Bài viết này trình bày chi tiết quy trình thiết kế và chế tạo các dây nano CuO (CuO NWs) trên sợi carbon (CF), tập trung vào tối ưu hóa hiệu suất và ứng dụng của vật liệu này. Đặc biệt, bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của “Cuo Ra Cuoh2” trong quá trình hình thành và ảnh hưởng của nó đến các đặc tính điện hóa.
Quy trình chuẩn bị CuO NWs trên CF được thực hiện qua nhiều bước. Đầu tiên, CF được làm sạch bằng phương pháp điện hóa anod hóa trong hệ thống ba điện cực để tạo thành Cu(OH)2 NWs trên bề mặt. Sau đó, Cu(OH)2/CF được ủ ở 180°C trong 2 giờ để chuyển đổi Cu(OH)2 NWs thành CuO NWs.
Việc kiểm tra và phân tích vật liệu đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá chất lượng và đặc tính của CuO NWs/CF. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để khảo sát hình thái học và cấu trúc của CuO NWs trên CF ở các độ phóng đại khác nhau. Kết quả cho thấy một lớp CuO NWs dày đặc phủ đều trên bề mặt CF. Các dây nano CuO có bề mặt thô ráp, cung cấp diện tích bề mặt hoạt động lớn hơn cho các phản ứng xúc tác.
Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) và nhiễu xạ điện tử chọn vùng (SAED) được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của CuO NWs. Kết quả HRTEM cho thấy khoảng cách giữa các vân mạng tinh thể phù hợp với mặt phẳng (110) của CuO đơn tà. Mẫu SAED xác nhận tính đơn tinh thể của CuO NWs. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) xác nhận sự hình thành của pha CuO đơn tà có độ tinh khiết cao.
Phổ quang điện tử tia X (XPS) được sử dụng để phân tích thành phần hóa học và trạng thái oxy hóa của CuO NWs/CF. Phân tích XPS cho thấy sự tồn tại của Cu2+ trong mẫu, khẳng định sự hình thành của CuO. So sánh với Cu(OH)2 NWs, CuO NWs có năng lượng liên kết thấp hơn, cho thấy khả năng truyền điện tử tốt hơn đến chất nền CF.
Các tính chất điện hóa của Cu(OH)2 NWs/CF, CuO NWs/tấm đồng và CuO NWs/CF được nghiên cứu bằng phương pháp đo vôn-ampe tuần hoàn (CV) trong dung dịch NaOH 1.0 M có glucose 4 mM. Kết quả cho thấy CuO NWs/CF có mật độ dòng điện anodic cao nhất, cho thấy hiệu suất điện xúc tác cao nhất. Điều này là do diện tích bề mặt lớn của cấu trúc xốp ba chiều của CF.
Một loạt các voltammogram quét tuyến tính (LSV) đã được ghi lại trên CuO NWs/CF ở các nồng độ glucose khác nhau. Mật độ dòng điện anodic tăng khi nồng độ glucose tăng, cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa dòng điện và nồng độ glucose. Thử nghiệm Amperometric cho thấy phản ứng amperometric tuyệt vời với thời gian đáp ứng ngắn và phạm vi phản hồi rộng. Đường chuẩn cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ glucose và mật độ dòng điện với độ nhạy cao. Giới hạn phát hiện được ước tính là 0.3 μM.
