KR20240163456A - Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst - Google Patents
Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240163456A KR20240163456A KR1020230060742A KR20230060742A KR20240163456A KR 20240163456 A KR20240163456 A KR 20240163456A KR 1020230060742 A KR1020230060742 A KR 1020230060742A KR 20230060742 A KR20230060742 A KR 20230060742A KR 20240163456 A KR20240163456 A KR 20240163456A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- galvanic cell
- electrode
- hydrogen peroxide
- opening
- bipolar electrode
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 28
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 105
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 31
- 238000012216 screening Methods 0.000 title claims description 18
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 51
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 26
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 abstract description 26
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 63
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 45
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 45
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000000412 dendrimer Substances 0.000 description 20
- 229920000736 dendritic polymer Polymers 0.000 description 20
- PKYCWFICOKSIHZ-UHFFFAOYSA-N 1-(3,7-dihydroxyphenoxazin-10-yl)ethanone Chemical compound OC1=CC=C2N(C(=O)C)C3=CC=C(O)C=C3OC2=C1 PKYCWFICOKSIHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 17
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 16
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- LVSPDZAGCBEQAV-UHFFFAOYSA-N 4-chloronaphthalen-1-ol Chemical compound C1=CC=C2C(O)=CC=C(Cl)C2=C1 LVSPDZAGCBEQAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 description 11
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- HSSLDCABUXLXKM-UHFFFAOYSA-N resorufin Chemical compound C1=CC(=O)C=C2OC3=CC(O)=CC=C3N=C21 HSSLDCABUXLXKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 9
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 229920000962 poly(amidoamine) Polymers 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 6
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 5
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 5
- AJYJVLLVCBQLNF-UHFFFAOYSA-N 1-(3,7-dihydroxy-10h-phenoxazin-1-yl)ethanone Chemical compound O1C2=CC(O)=CC=C2NC2=C1C=C(O)C=C2C(=O)C AJYJVLLVCBQLNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012916 chromogenic reagent Substances 0.000 description 2
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UAIUNKRWKOVEES-UHFFFAOYSA-N 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine Chemical compound CC1=C(N)C(C)=CC(C=2C=C(C)C(N)=C(C)C=2)=C1 UAIUNKRWKOVEES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020427 K2PtCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
-
- 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
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
구동전극 없이 자발적으로 산화-환원반응이 진행되는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 단부(End part) 및 상기 제1 단부와 대향되는 제2 단부를 포함하는 양극성 전극; 및 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 사이를 덮는 커버부; 를 포함하고, 상기 커버부는, 상기 제1 단부가 노출되는 제1 개구부 및 상기 제2 단부가 노출되는 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 단부 및 제2 단부는 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질된 것인, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 제공된다.A bipolar electrode-based galvanic cell in which a redox reaction spontaneously proceeds without a driving electrode is provided. According to one aspect of the present invention, a bipolar electrode-based galvanic cell is provided, comprising: a substrate; a bipolar electrode disposed on the substrate and including a first end part and a second end opposite to the first end; and a cover part covering between the first end part and the second end part; wherein the cover part includes a first opening through which the first end part is exposed and a second opening through which the second end part is exposed, and the first end part and the second end part are modified with catalyst particles which are the same as or different from each other.
Description
본 발명은 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에 관한 것으로, 보다 구체적으로 양극성 전극 기반 갈바닉 셀, 과산화수소 센서 및 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a bipolar electrode-based galvanic cell, and more particularly, to a bipolar electrode-based galvanic cell, a hydrogen peroxide sensor, and a screening device for a catalyst for oxygen reduction reaction.
양극성 전극은 외부 도선 연결 없이 전극으로 작용하여 다수의 양극성 전극을 쉽게 어레이(Array) 형태로 집적하여 다량/다종의 시료 센싱 시스템으로 활용 가치가 높다. 그러나 양극성 전극은 외부 도선의 연결 없이 전극으로 작용하기 때문에 직접적인 전류 측정에 어려움이 있었다. Bipolar electrodes function as electrodes without external conductor connections, and thus have high value for use as a mass/various sample sensing system by easily integrating multiple bipolar electrodes into an array form. However, since bipolar electrodes function as electrodes without external conductor connections, direct current measurement has been difficult.
양극성 전극을 이루는 소재의 일 예시인 인듐주석산화물(Indium tin oxide; ITO)은 높은 전기전도도와 광학적으로 투명한 특성을 동시에 갖고 있기 때문에, 투명 전극 재료로 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 인듐주석산화물은 액정 디스플레이, 평판 디스플레이, 플라스마 디스플레이, 터치스크린, 전자종이, 유기발광다이오드, 태양전지, 정전기방지 코팅, 전자 방해 차폐물 등의 분야에서 전도성 코팅의 목적으로 사용되고 있다. 또한, 인듐주석산화물은 다양한 광학적 코팅, 건축물이나 자동차에서 가장 주목되는 적외선 반사 코팅 재료 등으로도 사용되며 가스 센서, 반사방지 코팅, 빅셀(Vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL) 레이저에서 확대 반사경 등으로 사용되어 그 용도가 확대되고 있다.Indium tin oxide (ITO), an example of a material that forms a bipolar electrode, is widely used as a transparent electrode material because it has both high electrical conductivity and optical transparency. For example, indium tin oxide is used for conductive coating purposes in the fields of liquid crystal displays, flat panel displays, plasma displays, touch screens, electronic paper, organic light-emitting diodes, solar cells, antistatic coatings, and electromagnetic interference shields. In addition, indium tin oxide is used as a material for various optical coatings, infrared reflective coatings that are most notable in buildings and automobiles, and its uses are expanding as it is used in gas sensors, antireflection coatings, and magnifying reflectors in Vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs).
그런데, 일반적인 양극성 전극을 기반으로 하는 전기화학 시스템은 외부에서 전압을 인가하는 구동전극(Driving electrode)을 통해 양극성 전극의 양 단부에서 패러데이 반응(Faradaic reactions)을 위한 전위 차이를 필요로 할 수 있다. 이를 구현하기 위해서는 전기콘센트에 연결할 수 있는 연결단자가 추가적으로 필요한 문제점이 있었다. However, electrochemical systems based on general bipolar electrodes may require a potential difference between the two ends of the bipolar electrode for Faradaic reactions through a driving electrode that applies voltage from the outside. In order to implement this, there was a problem in that an additional connector that could be connected to an electrical outlet was required.
본 발명의 목적은, 전압을 인가하는 구동전극 없이도 자발적인 산화-환원반응을 진행할 수 있는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a bipolar electrode-based galvanic cell capable of carrying out a spontaneous oxidation-reduction reaction without a driving electrode that applies voltage.
본 발명의 다른 목적은, 자발적인 산화-환원반응으로 인한 패러데이 전류의 양을 형광 또는 비색 측정을 통해 광학적으로 판독할 수 있는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a bipolar electrode-based galvanic cell in which the amount of faradaic current resulting from a spontaneous redox reaction can be optically read via fluorescence or colorimetric measurements.
본 발명의 또 다른 목적은 과산화수소를 광학적으로 검출할 수 있는 과산화수소 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hydrogen peroxide sensor capable of optically detecting hydrogen peroxide.
본 발명의 또 다른 목적은 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a screening device for a catalyst for oxygen reduction reaction.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 단부(End part) 및 상기 제1 단부와 대향되는 제2 단부를 포함하는 양극성 전극; 및 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 사이를 덮는 커버부; 를 포함하고, 상기 커버부는, 상기 제1 단부가 노출되는 제1 개구부 및 상기 제2 단부가 노출되는 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 단부는, 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질된 것인, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 제공된다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a bipolar electrode-based galvanic cell is provided, comprising: a substrate; a bipolar electrode disposed on the substrate and including a first end part and a second end opposite the first end; and a cover part covering between the first end part and the second end; wherein the cover part includes a first opening through which the first end part is exposed and a second opening through which the second end part is exposed, and the first and second ends are modified with catalyst particles that are the same as or different from each other.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기 제1 측면에 있어서 상기 제1 단부는 산화전극이고, 상기 제2 단부는 환원전극일 수 있다.According to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the first end may be an oxidation electrode, and the second end may be a reduction electrode.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 제1 또는 제2 측면에 있어서 상기 제1 단부를 개질하는 제1 나노입자 및 상기 제2 단부를 개질하는 제2 나노입자를 포함할 수 있다.According to a third aspect of the present invention, the first or second aspect may include a first nanoparticle modifying the first end and a second nanoparticle modifying the second end.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제3 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 제1 및 제2 나노입자는 각각 독립적으로 단일금속, 합금 다종금속, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자, 또는 코어-쉘 구조의 나노입자일 수 있다.According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the first and second nanoparticles may each independently be a single metal, an alloy multi-metal, a nanoparticle encapsulated with a dendrimer, or a nanoparticle having a core-shell structure.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 상기 제4 측면에 있어서 상기 단일금속은 Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하고, 상기합금 다종금속 및 상기 코어-쉘 구조의 나노입자는 각각 독립적으로 Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 포함할 수 있다.According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the single metal includes one selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe, and Cu, and the alloy multi-metal and the core-shell structured nanoparticles may each independently include two or more selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe, and Cu.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서 상기 제1 개구부는, 그 내부에 색상표시물질을 포함하고, 상기 제2 개구부는, 그 내부에 대상물질을 포함할 수 있다.According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the first opening may include a color indicator material therein, and the second opening may include a target material therein.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 상기 제6 측면에 있어서 상기 색상표시물질은, 발색물질(Chromogenic material), 및 형광물질(Fluorogenic material) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.According to the seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the color indicator material may include at least one of a chromogenic material and a fluorescent material.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 상기 제6 측면에 있어서 상기 대상물질은 산소용액 또는 과산화수소 용액을 포함할 수 있다.According to the eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the target material may include an oxygen solution or a hydrogen peroxide solution.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나에 있어서 염 다리(Salt bridge)를 더 포함하는, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 제공될 수 있다.According to a ninth aspect of the present invention, a bipolar electrode-based galvanic cell can be provided, further comprising a salt bridge in any one of the first to eighth aspects.
본 발명의 제10 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는, 과산화수소 센서가 제공될 수 있다.According to a tenth aspect of the present invention, a hydrogen peroxide sensor can be provided, comprising a bipolar electrode-based galvanic cell according to any one of the first to ninth aspects.
본 발명의 제11 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는, 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치가 제공될 수 있다.According to an eleventh aspect of the present invention, a screening device for a catalyst for oxygen reduction reaction can be provided, comprising a galvanic cell based on a bipolar electrode according to any one of the first to ninth aspects.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The above-mentioned solution to the problem does not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail by referring to the specific examples below.
본 발명의 일 측면(Aspect)에 따르면, 전압을 인가하는 구동전극 없이도 자발적인 산화-환원반응을 진행할 수 있는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a bipolar electrode-based galvanic cell capable of carrying out a spontaneous oxidation-reduction reaction without a driving electrode applying voltage can be provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자발적인 산화-환원반응으로 인한 패러데이 전류의 양을 형광 또는 비색 측정을 통해 광학적으로 판독할 수 있는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a bipolar electrode-based galvanic cell can be provided in which the amount of faradaic current resulting from a spontaneous redox reaction can be optically read via fluorescence or colorimetric measurements.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 과산화수소를 광학적으로 검출할 수 있는 과산화수소 센서 또는 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a hydrogen peroxide sensor capable of optically detecting hydrogen peroxide or a screening device for a catalyst for oxygen reduction reaction can be provided.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention are described below together with the specific contents for carrying out the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는 과산화수소 센서의 모식도이다.
도 3은 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 제1 단부 및 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질된 시편 (i), 상기 시편 (i)와 달리 제2 단부가 합성예 2(Au200)로 개질된 대조군 시편 (ii), 및 상기 시편 (i)와 달리 과산화수소 용액이 제2 개구부에 채워지지 않는 대조군 시편 (iii)의 광학이미지(Optical image)이다.
