом імпульсної лазерної абляції. Для дослідження стабільності та електрохімічних властивостей НК перовскітів було використано неорганічні НК CsPbBr3 зі структурою перовскіту, синтезовані методом LARP. З метою отримання інформації про стабільність, структурні та оптичні характеристики НК CsPbBr3 під впливом УФ-опромінення, було використано наступні методи: просвічуюча електронна мікроскопія (ПЕМ), УФ-Вид спектроскопія, ЦВАМ, ЕХЛ вимірювання. Перед модифікацією робочих електродів, поверхню НК CsPbBr3 було «активовано» короткотривалим УФ опромінюванням та стабілізовано шляхом їх інкорпорації в полімер поліметілметакрелат (ПММА). Стабілізовані НК CsPbBr3 в подальшому були застосовані для модифікації полірованих скловуглецевих робочих електродів у вигляді тонких плівок за допомогою методів spin-coating та drop-casting. Встановлено переваги методу spin-coating для формування функціональних плівок з товщиною яка не перешкоджає проходженню ЕХЛ реакції та з рівномірним розподіленням наночастинок по поверхні електроду. Електрохімічні властивості робочих електродів, модифікованих функціональними плівками з НК CsPbBr3, було досліджено методами ЦВАМ у фосфатному буферному розчині. Проведені ЕХЛ вимірювання з використанням модифікованих електродів дозволили встановити, що ефект «активації» НК CsPbBr3 за допомогою короткотривалого УФ випромінювання забезпечує отримання стабільного ЕХЛ сигналу зі співреагентом трипропіламіном, який виступає в якості біологічної речовини яка детектується.