Chemical functionalization of CVD graphene as an in-situ process for biosensing applications

The hereby presented thesis project encompasses the work realized with functionalized graphene structures, obtained by the chemical vapor deposition (CVD) of graphene layers onto copper substrates and their posterior functionalization via oxidation; with the aim of analyzing the potential applications of these systems as non-enzymatic sensors for glucose. Flexible copper substrates were produced by the electrodeposition method employing a commercial solution and subsequent surface treatments were performed in order to enhance the growth of graphene; these substrates were used both as a physical support for graphene and also as the metal catalyst for the chemical deposition process, in which methane and hydrogen gases were introduced in a chamber along with the copper samples to obtain the deposited graphene layers. Different deposition configurations were studied concluding optimal gas ratios, in order to obtain few-layer graphene, which was determined using the Raman Spectra of the samples. Then, the copper/graphene samples were subjected to a functionalization process, using an oxidation solution of Hydrogen Peroxide, in order to introduce oxygen-containing functional groups and thus produce graphene oxide (GO) samples; which were evaluated using IR spectroscopy. Finally, the copper samples with deposited graphene oxide were tested to determine their ability to sense glucose, using cyclic voltammetry and amperomety measurements.

Il progetto di tesi presentato in questa sede presenta il lavoro realizzato con strutture di grafene funzionalizzate, ottenute tramite deposizione chimica da vapore (CVD) di strati di grafene su substrati di rame e dalla loro successiva funzionalizzazione tramite ossidazione, allo scopo di analizzare le potenziali applicazioni di questi sistemi come sensori non enzimatici per il glucosio. I substrati flessibili di rame sono stati prodotti mediante il metodo dell'elettrodeposizione da una soluzione commerciale e sono stati eseguiti trattamenti superficiali successivi al fine di migliorare la crescita del grafene; questi substrati sono stati usati sia come supporto fisico per grafene sia come catalizzatore metallico per il processo di deposizione chimica, in una camera con gas metano e idrogeno sono stati introdotti insieme ai substrati di rame per ottenere gli strati di grafene depositati. Sono state studiate diverse configurazioni di deposizione e il rapporto ottimale tra i due gas, al fine di ottenere un grafene con il minor numero di strati, il prodotto ottimale è stato determinato utilizzando il Raman Spectra dei campioni. Quindi, i campioni di rame/grafene sono stati sottoposti a un processo di funzionalizzazione, utilizzando una soluzione di ossidazione del perossido di idrogeno, al fine di introdurre gruppi funzionali contenenti ossigeno e quindi produrre campioni di ossido di grafene (GO); che sono stati valutati usando la spettroscopia IR. Infine, il rame con ossido di grafene depositato è stato testato per determinare la capacità di rilevare il glucosio, utilizzando misure di voltammetria ciclica ed amperommetria.