도 4는 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 과산화수소의 농도가 50 내지 2,000 μM로 조절됨에 따라 달라지는 형광(x103 a.u) 스펙트럼이다.
도 5의 (a)는 Pt 나노입자의 존재 하에 4-클로로-1-나프톨(4-CN)이 산화되어 벤조-4-클로로헥사디에논(4-CD)으로 변환되는 반응식이고, 도 5의 (b)는 실시예 2-1의 과산화수소 센서의 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과이며, 도 5의 (c)는 과산화수소의 농도에 따른 실시예 2-1의 과산화수소 센서의 색도 세기(Colorimetric intensity)에 관한 프로파일이다.
도 6의 (a)는 실시예 2-2의 과산화수소 센서의 산화-환원반응이 일어나는 모식도이고, 도 6의 (b)는 실시예 2-2의 과산화수소 센서(ii, iv)를 포함하는 3전극 시스템의 순환전압전류법(Cyclic voltammetry) 결과(Cyclic voltammogram)이며, 도 6의 (c)는 1 mM의 [Fe(CN)6]3-을 포함하는 100 mM의 KNO3를 (i) 작업전극인 ITO 전극을 포함하는 3전극 시스템 시편 및 (ii) Pt/ITO 전극을 포함하는 3전극 시스템 시편에 적용한 순환전압전류법 결과이다.
도 7의 (a)는 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치의 자발적 산화-환원반응을 나타내는 모식도이고, 도 7의 (b)는 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치(ii)와 대조군 (i) 및 (iii) 시편의 3전극 시스템의 순환전압전류법(Cyclic voltammetry) 결과이며, 도 7의 (c)는 제2 개구부에 산소가 포화된 100 mM 아세테이트 버퍼(pH=4.0)를 채운 다음 반응시간이 1분이 경과된 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치(i) 및 상기 장치 (i)과 달리 제2 개구부에 질소가 포화된 100 mM 아세테이트 버퍼(pH=4.0)를 채운 대조군 장치 (ii) 각각의 광학이미지이다.
도 8의 (a)는 실시예 3의 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 원형의 제1 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질된 경우, 팬 모양(Fan-shaped)의 제2 단부가 각각 합성예 1-2(Pt350), 합성예 1-3(Pt550) 및 합성예 1-4(Pt1320), 합성예 2(Au200), 및 비교합성예 1(Pt/C)로 개질된 모식도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 제1 단부(Anode)에 관한 광학현미경 사진이고, 도 8의 (c)는 도 8의 (b)에서 시간(s)의 경과에 따른 흰색 원(i~v) 영역의 각각의 형광세기를 나타낸 것이며, 도 8의 (d)는 제1 단부 영역의 3.8초에서 3D 공초점 형광이미지(3D confocal fluorescence image)이고, 도 8의 (e)는 도 8의 (a) 내지 (d)를 실험하는 과정에서 형광이미지인 상부 이미지와 광학이미지인 하부 이미지가 결합된 이미지이다.Figure 1 is a bipolar electrode-based galvanic cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a hydrogen peroxide sensor including a bipolar electrode-based galvanic cell according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is an optical image of a specimen (i) in which the first end and the second end of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2 are modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), a control specimen (ii) in which the second end is modified with Synthesis Example 2 (Au 200 ) unlike the specimen (i), and a control specimen (iii) in which the second opening is not filled with a hydrogen peroxide solution unlike the specimen (i).
Figure 4 is a fluorescence (x10 3 au) spectrum that changes as the concentration of hydrogen peroxide in the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2 is adjusted from 50 to 2,000 μM.
Figure 5 (a) is a reaction scheme for the oxidation of 4-chloro-1-naphthol (4-CN) to benzo-4-chlorohexadienone (4-CD) in the presence of Pt nanoparticles, Figure 5 (b) is a UV-vis absorption spectrum result of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-1, and Figure 5 (c) is a colorimetric intensity profile of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-1 according to the concentration of hydrogen peroxide.
FIG. 6 (a) is a schematic diagram showing the oxidation-reduction reaction of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2, FIG. 6 (b) is a cyclic voltammetry result (cyclic voltammogram) of a three-electrode system including the hydrogen peroxide sensor (ii, iv) of Example 2-2, and FIG. 6 (c) is a cyclic voltammetry result applied to (i) a three-electrode system specimen including an ITO electrode as a working electrode and (ii) a three-electrode system specimen including a Pt/ITO electrode, with 100 mM KNO 3 containing 1 mM [Fe(CN) 6 ] 3-.
FIG. 7(a) is a schematic diagram showing a spontaneous oxidation-reduction reaction of a screening device for an oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2, FIG. 7(b) is the cyclic voltammetry results of a three-electrode system of a screening device (ii) for an oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2 and control groups (i) and (iii) specimens, and FIG. 7(c) is an optical image of a screening device (i) for an oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2 after 1 minute of reaction time by filling the second opening with 100 mM acetate buffer (pH=4.0) saturated with oxygen, and a control group (ii) which, unlike device (i), has its second opening filled with 100 mM acetate buffer (pH=4.0) saturated with nitrogen.
Fig. 8 (a) is a schematic diagram of a galvanic cell based on a bipolar electrode of Example 3 in which a circular first end is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), and a fan-shaped second end is modified with Synthesis Example 1-2 (Pt 350 ), Synthesis Example 1-3 (Pt 550 ), Synthesis Example 1-4 (Pt 1320 ), Synthesis Example 2 (Au 200 ), and Comparative Synthesis Example 1 (Pt/C), respectively, Fig. 8 (b) is an optical microscope photograph of the first end (Anode) of Fig. 8 (a), Fig. 8 (c) shows the fluorescence intensity of each of the white circle (i~v) regions over time (s) in Fig. 8 (b), and Fig. 8 (d) is a 3D confocal image of the first end region at 3.8 seconds. This is a fluorescence image (3D confocal fluorescence image), and Fig. 8 (e) is an image in which the upper image, which is a fluorescence image, and the lower image, which is an optical image, are combined during the experiment of Fig. 8 (a) to (d).
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In this specification, singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치범위의 상한과 하한으로의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.The numerical range indicated by the term "to" in this specification refers to a numerical range that includes the values described before and after the term as the lower limit and the upper limit, respectively. When multiple numerical values are disclosed as the upper and lower limits of an arbitrary numerical range, the numerical range disclosed in this specification can be understood as an arbitrary numerical range that uses any one of the multiple lower limit values and any one of the multiple upper limit values as the lower limit and the upper limit, respectively.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 단부(End part) 및 상기 제1 단부와 대향되는 제2 단부를 포함하는 양극성 전극; 및 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 사이를 덮는 커버부; 를 포함하고, 상기 커버부는, 상기 제1 단부가 노출되는 제1 개구부 및 상기 제2 단부가 노출되는 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 단부 및 제2 단부는, 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질된 것인, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 제공된다. 한편, 일반적인 양극성 전극을 기반으로 하는 전기화학 시스템은 외부에서 전압을 인가하는 구동전극(Driving electrode)을 통해 양극성 전극의 양 단부에서 패러데이 반응(Faradaic reactions)을 위한 전위 차이를 필요로 하였다. 이를 구현하기 위해 전기콘센트에 연결할 수 있는 연결단자가 필요한 문제점이 있었다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 자발적인 전기화학반응이 일어날 수 있도록 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부를 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질함으로써 양극성 전극의 제1 단부가 산화반응이 일어나는 산화전극 역할을 수행하고, 제2 단부가 환원반응이 일어나는 환원전극 역할을 수행하도록 유도할 수 있다. 이에 따라 전압을 인가하는 구동전극 없이도 자발적인 산화-환원반응을 진행하며, 자발적인 산화-환원반응으로 인한 패러데이 전류의 양을 형광 및 비색 측정을 통해 광학적으로 판독할 수 있는 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이 구현될 수 있다. 더욱 구체적으로 산화반응이 일어나는 제1 단부가 촉매입자로 개질됨으로써 산화반응이 일어나는 전위가 음의 방향으로 높아지고, 환원반응이 일어나는 제2 단부가 촉매입자로 개질됨으로써 환원반응이 일어나는 전위가 양의 방향으로 높아질 수 있다. 결과적으로 산화전극인 제1 단부의 전위와 환원전극인 제2 단부의 전위 차에 의한 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적인 산화-환원반응이 진행될 수 있다. According to one aspect of the present invention, a bipolar electrode-based galvanic cell is provided, comprising: a substrate; a bipolar electrode disposed on the substrate and including a first end part and a second end opposite the first end; and a cover part covering between the first end part and the second end; wherein the cover part includes a first opening through which the first end part is exposed and a second opening through which the second end part is exposed, and the first end part and the second end are modified with catalyst particles which are the same as or different from each other. Meanwhile, a general bipolar electrode-based electrochemical system requires a potential difference for Faradaic reactions at both ends of the bipolar electrode through a driving electrode which applies voltage from the outside. In order to implement this, there was a problem that a connecting terminal that can be connected to an electrical outlet was required. According to one aspect of the present invention, by modifying the first end and the second end with the same or different catalyst particles so that a spontaneous electrochemical reaction can occur, the first end of the bipolar electrode can be induced to perform the role of an oxidation electrode where an oxidation reaction occurs, and the second end can be induced to perform the role of a reduction electrode where a reduction reaction occurs. Accordingly, a bipolar electrode-based galvanic cell can be implemented, which can perform a spontaneous oxidation-reduction reaction without a driving electrode that applies voltage, and can optically read the amount of faradaic current due to the spontaneous oxidation-reduction reaction through fluorescence and colorimetric measurements. More specifically, when the first end where the oxidation reaction occurs is modified with catalyst particles, the potential at which the oxidation reaction occurs can be increased in the negative direction, and when the second end where the reduction reaction occurs is modified with catalyst particles, the potential at which the reduction reaction occurs can be increased in the positive direction. As a result, the cell potential (△E=E cathode -E anode ) due to the potential difference between the first end, which is the oxidation electrode, and the second end, which is the reduction electrode, becomes higher than 0, so that a spontaneous oxidation-reduction reaction can occur.
이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.Below, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
1. 양극성 전극 기반 갈바닉 셀1. Galvanic cell based on bipolar electrodes
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀이다.Figure 1 is a bipolar electrode-based galvanic cell according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀(100)은 기판(10), 양극성 전극(20), 커버부(30) 및 염 다리(40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a bipolar electrode-based galvanic cell (100) according to the present invention may include a substrate (10), a bipolar electrode (20), a cover part (30), and a salt bridge (40).
본 발명에 따른 기판(10)은 양극성 전극 기반 갈바닉 셀의 세부 구성요소를 전체적으로 지지할 수 있다.The substrate (10) according to the present invention can support the entire detailed components of a bipolar electrode-based galvanic cell.
본 발명에 따른 기판(10)은 유리기판, 플라스틱 기판 및 가요성 기판으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 다만 본 발명의 기술사상이 기판의 재료나 형상에 제한되지 않지만, 전극의 유용성을 고려할 때 광의 투과가 원활한 투명 기판이 바람직할 수 있다.The substrate (10) according to the present invention may be any one selected from the group consisting of a glass substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate. However, although the technical idea of the present invention is not limited to the material or shape of the substrate, a transparent substrate with smooth light transmission may be preferable when considering the usability of the electrode.
본 발명에 따른 양극성 전극(20)은 산화전극에서 나온 전자가 환원전극으로 이동하는 통로 역할을 할 수 있다. The bipolar electrode (20) according to the present invention can serve as a passage through which electrons from the oxidation electrode move to the reduction electrode.
