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Chemistry

बोरान Doped डायमंड इलेक्ट्रोड गुणवत्ता और आवेदन करने का आकलन Published: January 6, 2016 doi: 10.3791/53484
Automatic Translation
1, 1
1Warwick Electrochemistry and Interfaces Group, Department of Chemistry, University of Warwick

Summary

एक प्रोटोकॉल सीटू पीएच पीढ़ी प्रयोगों में एक बोरान डाल दिया गया हीरा (BDD) इलेक्ट्रोड और बाद में आवेदन की प्रमुख विद्युत मापदंडों के लक्षण वर्णन के लिए वर्णित है।

Abstract

बोरान डाल दिया गया हीरा (BDD) इलेक्ट्रोड आदि बढ़ाया विलायक खिड़की, कम पृष्ठभूमि धाराओं, जंग प्रतिरोध, के रूप में उनकी सूचना गुणों के कई, सतह की catalytically जड़ प्रकृति से उत्पन्न होती हैं, जहां एक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में काफी वादा दिखाया है। विकास की प्रक्रिया के दौरान, गैर हीरा कार्बन (एनडीसी) इलेक्ट्रोड मैट्रिक्स में शामिल हो जाता है, तो सतह अधिक catalytically सक्रिय हो जाता है लेकिन, जैसा कि विद्युत गुण बदल जाएगा। जैसे यह electrochemist गुणवत्ता के बारे में पता है और उपयोग करने से पहले BDD इलेक्ट्रोड के प्रमुख विद्युत गुण है, जिसके परिणामस्वरूप है कि महत्वपूर्ण है। इस पत्र BDD इलेक्ट्रोड नगण्य एनडीसी यानी नगण्य SP 2 कार्बन होता है कि क्या पता लगाने के लिए, रमन माइक्रोस्कोपी, समाई, विलायक खिड़की और रेडोक्स electrochemistry सहित लक्षण वर्णन कदम की एक श्रृंखला का वर्णन है। One आवेदन catalytically अक्रिय का लाभ लेता है, जो प्रकाश डाला हैऔर एक एनडीसी मुक्त सतह की जंग प्रतिरोधी प्रकृति की वजह से एक BDD इलेक्ट्रोड पर पानी इलेक्ट्रोलिसिस के लिए स्थिर और quantifiable स्थानीय प्रोटॉन और हाइड्रॉक्साइड उत्पादन अर्थात्। इरिडियम आक्साइड लेपित BDD इलेक्ट्रोड का उपयोग पानी इलेक्ट्रोलीज़ द्वारा प्रेरित स्थानीय पीएच परिवर्तन को मापने के लिए एक दृष्टिकोण भी विस्तार से वर्णन किया गया है।

Introduction

किसी भी electroanalytical अध्ययन का आयोजन जब इलेक्ट्रोड सामग्री का चुनाव काफी महत्व की है। हाल के वर्षों में, सपा 3 कार्बन (हीरा) सामग्री प्रस्तुत करने के लिए पर्याप्त बोरान के साथ डाल दिया गया "धातु की तरह" की वजह से अपनी उत्कृष्ट विद्युत (और थर्मल और यांत्रिक) गुण 1,2 करने के लिए electroanalytical आवेदनों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक लोकप्रिय विकल्प बन गया है 3। ये अन्य आमतौर पर इस्तेमाल इलेक्ट्रोड सामग्री 5-7,3 की तुलना में जंग चरम समाधान, तापमान और दबाव की स्थिति 4 अति विस्तृत विलायक खिड़कियां, कम पृष्ठभूमि धाराओं के तहत प्रतिरोध, और कम दूषण, शामिल हैं। हालांकि, बढ़ती गैर-हीरे-कार्बन (एनडीसी: SP 2) जैसे पृष्ठभूमि धाराओं 7,8, अलग भीतरी क्षेत्र रेडोक्स प्रजातियों की दिशा में दोनों संरचनात्मक अखंडता और संवेदनशीलता में परिवर्तन, बढ़ती हुई एक कम विलायक विंडो में सामग्री परिणाम है। ऑक्सीजन 9-12।

