grafen oksidin sülfürik ve fosforik asit varlığında indirgenmesi ve elektroanalitik uygulamalarının

122 Pages·2014·3.44 MB·Turkish

GRAFEN OKSİDİN SÜLFÜRİK VE FOSFORİK ASİT VARLIĞINDA
İNDİRGENMESİ VE ELEKTROANALİTİK UYGULAMALARININ
ARAŞTIRILMASI

Engin ER

YÜKSEK LİSANS TEZİ
KİMYA ANABİLİM DALI

GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ARALIK 2013
ANKARA
Engin ER tarafından hazırlanan “GRAFEN OKSĠDĠN SÜLFÜRĠK VE
FOSFORĠK ASĠT VARLIĞINDA ĠNDĠRGENMESĠ VE ELEKTROANALĠTĠK
UYGULAMALARININ ARAġTIRILMASI” adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi
olarak uygunluğunu onaylarım.

Doç. Dr. Hüseyin ÇELĠKKAN ..................................
Tez DanıĢmanı, Kimya Anabilim Dalı

Bu çalıĢma, jürimiz tarafından oy birliği ile Kimya Anabilim Dalında Yüksek
Lisans tezi olarak kabul edilmiĢtir.

Prof. Dr. Orhan ATAKOL ...................................
Kimya Anabilim Dalı, Ankara Üniversitesi

Doç. Dr. Hüseyin ÇELĠKKAN ...................................
Kimya Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Prof. Dr. Hasan AYDIN ...................................
Kimya Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Tez Savunma tarihi: 25/12/2013
Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans
derecesini onamıĢtır.

Prof. Dr. ġeref SAĞIROĞLU ...................................
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
TEZ BİLDİRİMİ

Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranıĢ ve akademik kurallar çerçevesinde
elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak
hazırlanan bu çalıĢmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf
yapıldığını bildiririm.

Engin ER
iv

GRAFEN OKSĠDĠN SÜLFÜRĠK VE FOSFORĠK ASĠT VARLIĞINDA
ĠNDĠRGENMESĠ VE ELEKTROANALĠTĠK UYGULAMALARININ
ARAġTIRILMASI
(Yüksek Lisans Tezi)

Engin ER

GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
Aralık 2013

ÖZET

Bu çalıĢmada, grafen oksitin sülfürik asit ve fosforik asit varlığında su
eliminasyon tepkimesi ile indirgenmesi sonucu elde edilen yüksek
kalitede grafenin sentezi incelenmiĢtir (H SO -G ve H PO -G). Burada,
2 4 3 4
daha önce literatürde bulunmayan tek basamaklı bir indirgeme
yöntemiyle grafen sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Asidik yöntem olarak
adlandırdığımız indirgenme yönteminin, toksik reaktifler içermemesi,
kolay saflaĢtırılması ve yüksek kalitede grafen vermesi yöntemin önemli
avantajlarıdır. Sentezlenen grafenler spektroskopik yöntemlerle
karakterize edilmiĢ ve daha sonra modifiye elektrot yapımında
kullanılmıĢtır. GeliĢtirilen modifiye grafen elektrotlar ile biyo öneme
sahip dopamin (DA) ve ürik asitin (UA) elektrokimyasal tayini
dönüĢümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV)
yöntemleri kullanılarak yapılmıĢtır. H SO –G ve H PO –G elektrotlar, DA
2 4 3 4
ve UA’nın oksidasyonuna karĢı yüksek elektrokatalitik aktivite
göstermiĢtir. H SO –G ve H PO –G elektrotlarla yapılan DA analizinde
2 4 3 4
gözlenebilme sınırları sırasıyla 0,2214 ve 0,0916 µM, UA analizinde
gözlenebilme sınırları ise 0,2710 ve 0,1421 µM olarak bulunmuĢtur.
(S/N=3) GeliĢtirilen modifiye grafen elektrotların uygunluğu, gerçek
numune analizinde kullanılarak araĢtırılmıĢtır. Elde edilen veriler,
v

ölçülen değer ile gerçek değer arasında %95 güven seviyesinde anlamlı
bir fark olmadığını göstermiĢtir. Sonuçlar, geliĢtirilen modifiye grafen
elektrotların DA ve UA tayininde son derece hassas, kararlı ve seçici
olduğunu göstermiĢ ve rutin analizler için gelecek vaat eden alternatif
bir elektrot olarak karĢımıza çıkmıĢtır.

Bilim Kodu : 201.1.004
Anahtar Kelimeler : ĠndirgenmiĢ grafen oksit, grafen elektrot,
elektroanalitik, dopamin , ürik asit
Sayfa Adedi : 103
Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Hüseyin ÇELĠKKAN
vi

REDUCTION OF GRAPHENE OXIDE WITH SULFURIC AND
PHOSPHORIC ACIDS AND INVESTIGATION OF ITS
ELECTROANALYTICAL APPLICATIONS
(M. Sc. Thesis)

Engin ER

GAZĠ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APLLIED SCIENCES
December 2013

ABSTRACT

This study concerns with the synthesis of high-quality graphene with
the water elimination reaction in the presence of sulfuric and
phosphoric acids (H SO –G and H PO –G). Graphene was synthesized
2 4 3 4
with single-step reduction method which was not encountered in the
literature before. This method called as the acidic method has big
advantages such as absence of toxic products, ease of purification and
high-quality graphene yield. Graphene synthesized were characterized
by the spectroscopic methods and used for the fabrication of modified
electrodes. The modified graphene electrodes developed were used in
the electrochemical determination of biologically significant
compounds such as dopamine (DA) and uric acid (CA) by the use of
cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV).
H SO –G and H PO –G electrodes showed a high electrocatalytic
2 4 3 4
activity towards the oxidation of both DA and UA. The detection limits
of DA carried out with both H SO –G and H PO –G electrodes were
2 4 3 4
found to be 0,2214 and 0,0916 µM. The corresponding values for the
analysis of UA were 0,2710 and 0,1421 µM (S/N=3).The suitability of the
modified graphene electrodes developed were determined by the use of
real samples. The data showed no significant difference between the
vii

real and the measured values in 95% confidence level. The results
showed that the modified graphene electrodes developed gave highly
sensitive, stable and selective behavior towards the oxidation of DA
and UA which were very promising for an alternative electrode for
routine analysis.