구체적으로 상기 양극성 전극(20)은 제1 단부(20e1) 및 상기 제1 단부(20e1)와 대향되는 제2 단부(20e2) 및 상기 제1 단부(20e1) 및 상기 제2 단부(20e2) 사이에 배치되는 중앙부(20c)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 단부가 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질됨으로써 자발적인 산화-환원반응이 일어날 수 있는 갈바닉 셀이 구현될 수 있다. Specifically, the bipolar electrode (20) may include a first end (20e1), a second end (20e2) opposite to the first end (20e1), and a central portion (20c) disposed between the first end (20e1) and the second end (20e2). According to one embodiment of the present invention, a galvanic cell in which a spontaneous oxidation-reduction reaction can occur can be implemented by modifying the first and second ends with the same or different catalyst particles.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극성 전극(20)의 상면을 기준으로 제1 단부(20e1), 제2 단부(20e2) 및 상기 중앙부(20c)가 차지하는 면적의 비율(제1 단부의 면적: 중앙부의 면적: 제2 단부의 면적)은 1: 0.4: 1 내지 1: 20: 1일 수 있고, 구체적으로 1: 1.7: 1 내지 1: 20: 1일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ratio of the areas occupied by the first end (20e1), the second end (20e2), and the central portion (20c) based on the upper surface of the bipolar electrode (20) (area of the first end: area of the central portion: area of the second end) may be 1:0.4:1 to 1:20:1, and specifically, 1:1.7:1 to 1:20:1.
본 발명에 따른 양극성 전극(20)은 인듐주석산화물(Indium tin oxide; ITO), 불소가 도핑된 산화주석(Fluorine doped tin oxide; FTO), 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT), 탄소페이스트(Carbon paste), 열분해 탄소(Pyrolytic carbon) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만 본 발명의 기술사상이 이에 제한되는 것은 아니고 외부도선의 연결 없이 전기전도성을 띄는 전극이면 모두 적용될 수 있다.The bipolar electrode (20) according to the present invention may include any one selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), carbon nanotubes (CNT), carbon paste, pyrolytic carbon, and combinations thereof. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto, and any electrode that exhibits electrical conductivity without being connected to an external conductor may be applied.
본 발명에 따른 제1 단부(20e1) 및 제2 단부(20e2)는 서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제1 단부(20e1)는 제1 나노입자로 개질된 것이고, 상기 제2 단부(20e2)는, 제2 나노입자로 개질된 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 단부(20e1)가 상기 제1 나노입자로 개질되고 상기 제2 단부(20e2)가 상기 제2 나노입자로 개질됨으로써, 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적으로 산화-환원반응이 일어날 수 있다. 여기서 제1 단부(20e1)는 산화전극(Anode)이고 제2 단부(20e2)는 환원전극(Cathode)일 수 있다. 이 경우, 상기 촉매입자로 산화전극인 제1 단부의 전위와 환원전극인 제2 단부의 전위 차에 의한 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적인 산화-환원반응을 유도할 수 있는 촉매입자면 특별히 제한되지 않고 다양하게 선택될 수 있다.The first end (20e1) and the second end (20e2) according to the present invention may be modified with the same or different catalyst particles. Specifically, the first end (20e1) may be modified with the first nanoparticle, and the second end (20e2) may be modified with the second nanoparticle. According to one embodiment of the present invention, the first end (20e1) is modified with the first nanoparticle, and the second end (20e2) is modified with the second nanoparticle, so that the cell potential (△E = E cathode -E anode ) becomes higher than 0, so that an oxidation-reduction reaction can occur spontaneously. Here, the first end (20e1) may be an oxidation electrode (anode) and the second end (20e2) may be a reduction electrode (cathode). In this case, any catalyst particle that can induce a spontaneous oxidation-reduction reaction by making the cell potential (△E=E cathode -E anode ) higher than 0 due to the potential difference between the first end, which is the oxidation electrode, and the second end, which is the reduction electrode, is not particularly limited and can be selected in various ways.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 나노입자는 각각 독립적으로 단일금속, 합금 다종금속, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자(Dendrimer-Encapsulated Nanoparticles; DENs) 또는 코어-쉘 구조의 나노입자일 수 있다. 일 예시에 따르면, 상기 단일금속은 Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예시에 따르면, 상기 합금 다종금속 및 상기 코어-쉘 구조의 나노입자는 각각 독립적으로 Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 포함할 수 있다. 또 다른 예시에 따르면, 상기 덴드리머로 캡슐화된 나노입자에서 캡슐화된 나노입자는 상술한 단일금속, 합금다종금속 또는 코어-쉘 구조의 나노입자를 포함할 수 있다.For example, the first and second nanoparticles may each independently be a single metal, an alloy multimetal, a dendrimer-encapsulated nanoparticle (DENs) or a core-shell structured nanoparticle. In one example, the single metal may include any one selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe and Cu. In another example, the alloy multimetal and the core-shell structured nanoparticles may each independently include two or more selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe and Cu. In yet another example, the encapsulated nanoparticles in the dendrimer-encapsulated nanoparticles may include the single metal, alloy multimetal or core-shell structured nanoparticles described above.
예를 들어, 상기 덴드리머로 캡슐화된 나노입자에서 상기 덴드리머는, 폴리아미도아민(Polyamidoamine; PAMAM)일 수 있다. For example, in the dendrimer-encapsulated nanoparticles, the dendrimer may be polyamidoamine (PAMAM).
구체적으로 상기 덴드리머로 캡슐화된 나노입자에서 상기 덴드리머의 말단 관능기는, 아민기일 수 있고, 상기 아민기는, 상기 양극성 전극의 표면과 화학적 결합할 수 있다. 즉, 상기 덴드리머로 캡슐화된 나노입자는, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 전부와 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)에 의해 화학적으로 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 덴드리머로 캡슐화된 나노입자와 상기 양극성 전극의 화학적 결합을 유도하기 위해, 순환전압전류법으로 양극성 전극에 초기 전압 1.20V와 1.75 V (vs Ag/AgCl) 사이에서 3회 순환하여 전압을 인가할 수 있다. 이 때, 전압 순환 횟수는 2 또는 3 cycle, 주사 속도는 5 내지 10 mV/s일 수 있다. 다만, 경우에 따라 초기 전압(1.2V)은 부가적인 환원 반응이 일어나지 않을 정도로 음의 방향(약 ~0.1 V)으로 달라질 수 있고, 1.75 V도 ITO 전극의 분해(Degradation)가 일어나지 않을 정도로 양의 방향(약 ~1.9V)으로 달라질 수 있다. 상기 주사 속도의 범위가 상기 수치 범위 미만일 경우 덴드리머로 캡슐화된 나노입자의 고정 시간이 늘어나 비효율적일 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 고정 효율이 낮아지는 문제점이 생길 수 있다. 만약 순환전압전류법에 의해 전압을 인가하지 않고, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자 용액에 양극성 전극을 침지하는 방법을 이용할 경우, 제1 및 제2 단부가 충분히 개질 또는 기능화되지 못할 수 있다. Specifically, in the dendrimer-encapsulated nanoparticle, the terminal functional group of the dendrimer may be an amine group, and the amine group may chemically bond with the surface of the bipolar electrode. That is, the dendrimer-encapsulated nanoparticle may chemically bond with both the first end and the second end by cyclic voltammetry. For example, in order to induce chemical bonding between the dendrimer-encapsulated nanoparticle and the bipolar electrode, a voltage may be applied to the bipolar electrode by cyclic voltammetry between an initial voltage of 1.20 V and 1.75 V (vs Ag/AgCl) three times. At this time, the number of voltage cycles may be 2 or 3 cycles, and the scan speed may be 5 to 10 mV/s. However, in some cases, the initial voltage (1.2 V) may vary in the negative direction (approximately ~0.1 V) to an extent that no additional reduction reaction occurs, and 1.75 V may also vary in the positive direction (approximately ~1.9 V) to an extent that no degradation of the ITO electrode occurs. If the range of the above-mentioned scanning speed is less than the above-mentioned numerical range, the fixation time of the dendrimer-encapsulated nanoparticles may increase, which may be inefficient, and if it exceeds the above-mentioned numerical range, the fixation efficiency may decrease. If a method of immersing the bipolar electrode in a solution of dendrimer-encapsulated nanoparticles without applying voltage by cyclic voltammetry is used, the first and second ends may not be sufficiently modified or functionalized.
본 발명에 따른 중앙부(20c)는 촉매입자로 개질되지 않은 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 단부(20e1) 및 상기 제2 단부(20e2)를 개질하고 상기 중앙부(20c)를 개질하지 않음으로써, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 산화-환원 반응이 물리적 및 전기화학적으로 분리되어 진행될 수 있다. The central portion (20c) according to the present invention may not be modified with catalyst particles. According to one embodiment of the present invention, by modifying the first end (20e1) and the second end (20e2) and not modifying the central portion (20c), the oxidation-reduction reaction can proceed physically and electrochemically separated in a bipolar electrode-based galvanic cell.
본 발명에 따른 커버부(30)는 제1 개구부에 채워진 물질과 제2 개구부에 채워진 물질이 서로 혼합되는 것을 방지하는 분리막 역할을 할 수 있다.The cover part (30) according to the present invention can act as a separator that prevents the material filled in the first opening and the material filled in the second opening from mixing with each other.
본 발명에 따른 커버부(30)는 상기 제1 단부(20e1) 및 상기 제2 단부(20e2)의 사이를 덮는다. 구체적으로 상기 커버부(30)가 상기 제1 단부(20e1) 및 상기 제2 단부(20e2)의 사이를 덮음으로써, 제1 개구부에 채워진 물질과 제2 개구부에 채워진 물질이 서로 혼합되지 않을 수 있다.The cover part (30) according to the present invention covers the space between the first end (20e1) and the second end (20e2). Specifically, since the cover part (30) covers the space between the first end (20e1) and the second end (20e2), the material filled in the first opening and the material filled in the second opening may not be mixed with each other.
예를 들어, 상기 커버부(30)는 기판과 접착력이 우수한 재료 중에서 적절히 선택될 수 있다. 일 예시에 따르면, 기판이 유리 기판일 경우 상기 커버부는 PDMS(polydimethylsiloxane)을 포함할 수 있다. For example, the cover part (30) may be appropriately selected from materials having excellent adhesion to the substrate. According to one example, when the substrate is a glass substrate, the cover part may include PDMS (polydimethylsiloxane).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커버부(30)를 제조하기 위해 3D 프린터 장치를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버부(30)는 3D 프린터 장치를 이용하여 상기 커버부(30)의 형상과 대응되는 몰드에 액상의 PDMS 수지를 넣어 제조될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a 3D printer device can be used to manufacture the cover part (30). For example, the cover part (30) can be manufactured by pouring liquid PDMS resin into a mold corresponding to the shape of the cover part (30) using a 3D printer device.
본 발명에 따른 커버부(30)는 상기 제1 단부(20e1)가 노출되는 제1 개구부(30h1) 및 상기 제2 단부(20e2)가 노출되는 제2 개구부(30h2)를 포함한다. The cover part (30) according to the present invention includes a first opening (30h1) through which the first end (20e1) is exposed and a second opening (30h2) through which the second end (20e2) is exposed.
본 발명에 따른 제1 개구부(30h1)는 그 내부에 색상표시물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 개구부의 내부에 색상표시물질이 포함됨으로써 갈바닉 셀에서 전기화학적 산화-환원반응이 자발적으로 진행되는 것을 광학적으로 확인할 수 있다.The first opening (30h1) according to the present invention may include a color-indicating material inside thereof. Specifically, by including a color-indicating material inside the first opening, it is possible to optically confirm that an electrochemical oxidation-reduction reaction spontaneously proceeds in a galvanic cell.
구체적으로 상기 색상표시물질은 발색물질(Chromogenic material), 및 형광물질(Fluorogenic material) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 색상표시물질에 발색물질(Chromogenic material), 및 형광물질(Fluorogenic material) 중 어느 하나 이상이 포함됨으로써 갈바닉 셀에서 전기화학적 산화-환원반응이 자발적으로 진행되는 것을 광학적으로 확인할 수 있다.Specifically, the color indicator material may include at least one of a chromogenic material and a fluorogenic material. According to one embodiment of the present invention, since the color indicator material includes at least one of a chromogenic material and a fluorogenic material, it is possible to optically confirm that an electrochemical oxidation-reduction reaction spontaneously proceeds in a galvanic cell.