ऐसा करने के लिए नोटमुझे अनुप्रयोगों, एनडीसी उपस्थिति लाभप्रद 13 के रूप में देखा जाता है। सामग्री पर्याप्त बोरान को शामिल नहीं करता है तो इसके अलावा, यह एक पी प्रकार सेमी कंडक्टर के रूप में व्यवहार करते हैं और सामग्री सबसे चार्ज वाहक 7 के समाप्त हो जाता है, जहां reductive संभावित विंडो में रेडोक्स प्रजातियों, के लिए कम संवेदनशीलता दिखाई देगा। अंत में, बोरान डाल दिया गया हीरे की सतह के रसायन शास्त्र (BDD) भी मनाया विद्युत जवाब में एक भूमिका निभा सकते हैं। यह एक हाइड्रोजन (एच -) - जहां रसायन विज्ञान की सतह और डाल दिया गया हीरा कम करने के लिए संवेदनशील होते हैं जो भीतरी क्षेत्र प्रजातियों के लिए विशेष रूप से सच है समाप्त सतह एक अर्द्ध का आयोजन BDD इलेक्ट्रोड प्रकट कर सकता है "धातु की तरह" 7।

BDD के श्रेष्ठ गुणों का लाभ लेने के लिए, यह सामग्री पर्याप्त डाल दिया गया है अक्सर आवश्यक है और जितना संभव हो कम एनडीसी में शामिल है। BDD विकसित करने के लिए अपनाई गई पद्धति पर निर्भर करता है, गुण 14,15 भिन्न हो सकते हैं। इस पत्र पहले एक सामग्री और एक चुनाव से पता चलता हैतब उपयोग करने से पहले BDD इलेक्ट्रोड उपयुक्तता (यानी पर्याप्त बोरान, कम से कम एनडीसी) का आकलन करने के लिए और rochemical लक्षण वर्णन प्रोटोकॉल गाइड स्थानीय स्तर पर electrochemically प्रोटोकॉल सत्यापित इलेक्ट्रोड का उपयोग पीएच बदलने पर आधारित एक आवेदन का वर्णन है। इस प्रक्रिया में समय की लंबी अवधि के लिए चरम लागू किया क्षमता (या धाराओं) के आवेदन के तहत जंग या विघटन की ओर एनडीसी मुक्त BDD की सतह लचीलापन का फायदा उठाते हैं। विशेष रूप से एक BDD इलेक्ट्रोड के इस्तेमाल को स्थिर प्रोटॉन (एच +) या हाइड्रॉक्साइड उत्पन्न करने के लिए (ओह -) 16,17 साथ वर्णित है एक दूसरे (सेंसर) के करीब निकटता में पानी की इलेक्ट्रोलीज़ (क्रमशः ऑक्सीकरण या कमी) की वजह से अपशिष्टों।

इस तरह से यह पीएच अनुमापन प्रयोगों के लिए जैसे, एक व्यवस्थित तरीके से सेंसर का पीएच पर्यावरण को नियंत्रित करने के लिए, या विद्युत रासायनिक प्रक्रिया सबसे ज्यादा संवेदनशील है, जहां एक मूल्य पर पीएच ठीक करने के लिए संभव है। बाद के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैसेंसर स्रोत, जैसे नदी, झील, समुद्र और इस प्रणाली के पीएच पर रखा गया है, जहां आवेदन हित के विद्युत रासायनिक माप के लिए इष्टतम नहीं है। दो उदाहरण हाल ही में शामिल हैं: इलेक्ट्रोडिपॉसिशन और पारा 17 के अलग करना के लिए एक पीएच तटस्थ समाधान में एक स्थानीय कम पीएच (i) पीढ़ी,; BDD कारण विस्तारित कैथोडिक खिड़की 9,18,19 करने के लिए धातु की इलेक्ट्रोडिपॉसिशन के लिए एक इष्ट सामग्री है ध्यान दें। (Ii) स्थानीय स्तर पर करने के लिए तटस्थ दृढ़ता से क्षारीय 16 से पीएच में वृद्धि से उच्च पीएच में उपस्थित हाइड्रोजन सल्फाइड, की electrochemically पता लगाने योग्य फार्म की मात्रा।