Science Code : 201.1.004
Key Words : Reduced graphene oxide, graphene electrode,
electroanayltical, dopamine, uric acid
Page Number : 103
Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Hüseyin ÇELĠKKAN
viii

TEġEKKÜR

ÇalıĢmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren ve
hiçbir konuda desteğini esirgemeyen saygıdeğer hocam Doç. Dr. Hüseyin
ÇELĠKKAN ’a emekleri için sonsuz teĢekkür ediyorum.

ÇalıĢmalarım sırasında bilgi birikimi ve tecrübelerinden faydalandığım sayın
hocam Prof. Dr. M. Levent AKSU, Prof. Dr. Hasan AYDIN, Prof. Dr. Orhan
ATAKOL ve AraĢ. Gör. Dr. Serkan YAVUZ ’a

ÇalıĢmalarıma katkıda bulunan Metehan YAZICIOĞLU ’na

Laboratuvar arkadaĢlarım Berna KOÇAK, Melike KARAKAYA ve Ömer
ÖZKAYA ’ya

Maddi manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ve her konuda yanımda
olan aileme, özellikle de beni bu yaĢa getiren, eğitimim için her türlü
fedakârlığı yapan canım annem ve babama teĢekkürü bir borç bilirim.
ix

ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ÖZET ........................................................................................................... iv
ABSTRACT .................................................................................................. vi
TEġEKKÜR................................................................................................. viii
ĠÇĠNDEKĠLER .............................................................................................. ix
ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ ............................................................................. xii
ġEKĠLLERĠN LĠSTESĠ ................................................................................. xiii
RESĠMLERĠN LĠSTESĠ ............................................................................... xvii
SĠMGELER VE KISALTMALAR ................................................................ xviii
1. GĠRĠġ ........................................................................................................ 1
2. KURAMSAL TEMELLER ........................................................................... 4
2.1. Temel Bilgiler ..................................................................................... 4
2.2. Karbon Yapısı ve Allotrop .................................................................. 5
2.2.1. Grafit ........................................................................................ 5
2.2.2. Fullerenler ................................................................................ 6
2.2.3. Karbon nanotüp ....................................................................... 6
2.2.4. Grafen ...................................................................................... 7
2.3. Grafen Sentez Yöntemleri ................................................................. 8
2.3.1. Fiziksel yöntemlerle grafen sentezi .......................................... 9
2.3.2. Kimyasal yöntemlerle grafen sentezi ..................................... 13
2.4. Alkollerden su eliminasyon tepkimesi ile alken eldesi ...................... 15
2.5. Karakterizasyon Yöntemleri ............................................................. 16
2.5.1. X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) .......................... 16
2.5.2. Fourier dönüĢümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ............... 18
2.5.3. Raman spektroskopisi ........................................................... 21
2.5.4. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) .......................................... 22
x

Sayfa
2.5.5. Termogravimetrik analiz (TGA) .............................................. 24
2.5.6. X-ıĢını kırınım spektroskopisi (XRD) ...................................... 25
2.6. Elektroanalitik Yöntemler ................................................................. 27
2.6.1. Voltametrik yöntemler ............................................................ 28
2.7. Analizde Kullanılacak Biyo Öneme Sahip Moleküller ....................... 35
2.7.1. Dopamin ................................................................................ 35
2.7.2. Ürik asit .................................................................................. 37
3. KAYNAK ARAġTIRMASI ........................................................................ 39
4. MATERYAL VE METOT ......................................................................... 44
4.1. Elektrokimyasal Ölçüm Sistemi ....................................................... 44
4.2. Kullanılan Elektrotlar ........................................................................ 45
4.3. ÇalıĢma Elektrotlarının Temizlenmesi ............................................. 45
4.4. Kullanılan Diğer Cihazlar ................................................................. 46
4.5. Kullanılan Kimyasal Maddeler ......................................................... 46
4.6. Kullanılan Çözeltiler ......................................................................... 47
4.6.1. Destek elektrolit çözeltilerinin hazırlanması ........................... 47
4.6.2. Ġncelenen bileĢiklerin çözeltilerinin hazırlanması ................... 48
4.6.3. Kan ve idrar numunelerinin analiz çözeltilerinin hazırlanması 48
4.6.4. Standart referans ferrisiyanür çözeltilerinin hazırlanması ...... 48
4.6.5. DönüĢümlü voltametri (CV) deneylerinin yapılıĢı ................... 48
4.6.6. Diferansiyel puls voltametri (DPV) deneylerinin yapılıĢı ......... 49
4.7. Grafen Oksit ve Grafen Nanotabakaların Sentezi ............................ 49
4.7.1. Grafen oksit tabakaların sentezi ............................................ 49
4.7.2. Grafen tabakaların sentezi ..................................................... 50
4.8. Modifiye Grafen Elektrotların Hazırlanması ...................................... 51
5. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIġMA ................................................ 52