예를 들어 상기 발색물질은 4-클로로-1-나프톨(4-Chloro-1-naphthol, 4-CN), 3,3′,5,5′-테트라메틸벤지딘(3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine; TMB) 등을 포함할 수 있다. 여기서 발색물질은 제1 단부 및 제2 단부가 모두 덴드리머로 캡슐화된 나노입자에 의해 개질됨으로써 산화될 수 있다. 일 예시에 따르면 4-클로로-1-나프톨(4-Chloro-1-naphthol, 4-CN)은 산화되어 벤조-4-클로로헥사디에논(Benzo-4-chlorohexadienone; 4-CD)으로 변환될 수 있고, 이 때 벤조-4-클로로헥사디에논은 보라색으로 발색할 수 있다. For example, the chromophore may include 4-chloro-1-naphthol (4-CN), 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB), etc. Here, the chromophore may be oxidized by being modified by nanoparticles in which both the first end and the second end are encapsulated with a dendrimer. According to one example, 4-chloro-1-naphthol (4-CN) may be oxidized to form benzo-4-chlorohexadienone (4-CD), and at this time, benzo-4-chlorohexadienone may exhibit a purple color.
예를 들어 상기 형광물질은 아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진(Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine; Amplex Red)을 포함할 수 있다. 여기서 형광물질은 제1 단부 및 제2 단부가 모두 촉매입자에 의해 개질됨으로써 산화될 수 있다. 일 예시에 따르면, 아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진은 산화되어 RSF(Resorufin)로 변환될 수 있고 이 때 핑크색을 나타내는 RSF(Resorufin)은 형광을 나타낼 수 있다.For example, the fluorescent substance may include Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (Amplex Red). Here, the fluorescent substance may be oxidized by modifying both the first end and the second end by the catalyst particle. According to one example, Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine may be oxidized and converted to Resorufin (RSF), and at this time, the Resorufin (RSF) exhibiting a pink color may exhibit fluorescence.
본 발명에 따른 제2 개구부(30h2)는 그 내부에 대상물질을 포함할 수 있다. 여기서 대상물질은 양극성 전극 기반 갈바닉 셀의 산화전극으로부터 전자를 받아 환원될 수 있는 물질일 수 있다. 구체적으로 대상물질의 종류에 따라 양극성 전극 기반 갈바닉 셀의 용도가 달라질 수 있다.The second opening (30h2) according to the present invention may include a target material therein. Here, the target material may be a material that can be reduced by receiving electrons from the oxidation electrode of the bipolar electrode-based galvanic cell. Specifically, the purpose of the bipolar electrode-based galvanic cell may vary depending on the type of the target material.
예를 들어, 상기 대상물질은 산소용액 또는 과산화수소 용액을 포함할 수 있다. 여기서 대상물질에 포함된 산소 또는 과산화수소는 전자를 받아 물로 변환되는 환원반응이 진행될 수 있다. For example, the target material may include an oxygen solution or a hydrogen peroxide solution. Here, oxygen or hydrogen peroxide contained in the target material may undergo a reduction reaction in which it receives electrons and is converted into water.
본 발명에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀(100)은 상기 색상표시물질 및 상기 대상물질을 연결하는 염 다리(Salt bridge)(40)를 더 포함할 수 있다. The bipolar electrode-based galvanic cell (100) according to the present invention may further include a salt bridge (40) connecting the color indicator material and the target material.
본 발명에 따른 염 다리는 이온의 통로 역할을 하여 이온의 불균형을 해소하여 전류가 발생하는데 기여할 수 있다. 염 다리는 염 다리의 양이온이 환원전극 쪽으로 이동하고 음이온은 환원전극에서 염 다리 쪽으로 이동시켜 전하의 축적을 정확히 상쇄해 빠르게 평형을 이루는 내부 회로의 전기적 중성을 유지할 수 있다. 만약 염다리를 사용하지 않을 경우 전지 반응의 진행에 따라 한 곳의 반쪽 전지에는 양전하가, 반대쪽의 반쪽 전지에는 음전하가 축적되게 되고, 이내 반응이 중지됨으로써 전기의 생산 역시 중단될 수 있다.The salt bridge according to the present invention can contribute to the generation of electric current by resolving the imbalance of ions by acting as an ion passage. The salt bridge can maintain the electrical neutrality of the internal circuit by precisely offsetting the accumulation of charges and quickly achieving equilibrium by causing the cations of the salt bridge to move toward the reduction electrode and the anions to move from the reduction electrode to the salt bridge. If the salt bridge is not used, as the battery reaction progresses, positive charges will be accumulated in one half-cell and negative charges will be accumulated in the opposite half-cell, and the reaction will soon stop, which will also cause the production of electricity to stop.
2. 과산화수소 센서2. Hydrogen peroxide sensor
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는, 과산화수소 센서가 제공될 수 있다. 구체적으로 산화전극인 제1 단부의 전위와 환원전극인 제2 단부의 전위 차에 의한 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적인 산화-환원반응이 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에 채워진 색상표시물질이 산화되어 전자를 잃어버릴 수 있다. 상기 산화반응을 통해 잃어버린 전자는 양극성 전극을 통해 제2 단부로 이동할 수 있다. 이 때 이동된 전자는 제2 개구부에 포함된 과산화수소 용액과 반응하여 물을 생성할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 이용할 경우 과산화수소를 빠르게 센싱할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a hydrogen peroxide sensor including a bipolar electrode-based galvanic cell can be provided. Specifically, a cell potential (△E=E cathode -E anode ) due to a potential difference between a first end, which is an oxidation electrode, and a second end, which is a reduction electrode, may become higher than 0, so that a spontaneous oxidation-reduction reaction may proceed. Specifically, a color indicator material filled in a first opening corresponding to the first end may be oxidized and lose electrons. The electrons lost through the oxidation reaction may move to the second end through the bipolar electrode. At this time, the moved electrons may react with a hydrogen peroxide solution included in the second opening to generate water. When the bipolar electrode-based galvanic cell according to one aspect of the present invention is used, hydrogen peroxide can be sensed quickly.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는 과산화수소 센서의 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a hydrogen peroxide sensor including a bipolar electrode-based galvanic cell according to one embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 산화반응이 일어나는 제1 단부가 촉매입자로 개질됨으로써 산화반응이 일어나는 전위가 음의 방향으로 높아지고, 환원반응이 일어나는 제2 단부가 촉매입자로 개질됨으로써 환원반응이 일어나는 전위가 양의 방향으로 높아질 수 있다. 결과적으로 덴드리머로 캡슐화된 Pt 나노입자로 제1 및 제2 단부가 동일하게 개질될 경우 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적으로 산화-환원반응이 일어날 수 있다. Referring to Fig. 2, when the first end where the oxidation reaction occurs is modified with a catalyst particle, the potential at which the oxidation reaction occurs can increase in the negative direction, and when the second end where the reduction reaction occurs is modified with a catalyst particle, the potential at which the reduction reaction occurs can increase in the positive direction. As a result, when the first and second ends are modified in the same way with Pt nanoparticles encapsulated with a dendrimer, the cell potential (△E = E cathode -E anode ) becomes higher than 0, so that an oxidation-reduction reaction can occur spontaneously.
3. 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치3. Screening device for catalyst for oxygen reduction reaction
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 포함하는, 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치가 제공될 수 있다. 구체적으로 산화전극인 제1 단부의 전위와 환원전극인 제2 단부의 전위 차에 의한 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적인 산화-환원반응이 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에 채워진 색상표시물질이 산화되어 전자를 잃어버릴 수 있다. 상기 산화반응을 통해 잃어버린 전자는 양극성 전극을 통해 제2 단부로 이동할 수 있다. 이 때, 이동된 전자는 제2 개구부에 포함된 산소포화용액과 반응하여 물을 생성할 수 있다. 이러한 원리로 산소환원반응용 촉매를 빠르게 스크리닝할 수 있는 장치가 구현될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a screening device for an oxygen reduction reaction catalyst including a bipolar electrode-based galvanic cell can be provided. Specifically, a cell potential (△E=E cathode -E anode ) due to a potential difference between a first end, which is an oxidation electrode, and a second end, which is a reduction electrode, becomes higher than 0, so that a spontaneous oxidation-reduction reaction can proceed. Specifically, a color indicator material filled in a first opening corresponding to the first end can be oxidized and lose electrons. The electrons lost through the oxidation reaction can move to the second end through the bipolar electrode. At this time, the moved electrons can react with an oxygen-saturated solution included in the second opening to generate water. A device capable of rapidly screening an oxygen reduction reaction catalyst can be implemented based on this principle.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention, but this is only an example, and the scope of the rights of the present invention is not limited by the following contents.
[합성예 1-1: 덴드리머로 캡슐화된 나노입자(Pt[Synthesis Example 1-1: Nanoparticles encapsulated with dendrimer (Pt 200200 )의 합성]) Synthesis]
10 μM 6세대 폴리아미도아민 덴드리머(Sigma-Aldrich社의 Amine-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers) 수용액에 대하여, 200 mol 당량에 해당하는 K2PtCl4 수용액을 첨가한 백금 이온과 덴드리머의 혼합물을 76시간 동안 교반하였다. 즉, 백금 이온을 덴드리머 내부의 아민기와 배위결합시켜 백금 이온과 덴드리머의 혼합물을 제조하였다. 이후, 백금 이온과 덴드리머의 혼합물을 격렬하게 교반하면서 화학양론적 양보다 약 20배를 초과하는 양의 NaBH4 수용액을 천천히 첨가한 후, 24시간 동안 밀폐된 용기에 방치하여 백금 이온을 완전히 환원시켰다. 그 결과 수득된 덴드리머로 캡슐화된 백금 나노입자 용액을 셀룰로오스 투석 주머니(Cellulose dialysis sacks)로 투석하여 불순물을 제거하고 정제된 형태의 덴드리머로 캡슐화된 백금 나노입자(이하, 'Pt200'라 함) 용액을 수득하였다.For a 10 μM sixth-generation polyamidoamine dendrimer (amine-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers from Sigma-Aldrich), a K 2 PtCl 4 aqueous solution corresponding to 200 mol equivalents was added, and the mixture of platinum ions and dendrimers was stirred for 76 hours. That is, a mixture of platinum ions and dendrimers was prepared by coordinating platinum ions with amine groups inside the dendrimer. Thereafter, an NaBH 4 aqueous solution in an amount exceeding about 20 times the stoichiometric amount was slowly added to the mixture of platinum ions and dendrimers while vigorously stirring, and the platinum ions were completely reduced by leaving it in a sealed container for 24 hours. As a result, the obtained dendrimer-encapsulated platinum nanoparticle solution was dialyzed through cellulose dialysis sacks to remove impurities and obtain a purified dendrimer-encapsulated platinum nanoparticle solution (hereinafter referred to as 'Pt 200 ').
[합성예 2: 덴드리머로 캡슐화된 나노입자(Au[Synthesis Example 2: Nanoparticles encapsulated with dendrimer (Au 200200 )의 합성]) Synthesis]
10 μM 6세대 폴리아미도아민 덴드리머(Sigma-Aldrich社의 Amine-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers) 수용액에 200 mol 당량에 해당하는 HAuCl4 수용액을 첨가한 후 20분간 교반하였다. 이 후, 금 이온 전구체 양의 20 mol 당량에 해당하는 NaBH4 수용액을 첨가하여 20분 동안 금 이온을 환원시켰다. 합성예 1-1과 동일하게 수득된 덴드리머로 캡슐화된 금 나노입자 용액을 투석하여 정제하였고, 그 결과 덴드리머로 캡슐화된 금 나노입자(이하 'Au200'라 함) 수용액을 수득했다.To a 10 μM sixth-generation polyamidoamine dendrimer (Amine-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers from Sigma-Aldrich) aqueous solution, an HAuCl 4 aqueous solution corresponding to 200 mol equivalents was added, and the mixture was stirred for 20 minutes. Thereafter, an NaBH 4 aqueous solution corresponding to 20 mol equivalents of the gold ion precursor was added, and the gold ions were reduced for 20 minutes. The dendrimer-encapsulated gold nanoparticle solution obtained in the same manner as in Synthetic Example 1-1 was purified by dialysis, and as a result, an aqueous solution of dendrimer-encapsulated gold nanoparticles (hereinafter referred to as 'Au 200 ') was obtained.