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Protocol

नोट: BDD इलेक्ट्रोड सबसे अधिक एक विकास सब्सट्रेट से जुड़ी रासायनिक वाष्प जमाव तकनीक का उपयोग करते हुए बड़े हो रहे हैं। वे विकास कक्ष एच समाप्त (हाइड्रोफोबिक) छोड़ दें। काफी मोटी बड़ा हो तो BDD सब्सट्रेट से हटाया जा सकता है और freestanding करार दिया है। फ्रीस्टैंडिंग BDD विकास सतह अक्सर काफी सतह खुरदरापन को कम करने के लिए पॉलिश है। एक ऑक्सीजन में एसिड परिणामों में BDD सफाई (ओ) -terminated सतह।

1. एसिड सफाई BDD

  1. केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड की एक बीकर रखें (एच 2 अतः 4; ~ 2 मिलीलीटर या गहरी पर्याप्त हीरे को कवर करने के लिए) आरटी पर एक गर्म थाली पर और BDD डालें।
  2. यह तपता और पोटेशियम नाइट्रेट भंग होगा के रूप में जब तक यह नहीं रह गया घुल पोटेशियम नाइट्रेट (KNO 3) जोड़ें (~ 2 मिलीलीटर में 0.5 ग्राम), तो ~ 300 डिग्री सेल्सियस के लिए एक घड़ी का शीशा और गर्मी के साथ कवर, समाधान भूरे रंग के हो जाएंगे।
    चेतावनी देखभाल गर्म एसिड से निपटने जब ​​से लिया जाना चाहिए! रबर के दस्ताने, सुरक्षा छlasses और प्रयोगशाला कोट पहना जाना चाहिए और इस प्रक्रिया को एक धूआं हुड में आयोजित किया जाना चाहिए।
  3. तो, कम से कम 30 मिनट के लिए या समाधान के लिए किसी भी भूरे रंग नहीं रह गया है जब तक गर्मी गर्म थाली से दूर कर देते हैं और आरटी के लिए शांत करने के लिए समाधान को छोड़ने के लिए छोड़ दें।
  4. ध्यान से आरटी पानी में गिराए द्वारा एसिड के निपटान और आसुत जल से BDD कुल्ला।
  5. सतह से संपर्क कोण उपाय, खंड 1.2 देखते हैं। हाइड्रोफोबिक (एच समाप्त) 20,21 इलेक्ट्रोड सतह हे समाप्ति के माध्यम से हाइड्रोफिलिक प्रदान की गई है के रूप में काफी कम कर देता है, जो सीमा 60-90 ° 3, में संपर्क कोण की सूचना दी है।
  6. (विकास सब्सट्रेट करने के लिए और ऊपर उपचार का उपयोग कर फिल्म delamination से बचने के लिए संलग्न) बहुत पतली फिल्म इलेक्ट्रोड के लिए (वैकल्पिक वैकल्पिक विधि), एक अल्ट्रासोनिक स्नान में विआयनीकृत पानी के साथ दो बार दो-propanol के साथ एक बार धोने और। फिर, anodically 10 मा सेमी पर 30 मिनट के लिए हीरे का ध्रुवीकरण निम्नलिखित तीन सफाई प्रक्रियाओं में से एक (1) को अपनाने 22 में 1 एम परक्लोरिक एसिड में; या (2) anodically 10 मा सेमी पर 20 मिनट के लिए हीरे का ध्रुवीकरण -2 1 एम नाइट्रिक एसिड में, फिर बाद में cathodically 10 मा पर सेमी ध्रुवीकरण -2 एक ही समाधान 23 या में एक और 20 मिनट के लिए; एक स्थिर विद्युत संकेत तक 0.1 महाराष्ट्र 2 अतः 4 में 2 वी के बीच हीरे 7 हासिल की है (3) चक्र। कदम 1.4 के साथ इस का पालन करें।

