870 resultados para Electrochemistry impedance spectroscopy
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Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a helpful tool to understand how a battery is behaving and how it degrades. One of the disadvantages is that it is typically an 'off-line' process. This paper investigates an alternative method of looking at impedance spectroscopy of a battery system while it is on-line and operational by manipulating the switching pattern of the dc-dc converter to generate low frequency harmonics in conjunction with the normal high frequency switching pattern to determine impedance in real time. However, this adds extra ripple on the inductor which needs to be included in the design calculations. The paper describes the methodology and presents some experimental results in conjunction with EIS results to illustrate the concept.
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Pós-graduação em Biotecnologia - IQ
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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In this work, a sensor was built up with smart material based on polymer brush and gold nanoparticles. The modified electrode functionalized with polyacrylic acid (PAA) tethered to indium tin oxide (ITO) and covered with gold nanoparticle (ITO/PAA/Au) demonstrated switchable interfacial properties discriminating different pHs. The switchable electrochemical and plasmonic process was characterized by cyclic voltammetry (CV), electrochemistry impedance spectroscopy (EIS), and localized surface plasmon resonance (LSPR).
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.
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The self-assembly of layered molybdenum disulfide–graphene (MoS2–Gr) and horseradish peroxidase (HRP) by electrostatic attraction into a novel hybrid nanomaterial (HRP–MoS2–Gr) is reported. The properties of the MoS2–Gr were characterized by X-ray diffraction (XRD), high-resolution transmission electron microscopy (TEM), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). UV–vis and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) indicate that the native structure of the HRP is maintained after the assembly, implying good biocompatibility of MoS2–Gr nanocomposite. Furthermore, the HRP–MoS2–Gr composite is utilized as a biosensor, which displays electrocatalytic activity to hydrogen peroxide (H2O2) with high sensitivity (679.7 μA mM−1 cm−2), wide linear range (0.2 μM–1.103 mM), low detection limit (0.049 μM), and fast amperometric response. In addition, the biosensor also exhibits strong anti-interference ability, satisfactory stability and reproducibility. These desirable electrochemical properties are attributed to the good biocompatibility and electron transport efficiency of the MoS2–Gr composite, as well as the high loading of HRP. Therefore, this biosensor is potentially suitable for H2O2 analysis in environmental, pharmaceutical, food or industrial applications.
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In the present study, impedance and Raman spectroscopy are adopted to probe the nature and extent of disorder to correlate with transport properties in doped polypyrrole (PPy) thin-film devices, synthesized electrochemically at different temperatures. A comparative study of the impedance spectroscopy is performed on PPy devices by both experimental and simulation approach with varying extent of disorder. The impedance measurements of PPy devices are well described by introducing a constant phase element (CPE) (Q) in modified RQ circuit, which accounts for frequency dependence of dielectric response. However, for the PPy grown at lower temperature, an equivalent circuit consisting of two such RQ elements in series is used for successful modelling of the impedance results, which accounts for the depletion region near the electrode. Raman spectroscopy and the de-convoluted spectra are successfully studied to probe the variation in C=C bond stretching and distribution of conjugation length, which relates to disorder in PPy films and the interpretation is well correlated to the impedance results.
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A facile phospholipid/room-temperature ionic liquid (RTIL) composite material based on dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) and 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim]PF6) was exploited as a new matrix for immobilizing protein. Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were adopted to characterize this composite film. Hemoglobin (Hb) was chosen as a model protein to investigate the composite system. UV-vis absorbance spectra showed that Hb still maintained its heme crevice integrity in this composite film.
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The composite film based on Nafion and hydrophobic room-temperature ionic liquid (RTIL) 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate ([bmim] PF6) was explored. Here, Nafion was used as a binder to form Nafion-ionic liquids composite film and help [bmim] PF6 effectively adhered on glassy carbon (GC) electrode. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), cyclic voltammtery (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to characterize this composite film, showing that the composite film can effectively adhere on the GC electrode surface through Nafion interacting with [bmim] PF6 and GC electrode. Meanwhile, doping [bmim] PF6 in Nafion can also effectively reduce the electron transfer resistance of Nafion. The composite film can be readily used as an immobilization matrix to entrap horseradish peroxidase (HRP). A pair of well-defined redox peaks of HRP was obtained at the HRP/Nafion[bmim] PF6 composite film-modified GC electrode through direct electron transfer between the protein and the underlying electrode. HRP can still retain its biological activity and enhance electrochemical reduction towards O-2 and H2O2. It is expected that this composite film may find more potential applications in biosensors and biocatalysis.
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A more stably dispersing of multi-wall carbon nanotube composite (noted as PDDA-MWNT), which was obtained by wrapping the MWNT with poly (diallydimethylammonium) chloride (PDDA), was used for the immobilization of glucose oxidase (GOD) and its bioelectrochemical studies. The morphologies and structures of the PDDA-MWNT composite were characterized by environment-canning electron microscopy (ESEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry were used to feature the GOD adsorbed onto the electrode modified by PDDA-MWNT composite. The immobilized GOD at the PDDA-MWNT films exhibited a pair of well-defined nearly reversible redox peaks and a fast heterogeneous electron transfer rate with the rate constant (k(s)) of 2.76 s(-1). In addition, GOD immobilized in this way retained its bioelectrocatalytic activity for the oxidation of glucose. The method of immobilizing GOD without any additional cross-linking agents presented here is easy and facile, which provides a model for other redox enzymes and proteins.