[제조준비예 1: 제1 및 제2 단부가 모두 개질된 양극성 전극의 제조][Manufacturing Preparation Example 1: Manufacturing of a Bipolar Electrode with Both the First and Second Ends Modified]
이하, 설명의 편의를 위해 인듐주석산화물을 'ITO'라 명명하고 인듐주석산화물층을 'ITO층'이라 명명한다. Hereinafter, for convenience of explanation, indium tin oxide is named 'ITO' and the indium tin oxide layer is named 'ITO layer'.
(a) 단계: ITO 마이크로밴드 양극성 전극을 제조하는 단계;(a) Step: Manufacturing an ITO microband bipolar electrode;
먼저, ITO층이 코팅된 유리 슬라이드(ITO-coated glass slide)를 아세톤, 에탄올, 탈이온수 순서대로 초음파 세척한 후, 질소 기류 하에서 건조하였다. 이어서, 건조된 ITO층이 코팅된 유리 슬라이드를 2 분 동안 중간 전원으로 플라즈마 클리너(Plasma cleaner)로 세척한 후, 30 초 동안 6,000 rpm으로 포토레지스트 조성물(Merck社 AZ P4330-RS)을 상기 ITO층이 코팅된 유리 슬라이드 위에 스핀 코팅하였다. 스핀 코팅된 포토레지스트 조성물을 115 ℃에서 5 분 동안 베이킹한 후, 그 결과물을 포토마스크 노광기(Photomask aligner) 위에 올려놓아 180 초 동안 자외선에 노출시켰다. 노출된 포토레지스트막을 현상액(Merck社 AZ 400K(1:4))으로 8 분 동안 현상한 후, 현상된 결과물을 탈이온수로 헹구고 90 ℃에서 5 분 동안 베이킹하였다. 다음으로 ITO층이 코팅된 유리 슬라이드를 식각액(Transene社 CE-100)으로 65 ℃에서 4 분 동안 식각하였고, 아세톤에 의해, 자외선에 비노출된 포토레지스트막은 제거되었다. 최종적으로 패터닝된 ITO층이 코팅된 유리 슬라이드를 에탄올 및 탈이온수 순서대로 세척하여 길이가 22 mm이고 폭이 1 mm인 ITO 마이크로밴드 양극성 전극을 제조하였다.First, an ITO-coated glass slide was ultrasonically washed with acetone, ethanol, and deionized water in that order, and then dried under a nitrogen flow. Next, the dried ITO-coated glass slide was washed with a plasma cleaner at medium power for 2 minutes, and a photoresist composition (Merck AZ P4330-RS) was spin-coated on the ITO-coated glass slide at 6,000 rpm for 30 seconds. The spin-coated photoresist composition was baked at 115°C for 5 minutes, and the resultant was placed on a photomask aligner and exposed to ultraviolet light for 180 seconds. The exposed photoresist film was developed with a developer (Merck AZ 400K (1:4)) for 8 minutes, and the developed resultant was rinsed with deionized water and baked at 90°C for 5 minutes. Next, the glass slide coated with the ITO layer was etched with an etchant (Transene CE-100) at 65°C for 4 minutes, and the photoresist film not exposed to ultraviolet light was removed by acetone. Finally, the glass slide coated with the patterned ITO layer was washed with ethanol and deionized water in that order, to manufacture an ITO microband bipolar electrode with a length of 22 mm and a width of 1 mm.
(b) 단계: 덴드리머로 캡슐화된 나노입자를 ITO 마이크로밴드 양극성 전극의 제1 단부 및 제2 단부에 고정화하는 단계;(b) Step: immobilizing the dendrimer-encapsulated nanoparticles onto the first and second ends of the ITO microband bipolar electrode;
제1 단부를 개질하는 단계:Steps to modify the first section:
정전위기(Potentiostat)와 전기적으로 연결하기 위해 전도성 접착테이프를 제1 단부(길이: 6 mm 폭: 1 mm; 면적: 6 mm2)와 대향되는 제2 단부에 부착시킨 상태에서, ITO 마이크로밴드 양극성 전극 중 상기 제1 단부를 개질하기 위해 LiClO4(0.1 M)를 포함하는 덴드리머로 캡슐화된 제1 나노입자 용액(10 μM)으로 노출시킨 후, 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)으로 1.20 V와 1.75 V(Ag/AgCl) 사이에서 3회 순환하여 PtDENs의 말단 아민기와 제1 단부가 화학적으로 결합되게 유도하였다. 제1 단부가 개질된 ITO 마이크로밴드 양극성 전극을 탈이온수로 헹군 후, 10 분 동안 탈이온수 내에서 초음파 처리하고, 이어서 질소 기류 하에서 건조하였다. To electrically connect the first end (length: 6 mm, width: 1 mm; area: 6 mm 2 ) and the second end opposite to it, a conductive adhesive tape was attached to the first end for electrical connection with a potentiostat. To modify the first end of the ITO microband bipolar electrode, the electrode was exposed to a solution of first nanoparticles (10 μM) encapsulated with a dendrimer containing LiClO 4 (0.1 M), and then cycled three times between 1.20 V and 1.75 V (Ag/AgCl) by cyclic voltammetry to induce chemical bonding between the terminal amine groups of PtDENs and the first end. The ITO microband bipolar electrode with the modified first end was rinsed with deionized water, sonicated in deionized water for 10 min, and then dried under a nitrogen stream.
제2 단부를 개질하는 단계:Steps to modify the second section:
이후 상기 제1 단부와 대향되는 제2 단부(길이: 6 mm 폭: 1 mm; 면적: 6 mm2)를 개질하기 위해, 상술한 방법과 동일한 방법으로 덴드리머로 캡슐화된 제2 나노입자 용액(10 μM)을 이용하여 개질하였다. 그 결과 제1 단부와 제2 단부가 모두 개질된 ITO 양극성 전극을 제조하였다.Thereafter, in order to modify the second end (length: 6 mm; width: 1 mm; area: 6 mm 2 ) opposite to the first end, a second nanoparticle solution (10 μM) encapsulated with a dendrimer was used for modification in the same manner as described above. As a result, an ITO bipolar electrode in which both the first end and the second end were modified was manufactured.
[실시예 1: 양극성 전극 기반 갈바닉 셀의 제조][Example 1: Fabrication of a bipolar electrode-based galvanic cell]
폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; 이하 'PDMS'라 한다)으로 이루어진 커버부는 3D 프린터 장치(Ender-3 Pro)에 의해 제조된 3D 금형에 의해 주조되었다. PDMS의 단위체와 경화제(Dow Sili-cones社 SYLGARDTM 184 실리콘 엘라스토머)가 10:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 페트리 접시의 3D 금형에 부은 후, 50 ℃에서 4 시간 동안 경화하여 예비 PDMS 커버부를 제조하였다. 상기 예비 PDMS 커버부를 크기에 맞게 자른 후, 제1 단부 및 제2 단부가 외부로 노출되도록 상기 제조준비예 1에 따른 ITO 양극성 전극에 부착하여 제1 개구부(산화반응부) 및 제2 개구부(환원반응부)를 형성하였다.The cover part made of polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as 'PDMS') was cast using a 3D mold manufactured by a 3D printer device (Ender-3 Pro). A mixture of PDMS monomers and a curing agent (Dow Silicon Cones SYLGARD TM 184 silicone elastomer) in a weight ratio of 10:1 was poured into the 3D mold in a petri dish, and then cured at 50° C. for 4 hours to manufacture a preliminary PDMS cover part. After cutting the preliminary PDMS cover part to a suitable size, it was attached to an ITO bipolar electrode according to Manufacturing Preparation Example 1 so that the first end and the second end were exposed to the outside, thereby forming a first opening (oxidation reaction part) and a second opening (reduction reaction part).
[실시예 2: 과산화수소 센서][Example 2: Hydrogen peroxide sensor]
실시예 2-1: 제1 개구부에 발색시약을 채운 경우 Example 2-1: When the first opening is filled with a color developing reagent
상기 실시예 1에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 상기 제1 개구부에 발색시약인 3 mM의 4-클로로-1-나프톨(4-chloro-1-naphthol, 4-CN)을 포함하는 80 mM의 N2-퍼지된 인산완충액(pH 7.4)을 채웠고, 상기 제2 개구부에 H2O2 대상용액(Target solutions)을 포함하는 100 mM의 아세테이트 버퍼(pH 4.0)를 채웠다. 여기서 아세테이트 버퍼는 발색반응 이전에 질소로 퍼지되었다.In the bipolar electrode-based galvanic cell according to Example 1, 80 mM N 2 -purged phosphate buffer (pH 7.4) containing 3 mM 4-chloro-1-naphthol (4-CN), a chromogenic reagent, was filled into the first opening, and 100 mM acetate buffer (pH 4.0) containing H 2 O 2 target solutions was filled into the second opening. Here, the acetate buffer was purged with nitrogen prior to the chromogenic reaction.
실시예 2-2: 제1 개구부에 형광시약을 채운 경우Example 2-2: When the first opening is filled with fluorescent reagent
상기 실시예 1에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 상기 제1 개구부에 형광시약인 1 mM의 아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진(Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine; Amplex Red)을 포함하는 90 mM의 N2-퍼지된 인산완충액(pH 7.4)을 채웠고, 상기 제2 개구부에 H2O2 대상용액(Target solutions)을 포함하는 100 mM의 아세테이트 버퍼(pH 4.0)를 채웠다. 여기서 아세테이트 버퍼는 형광반응 이전에 질소로 퍼지되었다.In the bipolar electrode-based galvanic cell according to Example 1, 90 mM N 2 -purged phosphate buffer (pH 7.4) containing 1 mM Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (Amplex Red), a fluorescent reagent, was filled into the first opening, and 100 mM acetate buffer (pH 4.0) containing H 2 O 2 target solutions was filled into the second opening. Here, the acetate buffer was purged with nitrogen prior to the fluorescence reaction.
[실시예 3: 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치][Example 3: Screening device for catalyst for oxygen reduction reaction]
실시예 3-1: 제1 개구부에 발색시약을 채운 경우 Example 3-1: When the first opening is filled with a color developing reagent
상기 실시예 1에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 상기 제1 개구부에 발색시약인 3 mM의 4-클로로-1-나프톨(4-Chloro-1-naphthol, 4-CN)을 포함하는 80 mM의 N2-퍼지된 인산완충액(pH 7.4)을 채웠고, 상기 제2 개구부에 산소가 포화된 100 mM의 아세테이트 버퍼(pH 4.0)를 채웠다. In the bipolar electrode-based galvanic cell according to Example 1, 80 mM N 2 -purged phosphate buffer (pH 7.4) containing 3 mM 4-chloro-1-naphthol (4-CN), a chromogenic reagent, was filled into the first opening, and 100 mM acetate buffer (pH 4.0) saturated with oxygen was filled into the second opening.
실시예 3-2: 제1 개구부에 형광시약을 채운 경우Example 3-2: When the first opening is filled with fluorescent reagent
상기 실시예 1에 따른 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 상기 제1 개구부에 형광시약인 1 mM의 아세틸-3,7-디하이드록시페녹사진(Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine; Amplex Red(AR))을 포함하는 90mM의 N2-퍼지된 인산완충액(pH 7.4)을 채웠고, 상기 제2 개구부에 산소가 포화된 100 mM의 아세테이트 버퍼(pH 4.0)를 채웠다. In the bipolar electrode-based galvanic cell according to Example 1, the first opening was filled with 90 mM N 2 -purged phosphate buffer (pH 7.4) containing 1 mM Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (Amplex Red (AR)), a fluorescent reagent, and the second opening was filled with 100 mM acetate buffer (pH 4.0) saturated with oxygen.