2. संपर्क कोण माप

  1. यह फ्लैट है, यह सुनिश्चित करने के लिए एक संपर्क कोण विश्लेषक का नमूना मंच पर हीरा रखें। , नमूना मंच के ऊपर positioner में एक 1 मिलीलीटर सिरिंज रखें छोर पर एक सुई सुरक्षित है। विआयनीकृत पानी के साथ सिरिंज भरें।
  2. हीरे के केन्द्र से ऊपर सिरिंज के लिए पंक्ति में नियंत्रक और कैमरा / प्रकाशक - और वाई - एक्स का उपयोग करें, नमूना के लिए सिरिंज कम करने के लिए Z-नियंत्रक का प्रयोग करें।
  3. विश्लेषक सॉफ्टवेयर बांटना दोहराने 1 μl volum का प्रयोगकैमरा छवि (कभी 10 से अधिक μl) पर दिखाई सुई की नोक पर एक छोटी बूंद रूपों, जब तक सिरिंज के बाहर पानी की तों। सतह पर छोटी बूंद जमा और अधिकतम विपरीत रोशनी के लिए समायोजित करने के लिए सुई कम करें।
  4. शांकव खंड विधि का उपयोग, आकार विश्लेषण सॉफ्टवेयर ड्रॉप एक छवि लीजिए और लागू होते हैं। क्लिक करें सॉफ्टवेयर में "आधारभूत खोजने के लिए", और फिर "स्पर्श करने" के बाद "गणना" पर क्लिक करें।
    नोट: इस प्रक्रिया आधारभूत का पता लगाता है और आकार ड्रॉप (अण्डाकार) के लिए एक शांकव समीकरण फिट बैठता है; एक संपर्क कोण, θ, आधारभूत और तीन चरण संपर्क बिंदु पर स्पर्श करने के बीच तैयार की है।

