Ismeretbővítő kutatás (alap- elméleti kutatás)

mágneses nanorészecskék beépítése, hangolható mágneses elektródok

Ezen a területen különböző vezető polimerek mágneses nanorészecskékkel alkotott kompozitjait állítottuk elő mind vizes, mind szerves közegben. Szuperparamágneses vas-oxid (maghemit) részecskék esetén mag-héj szerkezetű kompozit nyerhető, amelyben a mágneses anyag a poli(3-oktiltiofén) mátrixába mintegy 5 tömeg % mennyiségben épülhet be. Az ilyen szerkezet kialakulásának hátterében az áll, hogy a szintézis során a jelenlévő maghemit nanorészecskék gócként működnek, és a képződő polimer azokra válik le. Magnetit nanorészecskék tiofén-3-ecetsav polimerjébe történő beépítése esetén az infravörös spektroszkópiás mérések során a spektrumban bekövetkező változások közvetlen bizonyítékot szolgáltattak a monomernek a felületi –OH csoportokkal rendelkező vas-oxid nanorészecskék felületén történő kemiszorpciójára. Szemléletesen fogalmazva azt mondhatjuk, hogy mivel a nanorészecskék felületét magával a tiofén-3-ecetsavval, a később polimerizálni kívánt monomerrel borítottuk, „hidat” képeztünk a magnetit részecskék és a polimer között. A fenti adszorpciós kölcsönhatást kihasználva sikerrel állítottunk elő kémiai szintézissel poli(tiofén-3-ecetsav) / magnetit hibrideket, melyek magnetittartalma egészen 20 m/m%-ig volt növelhető. A kompozitok szuperparamágneses viselkedést mutattak, a telítési mágnesezettségi értékek pedig hangolhatónak bizonyultak a kiindulási magnetit mennyiséggel. Ezen az elven az általunk alkalmazott elektrokémiai módszer sikeresen működött vékonyrétegek előállítására. A polimerizáció során regisztrált tömegváltozások igazolták, hogy a polimerizációs elegy magnetit mennyiségének változtatásával a kompozitok magnetittartalma szabályozható, és egészen 80 tömeg%-ig növelhető. Felderítettük, miként épül be a magnetit polipirrolba kálium-tetraoxalát jelenlétében. Infravörös spektroszkópiás mérésekkel igazoltuk, hogy a nanorészecskék felülete – a képződő vas-oxalátoknak köszönhetően – negatív töltésűvé vált, és ennek segítségével a töltéskompenzáció részeként épülnek be az oxidatív polimerizáció során. A polimerizáció során regisztrált EQCM adatok szerint ~27 tömeg% magnetitet sikerült rögzítenünk a polipirrol mátrixában. E módszerrel elsőként építettünk be sikeresen magnetit nanorészecskéket a poli(3,4-etilén-dioxi-tiofén), illetve a polianilin mátrixába is. A mágneses tulajdonságú nanorészecskék vezető polimerbe történő beépítésével előállított összetett anyagokat számos alkalmazásban már felhasználják, a mágneses szeparációtól kezdve a szenzorokon át a mikrohullámú árnyékolásig . Az így szintetizált rétegeket elektródokként alkalmazva tanulmányoztuk elektrokatalitikus hatásukat az oxigén- és a hidrogén-peroxid redukciós folyamatokra. Bizonyítottuk, hogy a fény hatása nem a redukciós mechanizmus váltásában, hanem az oxigén és fénnyel gerjesztett vezető polimer kölcsönhatásából kialakuló intermedier, a hidrogén-peroxid bontásában, valamint, hogy a magnetit felületén B12 vitamint adszorbeáltatva az feldúsítható vezető polimer rétegben. Így a jövőben elektro-biotechnológiai folyamatokban hasznosítható elektród is készíthető.