[실험예 1: 실시예 2-2의 과산화수소 센싱 원리][Experimental Example 1: Hydrogen peroxide sensing principle of Example 2-2]
도 3은 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 제1 단부 및 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질된 시편 (i), 상기 시편 (i)와 달리 제2 단부가 합성예 2(Au200)로 개질된 대조군 시편 (ii), 및 상기 시편 (i)와 달리 과산화수소 용액이 제2 개구부에 채워지지 않는 대조군 시편 (iii)의 광학이미지(Optical image)이다.Figure 3 is an optical image of a specimen (i) in which the first end and the second end of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2 are modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), a control specimen (ii) in which the second end is modified with Synthesis Example 2 (Au 200 ) unlike the specimen (i), and a control specimen (iii) in which the second opening is not filled with a hydrogen peroxide solution unlike the specimen (i).
도 3을 참고하면, 시편 (i) 만이 유일하게 대조군 시편 (ii) 및 대조군 시편 (iii)와 달리 무색의 Amplex Red(AR)의 산화반응 및 과산화수소의 환원반응이 자발적으로 동시에 진행됨에 따라 제1 개구부에 채워진 용액이 핑크색으로 변환되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 상기 시편 (i) 및 (ii)를 서로 비교하면 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질될 때 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아져 자발적으로 산화-환원반응이 일어나는 것을 유추할 수 있다. 만약 제2 단부가 합성예 2(Au200)로 개질될 경우 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 낮아져 자발적으로 산화-환원반응이 일어나지 않는 것을 유추할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be confirmed that only in specimen (i), unlike the control specimens (ii) and (iii), the colorless Amplex Red (AR) oxidation reaction and the hydrogen peroxide reduction reaction spontaneously and simultaneously proceed, thereby causing the solution filled in the first opening to change to pink. Specifically, by comparing specimens (i) and (ii), it can be inferred that when the second end is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), the cell potential (△E = E cathode -E anode ) becomes higher than 0, and thus the oxidation-reduction reaction occurs spontaneously. If the second end is modified with Synthesis Example 2 (Au 200 ), it can be inferred that the cell potential (△E = E cathode -E anode ) becomes lower than 0, and thus the oxidation-reduction reaction does not occur spontaneously.
또한, 대조군 시편 (iii)의 경우 제2 개구부에 과산화수소 용액이 포함되지 않아, 전자를 받을 대상물질이 없어 산화-환원반응이 진행되지 않았다.In addition, in the case of the control specimen (iii), since the second opening did not contain a hydrogen peroxide solution, there was no target substance to receive electrons, and thus the oxidation-reduction reaction did not proceed.
[실험예 2: 과산화수소의 농도에 따른 형광세기 측정][Experimental Example 2: Measurement of fluorescence intensity according to the concentration of hydrogen peroxide]
도 4는 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 과산화수소의 농도가 50 내지 2,000 μM로 조절됨에 따라 달라지는 형광(x103 a.u) 스펙트럼이다. 여기서 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 제1 단부 및 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다. 구체적으로 상기 형광 스펙트럼을 분석하기 위해 FluoroMate FS-2 fluorometer(Scinco Co., Ltd., Korea)를 이용하였고, 반응시간은 20 분, 여기 파장은 520 nm, PMT 전압은 550 V의 조건에서 수행되었다. FIG. 4 is a fluorescence (x10 3 au) spectrum that changes as the concentration of hydrogen peroxide is adjusted from 50 to 2,000 μM in the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2. Here, both the first end and the second end of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2 were modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ). Specifically, to analyze the fluorescence spectrum, a FluoroMate FS-2 fluorometer (Scinco Co., Ltd., Korea) was used, and the analysis was performed under the conditions of a reaction time of 20 minutes, an excitation wavelength of 520 nm, and a PMT voltage of 550 V.
도 4를 참고하면, 과산화수소의 농도가 증가함에 따라 선형적으로 형광세기가 강해지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 과산화수소의 농도와 형광세기를 플롯팅한 결과, 0.997의 상관계수(Correlation coefficient)를 나타냈음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4, it can be confirmed that the fluorescence intensity linearly increases as the concentration of hydrogen peroxide increases. Specifically, the result of plotting the concentration of hydrogen peroxide and the fluorescence intensity shows a correlation coefficient of 0.997.
[실험예 3: 과산화수소 센서의 UV-vis 흡수 스펙트럼][Experimental Example 3: UV-vis absorption spectrum of hydrogen peroxide sensor]
도 5의 (a)는 Pt 나노입자의 존재 하에 4-클로로-1-나프톨(4-CN)이 산화되어 벤조-4-클로로헥사디에논(4-CD)으로 변환되는 반응식이다. Figure 5 (a) is a reaction scheme in which 4-chloro-1-naphthol (4-CN) is oxidized and converted into benzo-4-chlorohexadienone (4-CD) in the presence of Pt nanoparticles.
도 5의 (b)는 실시예 2-1의 과산화수소 센서의 UV-vis 흡수 스펙트럼 결과이다. 도 5의 (b)에서 i는 제2 개구부에 3 mM의 과산화수소 용액을 채우기 이전이고 ii는 제2 개구부에 3 mM의 과산화수소 용액을 채운 이후의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다. 여기서 반응시간은 5 분으로 조절되었고 제1 및 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다. 또한, 분석장비로 Agilent 8453 UV-Vis spectrometer를 이용하였다.Figure 5 (b) shows the UV-vis absorption spectrum results of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-1. In Figure 5 (b), i is the UV-vis absorption spectrum before filling the second opening with a 3 mM hydrogen peroxide solution, and ii is the UV-vis absorption spectrum after filling the second opening with a 3 mM hydrogen peroxide solution. Here, the reaction time was adjusted to 5 minutes, and both the first and second ends were modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ). In addition, an Agilent 8453 UV-Vis spectrometer was used as the analysis equipment.
도 5의 (c)는 과산화수소의 농도에 따른 실시예 2-1의 과산화수소 센서의 색도 세기(Colorimetric intensity)에 관한 프로파일이다. 여기서 반응시간은 3 분으로 조절되었고 제1 및 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다.Figure 5 (c) is a colorimetric intensity profile of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-1 according to the concentration of hydrogen peroxide. Here, the reaction time was adjusted to 3 minutes, and both the first and second ends were modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ).
도 5의 (c)를 참고하면, i는 3 mM의 과산화수소 용액, ii는 0.3 mM의 과산화수소 용액, iii는 0 mM의 과산화수소 용액으로 제2 개구부를 채울 때, 제1 개구부에 채워진 용액에서 일어나는 색상의 변화를 확인할 수 있다. 구체적으로 과산화수소의 농도가 높을수록 색상이 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to (c) of Fig. 5, when filling the second opening with i, ii, and iii, a 3 mM hydrogen peroxide solution, ii, and iii, respectively, a 0.3 mM hydrogen peroxide solution, it is possible to confirm the color change that occurs in the solution filled in the first opening. Specifically, it can be confirmed that the higher the concentration of hydrogen peroxide, the more vivid the color appears.
[실험예 4: 실시예 2-2의 과산화수소 센서의 전기화학 분석][Experimental Example 4: Electrochemical Analysis of the Hydrogen Peroxide Sensor of Example 2-2]
도 6의 (a)는 실시예 2-2의 과산화수소 센서의 산화-환원반응이 일어나는 모식도이다. 여기서 상기 실시예 2-2의 과산화수소 센서에서 제1 및 제2 단부는 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다. Figure 6 (a) is a schematic diagram showing the oxidation-reduction reaction of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2. Here, the first and second ends of the hydrogen peroxide sensor of Example 2-2 were both modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ).
도 6의 (a)를 참고하면, 합성예 1-1(Pt200)로 제1 단부가 개질됨으로써 산화반응이 일어나는 제1 단부의 전위가 높아지고, 환원반응이 일어나는 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질됨으로써 전위가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 산화전극인 제1 단부의 전위가 환원전극인 제2 단부의 전위보다 높게 설정될 경우 자발적인 산화-환원반응이 진행되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에 채워진 AR은 RSF(Resorufin)로 산화되어 전자를 잃어버릴 수 있다. 상기 산화반응을 통해 잃어버린 전자는 양극성 전극을 통해 제2 단부로 이동할 수 있다. 이 때 이동된 전자는 제2 개구부에 포함된 과산화수소 용액과 반응하여 물을 생성할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 6, it can be confirmed that the potential of the first end where the oxidation reaction occurs is increased by modifying the first end with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), and the potential of the second end where the reduction reaction occurs is decreased by modifying the second end with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ). As a result, it can be confirmed that a spontaneous oxidation-reduction reaction proceeds when the potential of the first end, which is an oxidation electrode, is set higher than the potential of the second end, which is a reduction electrode. Specifically, the AR filled in the first opening corresponding to the first end can be oxidized to RSF (Resorufin) and lose electrons. The electrons lost through the oxidation reaction can move to the second end through the bipolar electrode. At this time, the moved electrons can react with the hydrogen peroxide solution included in the second opening to generate water.
도 6의 (b)는 실시예 2-2의 과산화수소 센서(ii, iv)를 포함하는 3전극 시스템의 순환전압전류법(Cyclic voltammetry) 결과(Cyclic voltammogram)이다. 구체적으로 작업전극으로 상기 실시예 2-2의 양극성 전극, 기준전극으로 Ag/AgCl(3 M NaCl), 및 상대전극으로 코일-Pt 와이어(Coiled-Pt wire)를 사용하였고, 제1 및 제2 단부는 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다. 여기서 (i) 및 (iii)는 각각 (ii), (iv)의 대조군으로, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자로 개질되지 않은 ITO 전극을 사용하였다. 상기 (i) 및 (ii)의 경우 과산화수소의 농도는 2 mM로 조절되었고, (iii) 및 (iv)의 경우 AR의 농도는 1 mM로 조절되었다.FIG. 6(b) is a cyclic voltammogram of a three-electrode system including the hydrogen peroxide sensor (ii, iv) of Example 2-2. Specifically, the bipolar electrode of Example 2-2 was used as a working electrode, Ag/AgCl (3 M NaCl) as a reference electrode, and a coiled-Pt wire as a counter electrode, and both the first and second ends were modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ). Here, (i) and (iii) serve as controls for (ii) and (iv), respectively, and ITO electrodes that were not modified with dendrimer-encapsulated nanoparticles were used. In cases of (i) and (ii), the concentration of hydrogen peroxide was controlled to 2 mM, and in cases of (iii) and (iv), the concentration of AR was controlled to 1 mM.
도 6의 (b)를 참고하면, (i)와 달리 (ii)의 경우 합성예 1-1(Pt200)로 ITO 전극이 개질되어 양의 방향으로 더 높은 개시전위(Onset potential)를 나타냄으로써 과산화수소의 환원반응을 용이하게 조절하였다. Referring to (b) of Fig. 6, unlike (i), in the case of (ii), the ITO electrode was modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ) to exhibit a higher onset potential in the positive direction, thereby easily controlling the reduction reaction of hydrogen peroxide.
또한, (iii)와 달리 (iv)의 경우 합성예 1-1(Pt200)로 ITO 전극이 개질됨으로써 Amplex Red의 전기화학적 산화반응을 위해 음의 방향으로 더 높은 개시전위를 나타내는 것을 확인할 수 있다.In addition, unlike (iii), in the case of (iv), it can be confirmed that the ITO electrode is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), thereby exhibiting a higher onset potential in the negative direction for the electrochemical oxidation reaction of Amplex Red.
따라서 합성예 1-1(Pt200)로 개질된 ITO 전극을 포함하는 실시예 2-2의 과산화수소 센서(ii, iv)의 경우 +0.13 V의 △Eonset(=Eonset H2O2-Eonset AR)를 나타냈고, 합성예 1-1(Pt200)로 개질되지 않는 ITO 전극을 포함하는 장치의 경우 -0.87 V의 △Eonset를 나타내는 것을 확인할 수 있다. Therefore, it can be confirmed that the hydrogen peroxide sensor (ii, iv) of Example 2-2 including the ITO electrode modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ) exhibited a △E onset (=E onset H2O2 -E onset AR ) of +0.13 V, and the device including the ITO electrode not modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ) exhibited a △E onset of -0.87 V.