3. BDD सामग्री विशेषता

  1. रमन विश्लेषण सपा 2 / SP 3 सामग्री के लिए
    1. रमन बाहर ले जाने, BDD इलेक्ट्रोड के कई अलग अलग क्षेत्रों में एक 514.5 एनएम के 24 उपयोग या (प्रैक्टिकल रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक गाइड के लिए 14 संदर्भ देखें)SP 2 सामग्री पर जोर देती है, जो 532 एनएम लेजर, की वकालत की है।
    2. माइक्रो रमन स्पेक्ट्रोमीटर पर मुड़ें और सीसीडी डिटेक्टर शांत करने के लिए ~ 30 मिनट की अनुमति है। उचित लेंस चेक, विवर्तन झंझरी और फिल्टर पसंद के लेजर के साथ प्रयोग के लिए जगह में हैं।
    3. एक सिलिकॉन (Si) अंशांकन नमूना का उपयोग कर प्रणाली जांचना। साधन कक्ष में सी सब्सट्रेट रखें और माइक्रोस्कोप के साथ नमूना पर ऑप्टिकली ध्यान केंद्रित। चैम्बर के लिए दरवाजा बंद। लेजर दृश्य में जाएँ और लेजर हाजिर अच्छी तरह से परिभाषित किया है और परिपत्र है की जाँच करें। फिर "ठीक" "अंशांकन" के बाद "उपकरण" फिर "त्वरित अंशांकन" पर क्लिक करें, सॉफ्टवेयर का उपयोग कर जांचना।
    4. चैम्बर से सी सब्सट्रेट निकालें और BDD इलेक्ट्रोड के साथ बदलें। ऑप्टिकली हित के क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित माइक्रोस्कोप, लेजर देखने के लिए स्विच और लेजर ध्यान केंद्रित किया है कि जांच करने के लिए शटर खुला। शटर बंद कर दें।
    5. सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक रमन माप ले लो; CLIC"माप" फिर "नया" तो कश्मीर "वर्णक्रम अधिग्रहण।" ; 1800 सेमी -1 - ब्याज की सुविधाओं को कवर करने के लिए माप तरंग संख्या सीमा निर्धारित करते हैं, BDD के लिए यह 200 है स्कैन अधिग्रहण के समय (<10 सेकंड) सेट; और (BDD के लिए) 100% करने के लिए लेजर सत्ता स्थापित; राशि की संख्या से पांच (BDD के लिए) (दोहराने स्कैन) की स्थापना की। जिसके परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम बहुत शोर है, तो अधिक राशि आवश्यक हो सकता है। प्रेस रन विश्लेषण के लिए जिसके परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम बचाने के लिए और। रमन लाइव वीडियो का उपयोग करने में प्रदर्शन किया गया था क्षेत्र के एक तस्वीर ले लो। एक संदर्भ के रूप में छवि को बचाओ।
    6. शिखर ~ 1332 सेमी का निरीक्षण -1 सपा 3 हीरा (चित्रा 1) इंगित करता है जो स्पेक्ट्रम में; 3,25 उपस्थित अधिक दोष शिखर चौड़ी है।
    7. किसी भी एनडीसी का निरीक्षण - 1575 सेमी -1 26 पर केन्द्रित एक व्यापक जी शिखर ने संकेत दिया, स्पेक्ट्रा में (चित्रा 1 ए और 1 बी) बनती सपा की खींच से, उद्भव <sup> 2 साइटों; शिखर तीव्रता अधिक एनडीसी वर्तमान में अधिक से अधिक।
      नोट: सपा 2 सी द्वारा गठित π बांड सपा 3 σ बांड की तुलना में अधिक polarizable हैं और resonantly, दिखाई लेसरों द्वारा बढ़ाया व्यापक, अधिक प्रभावी, जी 25 चोटियों को नेतृत्व कर रहे हैं। विश्लेषण प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल सटीक विधि विभिन्न उपकरणों और सॉफ्टवेयर के बीच भिन्न हो सकते हैं कि ध्यान दें।

