Graphene catalytic growth on copper for glucose sensing applications

The goal of this thesis is to deposit graphene on a copper substrate via atmospheric pressure chemical vapor deposition (CVD) and to study the feasibility of producing an electrochemical, non enzymatic glucose sensor with copper covered with graphene as the electrode. Further optimization of its performances by functionalization with gold nanoparticles will be analyzed. The copper substrates have been electrodeposited from a commercial bath. They have been used as metal catalyst in a CVD process employing methane and hydrogen. To optimize the growth of graphene, surface treatments have been performed on copper and their effect on the surface topography has been studied with atomic force microscope (AFM). Moreover, the effect of parameters such as the deposition time and the heating and cooling rate has been studied with Raman spectroscopy, x-ray photoemission spectroscopy (XPS), UV photoemission spectroscopy (UPS) and scanning electron microscopy. Finally, the performance of electrodes made of copper, copper covered with graphene and the corresponding gold-functionalized counterparts in sensing glucose have been probed with cyclic voltammetry and chronoamperometry.

L’obiettivo di questa tesi è depositare grafene su di un substrato di rame tramite deposizione chimica da vapore (CVD) a pressione atmosferica e indagare la fattibilità di produrre un sensore di glucosio elettrochimico e non enzimatico, impiegando come elettrodo tale composito rame-grafene. Inoltre, si tenerà di ottimizzare la performance di questo sensore tramite una successiva funzionalizzazione con nanoparticelle di oro. Il substrato di rame è stato elettrodepositato da un bagno commerciale. Successivamente, questi campioni sono stati usati come catalizzatori in un processo CVD svolto in atmosfera di idrogeno e metano. Per ottimizzare il processo di crescita del grafene, la superficie del rame è stata trattata tramite vari processi e il loro effetto studiato con microscopia a forza atomica (AFM) e diffrazione da raggi X (XRD). Inoltre, l’effetto di altri parametri di processo quali il tempo di deposizione e la velocità di riscaldamento e raffreddamento del campione è stato indagato tramite analisi Raman, spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS), spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) e microscopia elettronica (SEM). Infine, le prestazioni dell’elettrodo in rame, rame rivestito con grafene e le loro controparti funzionalizzate con nanoparticelle di oro nel rilevare il glucosio sono state testate e confrontate tramite voltammetria ciclica e cronoamperometria.