도 6의 (c)는 1 mM의 [Fe(CN)6]3-을 포함하는 100 mM의 KNO3를 (i) 작업전극인 ITO 전극을 포함하는 3전극 시스템 시편 및 (ii) Pt/ITO 전극을 포함하는 3전극 시스템 시편에 적용한 순환전압전류법 결과이다. 여기서 기준전극으로 Ag/AgCl(3 M NaCl), 및 상대전극으로 코일-Pt 와이어(Coiled-Pt wire)를 사용하였고 Scan rate는 20 mV/s이다.Figure 6 (c) shows the results of cyclic voltammetry applied to (i) a three- electrode system specimen including an ITO electrode as a working electrode and (ii) a three-electrode system specimen including a Pt/ITO electrode, wherein 100 mM KNO 3 containing 1 mM [Fe(CN) 6 ] 3- was used. Here, Ag/AgCl (3 M NaCl) was used as the reference electrode and coiled-Pt wire was used as the counter electrode, and the scan rate was 20 mV/s.
도 6의 (c)를 참고하면, 전기전도도가 제한된 요인이 아닐 때 ITO 전극(i) 및 Pt/ITO 전극(ii) 모두 유사한 전자전달률(Electron transfer rate)을 나타냈음을 확인할 수 있다. Referring to Fig. 6 (c), it can be confirmed that both the ITO electrode (i) and the Pt/ITO electrode (ii) exhibited similar electron transfer rates when electrical conductivity was not a limiting factor.
상기 실험결과를 종합적으로 고려할 때, 과산화수소 센서의 전기화학적 활성의 주요 요인은 Pt/ITO 전극의 전기전도도가 아니라 덴드리머로 캡슐화된 나노입자로 제1 및 제2 단부를 개질하는 것임을 유추할 수 있다.Considering the above experimental results comprehensively, it can be inferred that the main factor for the electrochemical activity of the hydrogen peroxide sensor is not the electrical conductivity of the Pt/ITO electrode, but the modification of the first and second ends with dendrimer-encapsulated nanoparticles.
[실험예 5: 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치][Experimental Example 5: Screening device for catalyst for oxygen reduction reaction]
도 7의 (a)는 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치의 자발적 산화-환원반응을 나타내는 모식도이다.Figure 7 (a) is a schematic diagram showing the spontaneous oxidation-reduction reaction of the screening device for the oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2.
도 7의 (a)를 참고하면, 합성예 1-1(Pt200)로 제1 단부가 개질됨으로써 산화반응이 일어나는 제1 단부는 음의 방향으로 더 높은 개시전위를 나타낼 수 있고, 환원반응이 일어나는 제2 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질됨으로써 환원반응을 위한 양의 방향으로 더 높은 개시전위를 나타낼 수 있다. 결과적으로 산화전극인 제1 단부의 전위와 환원전극인 제2 단부의 전위 차에 의한 셀 포텐셜(△E=Ecathode-Eanode)이 0보다 높아질 경우 자발적인 산화-환원반응이 진행되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에 채워진 AR은 RSF로 산화되어 전자를 잃어버릴 수 있다. 상기 산화반응을 통해 잃어버린 전자는 양극성 전극을 통해 제2 단부로 이동할 수 있다. 이 때, 이동된 전자는 제2 개구부에 포함된 산소포화용액과 반응하여 물을 생성할 수 있다. 이러한 원리로 산소환원반응용 촉매를 스크리닝할 수 있는 장치가 구현될 수 있다.Referring to (a) of FIG. 7, when the first end is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), the first end where the oxidation reaction occurs can exhibit a higher onset potential in the negative direction, and when the second end where the reduction reaction occurs is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), it can exhibit a higher onset potential in the positive direction for the reduction reaction. As a result, it can be confirmed that a spontaneous oxidation-reduction reaction proceeds when the cell potential (△E = E cathode -E anode ) due to the potential difference between the first end, which is the oxidation electrode, and the second end, which is the reduction electrode, becomes higher than 0. Specifically, the AR filled in the first opening corresponding to the first end can be oxidized to RSF and lose electrons. The electrons lost through the oxidation reaction can move to the second end through the bipolar electrode. At this time, the moved electrons can react with the oxygen-saturated solution included in the second opening to generate water. A device capable of screening a catalyst for oxygen reduction reaction can be implemented using this principle.
도 7의 (b)는 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치(ii)와 대조군 (i) 및 (iii) 시편의 3전극 시스템의 순환전압전류법(Cyclic voltammetry) 결과이다. 상기 (ii)의 경우, 구체적으로 작업전극으로 상기 실시예 3-2의 양극성 전극, 기준전극으로 Ag/AgCl(3 M NaCl), 및 상대전극으로 코일-Pt 와이어(Coiled-Pt wire)를 사용하였고, 제1 및 제2 단부는 합성예 1-1(Pt200)로 모두 개질되었다. 여기서 (i)는 (ii)의 대조군으로, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자로 개질되지 않은 ITO 전극을 사용하였다. (iii)는 Pt/ITO 전극 상에 1mM의 AR을 포함하는 90 mM의 N2-퍼지된 인산완충액(pH 7.4)을 포함하는 시편이다.Figure 7 (b) shows the cyclic voltammetry results of the three-electrode system of the screening device (ii) of the oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2 and the control groups (i) and (iii) specimens. In the case of (ii), specifically, the bipolar electrode of Example 3-2 was used as the working electrode, Ag/AgCl (3 M NaCl) as the reference electrode, and a coiled-Pt wire as the counter electrode, and both the first and second ends were modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ). Here, (i) is the control group of (ii), and an ITO electrode that was not modified with dendrimer-encapsulated nanoparticles was used. (iii) is a specimen including 90 mM N 2 -purged phosphate buffer (pH 7.4) containing 1 mM AR on a Pt/ITO electrode.
도 7의 (b)를 참고하면, (ii) 시편은 과산화수소의 환원반응과 유사하게 (i) 시편 대비, 더 높은 양의 개시전위(Onset potential)를 나타냄으로써 산소의 환원반응을 용이하게 조절하였다. 구체적으로 상기 (ii) 시편의 경우 +0.12 V의 △Eonset(=Eonset O2-Eonset AR)를 통해 AR은 RSF(Resorufin)로 산화되어 적색 형광을 나타냄과 동시에 산소가 전자를 받아 물로 전환되는 산소환원반응인 자발적 전기화학적 반응이 진행되는 것을 확인할 수 있다.Referring to (b) of Fig. 7, the (ii) specimen easily controlled the reduction reaction of oxygen by exhibiting a higher onset potential than the (i) specimen, similar to the reduction reaction of hydrogen peroxide. Specifically, in the case of the (ii) specimen, through △E onset (=E onset O2 -E onset AR ) of +0.12 V, AR was oxidized to RSF (Resorufin) and showed red fluorescence, and at the same time, it could be confirmed that a spontaneous electrochemical reaction, which is an oxygen reduction reaction in which oxygen receives electrons and is converted to water, was in progress.
도 7의 (c)는 제2 개구부에 산소가 포화된 100 mM 아세테이트 버퍼(pH=4.0)를 채운 다음 반응시간이 1 분이 경과된 실시예 3-2의 산소환원반응용 촉매의 스크리닝 장치(i) 및 상기 장치 (i)과 달리 제2 개구부에 질소가 포화된 100 mM 아세테이트 버퍼(pH=4.0)를 채운 대조군 장치(ii) 각각의 광학이미지이다.Figure 7 (c) is an optical image of the screening device (i) of the oxygen reduction reaction catalyst of Example 3-2, in which the second opening was filled with 100 mM acetate buffer (pH = 4.0) saturated with oxygen and the reaction time was 1 minute, and the control device (ii) in which the second opening was filled with 100 mM acetate buffer (pH = 4.0) saturated with nitrogen, unlike the device (i).
도 7의 (c)를 참고하면, 제2 개구부에 산소가 포화된 용액이 채워질 때 제1 개구부에 채워진 AR이 RSF로 산화되면서 적색 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 반면에 제2 개구부에 질소가 포화된 용액이 채워질 경우 적색 형광이 관찰되지 않았다. 이를 통해 산소를 선택적으로 스크리닝할 수 있음을 유추할 수 있다.Referring to Fig. 7(c), it can be confirmed that when the second opening is filled with an oxygen-saturated solution, the AR filled in the first opening is oxidized to RSF, resulting in red fluorescence. On the other hand, when the second opening is filled with a nitrogen-saturated solution, no red fluorescence is observed. This suggests that oxygen can be selectively screened.
[합성예 1-2 내지 1-4: 덴드리머로 캡슐화된 나노입자(Pt[Synthesis examples 1-2 to 1-4: Nanoparticles encapsulated with dendrimer (Pt 350350 , Pt, Pt 550550 , Pt, Pt 13201320 )의 합성]) Synthesis]
다음과 같이 합성예 1-1과 유사한 방법으로 덴드리머로 캡슐화된 나노입자를 합성했다. 질소로 포화된 1 μM 6세대 하이드록시기 말단 폴리아미도아민 덴드리머(Sigma-Aldrich社의 Hydroxyl-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers) 수용액에 55 mol 당량에 해당하는 Cu(NO3)2를 가하였다. 그 다음 350 mol, 550 mol, 1320 mol 당량에 해당하는 K2PtCl4 수용액을 각각 첨가하여 5분간 교반하였다. 이후, Pt2+ 전구체와 동일한 몰 당량의 NaBH4 수용액을 첨가하여 금속 이온을 5분간 환원시켰다. 이 때, Cu2+ 전구체는 Pt2+와의 갈바니 반응으로 Cu2+ 이온 상태로 존재하며, Pt2+ 전구체 이온이 환원되어 백금 나노입자를 형성한다. NaBH4의 4 mol 당량에 해당하는 HClO4를 첨가하여 상기 용액에서 미반응 상태로 존재 가능한 BH4 -를 산화시켰다.Dendrimer-encapsulated nanoparticles were synthesized by a method similar to Synthesis Example 1-1 as follows. Cu(NO3)2 corresponding to 55 mol equivalents was added to a 1 μM nitrogen-saturated aqueous solution of hydroxyl-terminated sixth-generation polyamidoamine dendrimers (Sigma- Aldrich ). Then, K2PtCl4 aqueous solutions corresponding to 350 mol, 550 mol, and 1320 mol equivalents were added respectively, and the mixture was stirred for 5 minutes. Thereafter, NaBH4 aqueous solution having the same molar equivalents as the Pt2 + precursor was added, and the metal ion was reduced for 5 minutes. At this time, the Cu2 + precursor exists in a Cu2 + ion state through a galvanic reaction with Pt2 + , and the Pt2 + precursor ion is reduced to form platinum nanoparticles. By adding HClO 4 corresponding to 4 mol equivalents of NaBH 4 , BH 4 - that could exist in the solution in an unreacted state was oxidized.
[비교합성예 1: 연료전지 상용 촉매의 준비][Comparative Synthesis Example 1: Preparation of Commercial Fuel Cell Catalyst]
연료전지 분야의 상용 촉매인 Pt/C (10wt%)를 준비하였다.Pt/C (10 wt%), a commercial catalyst for fuel cells, was prepared.