4. विद्युत विशेषता

  1. Ohmic संपर्कों तैयारी
    1. फ्रीस्टैंडिंग BDD
      1. 1 × 10 -5 मिलीबार नीचे दबाव पर एक sputterer / बाष्पीकरण का उपयोग कर, टाइटेनियम (तिवारी) / सोने (एयू) 10 एनएम / 300 एनएम के साथ BDD की पीठ मानक तकनीक धूम का उपयोग (या लुप्त हो जाना)। एक तीन लक्ष्य स्रोत उपलब्ध है, तो अधिक आदर्श Au में तिवारी के प्रसार से बचने के लिए तिवारी 10 एनएम / प्लैटिनम (पं) 10 एनएम / एयू 300 एनएम है।
      2. 400 डिग्री सेल्सियस (वायुमंडलीय दबाव) टाइटेनियम कार्बाइड फार्म के लिए तिवारी को सक्षम करने के लिए 5 घंटे के लिए पानी रखना, crucएक ओमिक संपर्क 27 के गठन के लिए ial।
        नोट: BDD के पीछे की सतह अत्यधिक पॉलिश है, तो (~ एनएम खुरदरापन) तो यह एक और अधिक मजबूत कोटिंग सुनिश्चित करने के लिए बयान धूम करने से पहले सतह मोटा करने के लिए अधिमानतः है। इस उदाहरण के लिए, के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, सतह (हटाने <30 माइक्रोन सामग्री) micromachining कम शक्ति लेजर।
    2. एक आयोजन सब्सट्रेट पर हो पतली फिल्म हीरा
      1. / धूम ऊपर के रूप में लुप्त हो जाना है, लेकिन शीर्ष सामना करने के लिए, एक छाया मुखौटा का उपयोग धीरे शीर्ष पूरे इलेक्ट्रोड से संपर्क करने से बचने के लिए ऊपर की सतह पर जगह है।
        या
      2. एक हीरे की इत्तला दे दी कलम का उपयोग का आयोजन सब्सट्रेट की पीठ खरोंच। तब एजी पेस्ट या एक छोटे तूलिका के साथ एक पतली परत पर पेंटिंग से एक समान प्रवाहकीय रंग के संचालन के साथ खरोंच क्षेत्र कोट। अंत में, विद्युत प्रवाहकीय epoxy के साथ तांबे के तारों संलग्न द्वारा कनेक्ट।
        नोट: चुनाव के बाद BDD तैयार करने के तरीकों की एक किस्म हैBDD कांच या epoxy में छोटे संरचनाओं, सील में machined, या अभी भी वेफर दबाना से जुड़ी / अगर ऊपर की सतह को एक विद्युत सेल देते हैं किया जा सकता है, तो 4 संदर्भ में वर्णित जैसे ही rical संपर्क।
  2. समाई माप
    1. दोगुना आसुत जल में 0.20 ग्राम वजन से 0.1 एम KNO 3 समाधान की एक 20 मिलीलीटर की तैयारी (इस पानी की गुणवत्ता, भर की सिफारिश की प्रतिरोधकता 18.2 एम सेमी है)। एल्यूमिना चमकाने के द्वारा या electrochemically तनु अम्ल में साइकिल से या तो उपयोग करने से पहले इलेक्ट्रोड साफ 16,23,28 (खंड 1 नोट देखें)।
    2. 0.1 वी सेकंड में चक्रीय voltammograms (सीवी) चलाए जा रहे एक potentiostat का प्रयोग -1 वी वी -0.1 के बीच और 0.1, 0 वी पर शुरू BDD के साथ एक आम संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाम काम कर इलेक्ट्रोड, जैसे चांदी / चांदी क्लोराइड (एजी / AgCl के रूप में ) या एक संतृप्त कैलोमल इलेक्ट्रोड (SCE), और एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड। दूसरी सीवी का विश्लेषण करें।
      नोट: चित्रा 2A
    3. 2 द्वारा दर्ज समाई वक्र और विभाजन से 0 वी पर कुल वर्तमान भयावहता को मापने, यह मान "मैं" है। ΜF सेमी -2 में और बोली (सतह खुरदरापन अगर उचित लिए लेखांकन) क्षेत्र इलेक्ट्रोड के लिए सम्मान के साथ मानक के अनुसार, 1 समीकरण के साथ, मैं के लिए मूल्य का उपयोग कर, समाई, सी का निर्धारण करते हैं। उच्च गुणवत्ता, "धातु की तरह" BDD एक समाई << 10 μF सेमी -2 है। वर्तमान और डेटा का विश्लेषण करने के लिए सॉफ्टवेयर की साजिश रचने किसी भी डेटा का उपयोग करें।