[실험예 6: 나노입자의 종류를 달리함에 따른 형광세기 변화 관찰][Experimental Example 6: Observation of changes in fluorescence intensity according to different types of nanoparticles]
도 8의 (a)는 실시예 3의 양극성 전극 기반 갈바닉 셀에서 원형의 제1 단부가 합성예 1-1(Pt200)로 개질된 경우, 팬 모양(Fan-shaped)의 제2 단부가 각각 합성예 1-2(Pt350), 합성예 1-3(Pt550) 및 합성예 1-4(Pt1320), 합성예 2(Au200), 및 비교합성예 1(Pt/C)로 개질된 모식도이다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 제1 단부(Anode)에 관한 광학현미경 사진이다. 여기서 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에 AR이 채워졌다. 도 8의 (c)는 도 8의 (b)에서 시간(s)의 경과에 따른 흰색 원(i~v) 영역의 각각의 형광세기를 나타낸 것이다. 도 8의 (d)는 제1 단부 영역의 3.8 초에서 3D 공초점 형광이미지(3D confocal fluorescence image)이다. 여기서 원형의 제1 단부와 대응되는 제1 개구부에는 50 μM의 AR을 포함하는 질소-퍼지된 인산완충액(pH=7.4)이 채워졌고, 제2 개구부에는 산소가 포화된 100 mM 아세테이트 버퍼(pH=4.0)가 채워졌다.FIG. 8 (a) is a schematic diagram of a galvanic cell based on a bipolar electrode of Example 3, in which a circular first end is modified with Synthesis Example 1-1 (Pt 200 ), and a fan-shaped second end is modified with Synthesis Example 1-2 (Pt 350 ), Synthesis Example 1-3 (Pt 550 ), Synthesis Example 1-4 (Pt 1320 ), Synthesis Example 2 (Au 200 ), and Comparative Synthesis Example 1 (Pt/C), respectively. FIG. 8 (b) is an optical microscope photograph of the first end (Anode) of FIG. 8 (a). Here, AR is filled in the first opening corresponding to the first end. FIG. 8 (c) shows the fluorescence intensity of each white circle (i~v) region over time (s) in FIG. 8 (b). Figure 8(d) is a 3D confocal fluorescence image at 3.8 s of the first end region. Here, the first opening corresponding to the circular first end was filled with a nitrogen-purged phosphate buffer (pH=7.4) containing 50 μM AR, and the second opening was filled with an oxygen-saturated 100 mM acetate buffer (pH=4.0).
도 8의 (a) 내지 (d)를 참고하면, 합성예 1-4(Pt1320), 합성예 1-3(Pt550), 비교합성예 1(Pt/C), 합성예 1-2(Pt350), 및 합성예 2(Au200) 순서대로 제1 단부(Anode) 영역의 형광세기가 높다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자를 합성하는 과정에서 K2PtCl4 수용액의 당량을 조절함으로써 형광세기가 달라지는 것을 유추할 수 있다.Referring to (a) to (d) of FIG. 8, it can be confirmed that the fluorescence intensity of the first end (Anode) region is high in the order of Synthesis Example 1-4 (Pt 1320 ), Synthesis Example 1-3 (Pt 550 ), Comparative Synthesis Example 1 (Pt/C), Synthesis Example 1-2 (Pt 350 ), and Synthesis Example 2 (Au 200 ). That is, it can be inferred that the fluorescence intensity changes by adjusting the equivalent amount of the K 2 PtCl 4 aqueous solution in the process of synthesizing nanoparticles encapsulated with dendrimers.
도 8의 (e)는 도 8의 (a) 내지 (d)를 실험하는 과정에서 형광이미지인 상부 이미지와 광학이미지인 하부 이미지가 결합된 이미지이다.Figure 8 (e) is an image in which the upper image, which is a fluorescence image, and the lower image, which is an optical image, are combined during the experiment of Figures 8 (a) to (d).
도 8의 (e)를 참고하면, 실시예 3의 양극성 전극 기반 갈바닉 셀을 이용할 경우 7 초 이내에 산소환원반응용 촉매의 모든 과정을 스크리닝할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to Fig. 8 (e), it can be confirmed that all processes of the catalyst for oxygen reduction reaction can be screened within 7 seconds when using the bipolar electrode-based galvanic cell of Example 3.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
10: 기판
20e1: 제1 단부
20e2: 제2 단부
20c: 중앙부
20: 양극성 전극
30: 커버부
30h1: 제1 개구부
30h2: 제2 개구부
40: 염 다리
100: 양극성 전극 기반 갈바닉 셀10: Substrate
20e1: Part 1
20e2: Part 2
20c: Central
20: Bipolar electrode
30: Cover part
30h1: 1st opening
30h2: 2nd opening
40: Salt bridge
100: Galvanic cell based on bipolar electrodes
Claims (11)
상기 기판 상에 배치되며, 제1 단부(End part) 및 상기 제1 단부와 대향되는 제2 단부를 포함하는 양극성 전극; 및
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 사이를 덮는 커버부; 를 포함하고,
상기 커버부는,
상기 제1 단부가 노출되는 제1 개구부 및
상기 제2 단부가 노출되는 제2 개구부를 포함하고,
상기 제1 단부 및 제2 단부는,
서로 동일하거나 상이한 촉매입자로 개질된 것인,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
substrate;
A bipolar electrode disposed on the substrate and including a first end part and a second end part opposite to the first end part; and
A cover part covering between the first end and the second end; including;
The above cover part,
A first opening through which the first end is exposed, and
comprising a second opening through which the second end is exposed;
The above first and second sections,
Modified with identical or different catalyst particles,
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 제1 단부는 산화전극이고,
상기 제2 단부는 환원전극인,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In the first paragraph,
The above first section is an oxidation electrode,
The above second section is a reduction electrode,
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 촉매입자는
상기 제1 단부를 개질하는 제1 나노입자 및
상기 제2 단부를 개질하는 제2 나노입자를 포함하는,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In the first paragraph,
The above catalyst particles
A first nanoparticle modifying the first section and
Comprising a second nanoparticle that modifies the second end,
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 제1 및 제2 나노입자는,
각각 독립적으로 단일금속, 합금 다종금속, 덴드리머로 캡슐화된 나노입자 또는 코어-쉘 구조의 나노입자인,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In the third paragraph,
The first and second nanoparticles,
Each independently encapsulated nanoparticle or core-shell structured nanoparticle is a single metal, alloy multi-metal, dendritic nanoparticle,
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 단일금속은
Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하고,
상기 합금 다종금속 및 상기 코어-쉘 구조의 나노입자는 각각 독립적으로
Pt, Au, Pd, Ni, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 포함하는,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In paragraph 4,
The above single metal
Containing any one selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe and Cu,
The above alloy multi-metal and core-shell structure nanoparticles are each independently
Containing two or more selected from the group consisting of Pt, Au, Pd, Ni, Fe and Cu.
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 제1 개구부는, 그 내부에 색상표시물질을 포함하고,
상기 제2 개구부는, 그 내부에 대상물질을 포함하는,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In the first paragraph,
The above first opening includes a color indicator material inside,
The above second opening contains a target material inside it.
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 색상표시물질은,
발색물질(Chromogenic material), 및 형광물질(Fluorogenic material) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In Article 6,
The above color indicator material is,
Containing at least one of a chromogenic material and a fluorogenic material,
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
상기 대상물질은,
산소용액 또는 과산화수소 용액을 포함하는
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In Article 6,
The above target material is,
Containing oxygen solution or hydrogen peroxide solution
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
염 다리(Salt bridge); 를 더 포함하는,
양극성 전극 기반 갈바닉 셀.
In the first paragraph,
further comprising a salt bridge;
Galvanic cell based on bipolar electrodes.
A hydrogen peroxide sensor comprising a bipolar electrode-based galvanic cell according to any one of claims 1 to 9.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230060742A KR20240163456A (en) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst |
PCT/KR2024/005980 WO2024232601A1 (en) | 2023-05-10 | 2024-05-03 | Bipolar electrode-based galvanic cell, hydrogen peroxide sensor, and apparatus for screening catalyst for oxygen reduction reaction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230060742A KR20240163456A (en) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240163456A true KR20240163456A (en) | 2024-11-19 |
Family
ID=93430228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020230060742A KR20240163456A (en) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20240163456A (en) |
WO (1) | WO2024232601A1 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7678253B2 (en) * | 2003-08-11 | 2010-03-16 | Mehrooz Zamanzadeh | Atmospheric corrosion sensor |
EP2387714B1 (en) * | 2009-01-23 | 2018-03-14 | Polymer Technology Systems, Inc. | Diagnostic multi-layer dry phase test strip with integrated biosensors |
CN115548358A (en) * | 2022-10-11 | 2022-12-30 | 安徽明天氢能科技股份有限公司 | Fuel cell stack with novel structure and integrated stack packaging scheme |
-
2023
- 2023-05-10 KR KR1020230060742A patent/KR20240163456A/en unknown
-
2024
- 2024-05-03 WO PCT/KR2024/005980 patent/WO2024232601A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024232601A1 (en) | 2024-11-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Deepa et al. | Electrochemically deposited sol− gel-derived silicate films as a viable alternative in thin-film design | |
Liu et al. | The investigation of electrochemical properties for Fe3O4@ Pt nanocomposites and an enhancement sensing for nitrite | |
CN106226370B (en) | A kind of preparation method of glyphosate molecular imprinting electrochemical sensor | |
Liu et al. | Conducting polymer-metal nanocomposites synthesis and their sensory applications | |
Collinson | Electrochemistry: an important tool to study and create new sol–gel-derived materials | |
Noorbakhsh et al. | Amperometric detection of hydrogen peroxide at nano-nickel oxide/thionine and celestine blue nanocomposite-modified glassy carbon electrodes | |
Zhang et al. | Selective electrochemical detection of dopamine in the presence of uric acid and ascorbic acid based on a composite film modified electrode | |
Ojani et al. | Performance of glucose electrooxidation on Ni–Co composition dispersed on the poly (isonicotinic acid)(SDS) film | |
Brimblecombe et al. | Electrochemical investigation of Mn 4 O 4-cubane water-oxidizing clusters | |
Husmann et al. | Multifunctional carbon nanotubes/ruthenium purple thin films: preparation, characterization and study of application as sensors and electrochromic materials | |
Wang et al. | Oligoaniline-functionalized polysiloxane/prussian blue composite towards bifunctional electrochromic supercapacitors | |
US7488405B2 (en) | Electrode for electrochemical measurement and method for manufacturing the same | |
Jahani et al. | A modified carbon paste electrode with N-rGO/CuO nanocomposite and ionic liquid for the efficient and cheap voltammetric sensing of hydroquinone in water specimens | |
Wang et al. | Sol–gel-derived graphite organosilicatecomposite electrodes bulk-modified with Keggin-type α-germanomolybdicacid | |
KR101108243B1 (en) | Ferrocene-substituted polysiloxane and chitosan nanocomposites and preparation method thereof | |
Woo et al. | Indium tin oxide bipolar electrodes modified with Pt nanoparticles encapsulated inside dendrimers as sensitive electrochemiluminescence platforms | |
KR20240163456A (en) | Bipolar electrode-based galvanic cell, sensor for detecting hydrogen peroxide and screening device for oxygen reduction catalyst | |
KR20230129757A (en) | Bipolar electrode, bipolar electrode-based electrochemiluminescence system comprising the same and biosensor | |
Yang et al. | Cu NWs@ Pd with controllable diameter: Synthesis and their enhanced sensor performances in the detection of glucose and H2O2 | |
Guo et al. | Platinum nanoparticles functionalized with acetylene derivatives and the influence of ligand length on their electrocatalytic activity | |
JP2005019383A (en) | Dye-sensitized solar cell containing imidazolium-based liquid electrolyte | |
Niedziolka-Jonsson et al. | Electrosynthesis of thin sol–gel films at a three-phase junction | |
Li et al. | One-step immobilization of Ru (bpy) 3 2+ in a silica matrix for the construction of a solid-state electrochemiluminescent sensor with high performance | |
Sayahpour et al. | Preparation and Assessment of a Polysafranin/Multiwall Carbon Nanotube-Nafion Hybrid Film–Modified Carbon Paste Electrode and Its Performance as an Easy Sensing Probe for H 2 O 2 and Cu 2+ | |
Wang et al. | Fabrication and electrochemical behavior of a sol–gel-derived carbon ceramic composite electrode entrapping 2: 18-molybdodiphosphate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230510 |
|
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20230510 Comment text: Patent Application |
|
PG1501 | Laying open of application |