      मैं = सी (वीटी -1) (EQ 1।);
      मैं (ए) और (वी टी -1) चालू है जहां संभावित दर स्कैन है।
  3. विलायक विंडो
    1. कदम 4.2.1 के रूप में इलेक्ट्रोड को साफ करें। 0.1 वी सेकंड में 0.1 एम KNO 3 में एक CV चलाने -1 से एक potentiostat का प्रयोग 0 वी वी -2 के लिए तब के बीच -2 वी और 2 वी एकएन डी एक आम संदर्भ इलेक्ट्रोड और पं काउंटर इलेक्ट्रोड बनाम काम कर इलेक्ट्रोड के रूप में BDD के साथ वापस करने के लिए 0 वी। दोहराएँ। दूसरी सीवी, सीवी चित्रा 2 बी में दिखाया गया है एक उदाहरण का विश्लेषण करें।
    2. खाते में सतह खुरदरापन ले रही है, वर्तमान घनत्व (मा सेमी -2) के लिए वर्तमान में परिवर्तित, और ± 0.4 मा सेमी की वर्तमान सीमा -2 दोनों दिशाओं में से परिभाषित संभावित खिड़की के रूप में विलायक खिड़की बोली। 7,29 सॉफ्टवेयर की साजिश रचने किसी भी डेटा का उपयोग करें वर्तमान और डेटा का विश्लेषण करने के लिए।
    3. विलायक विंडो में एनडीसी (सपा 2 कार्बन) के सबूत का निरीक्षण करें; ऑक्सीजन की कमी प्रतिक्रिया reductive विंडो में स्पष्ट रूप से स्पष्ट है कि एनडीसी पर इष्ट है। SP 2 युक्त समूहों के ऑक्सीकरण भी सिर्फ anodic खिड़की (चित्रा 2 बी) में पानी इलेक्ट्रोलिसिस से पहले विशेषता चोटियों में यह परिणाम है।
      नोट: उच्च गुणवत्ता "धातु" BDD इलेक्ट्रोड ऑक्सीजन की कमी reac का समर्थन नहीं करते, विलायक खिड़कियों >> 3 वी है0.1 एम KNO 3 में tion (Orr) (या ORR जोरदार kinetically मंद है) और नगण्य एनडीसी ऑक्सीकरण हस्ताक्षर दिखा।
  4. रिडॉक्स Electrochemistry
    1. कदम 4.2.1 के रूप में इलेक्ट्रोड को साफ करें।
    2. 1 मिमी दयाता hexaamine में एक potentiostat रिकॉर्ड सीवी का प्रयोग (आरयू (एनएच 3) 6 3) और 0.1 एम KNO 3 SCE बनाम वी वी 0.2 के बीच और -0.8, -1 सीमा 0.05 वी सेकंड में स्कैन दरों के लिए - 0.2 वी सेकंड -1।
      नोट: इस जोड़ी के तेजी से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण से पता चलता है और पी-प्रकार semiconducting BDD को चुनौती दी है, जो एक क्षेत्र में electroactive है। सपा BDD भी इस क्षेत्र में ORR दिखाएगा युक्त 2, बाद के लिए संकेत 6 3+ में कमी आई है आरयू (एनएच 3) की एकाग्रता के रूप में अधिक स्पष्ट है।
    3. Anodic और दर्ज CV से कैथोडिक शिखर वर्तमान (Δ ई पी), और वर्णित के रूप में 20 के तापमान के बीच वोल्टेज जुदाई उपाय।"धातु की तरह" ohmically 298 कश्मीर में ऑक्सीजन समाप्त BDD संपर्क के लिए, Δ ई पी <70 एम वी 30,31। 3 × 10 से 20 बी परमाणुओं सेमी करने के लिए सीमा 9.2 × 10 16 में dopant घनत्व की BDD इलेक्ट्रोड के लिए चित्रा -2 सी के रूप में दिखाया बड़ी Δ ई पी मूल्यों, एक गरीब ओमिक संपर्क या एक कम बोरान सामग्री के लक्षण हैं -3।
    4. आगे स्कैन के शिखर वर्तमान को मापने, मैं पी, और इलेक्ट्रोड संभालने डिस्क के आकार में ज्यामिति और काफी बड़ी है, 3,30 (298 कश्मीर में उद्धृत) Randles Sevcik समीकरण 2 से उम्मीद है कि के साथ संबंध स्थापित (व्यास 1 मिमी) कि रैखिक प्रसार हावी है। वर्तमान और डेटा का विश्लेषण करने के लिए सॉफ्टवेयर की साजिश रचने किसी भी डेटा का उपयोग करें।
      मैं पी = 2.69 × 10 5 एन 3/2 ई 1/2 CV 1/2 (EQ 2)
      जहाँ nस्थानांतरित किया इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, एक क्षेत्र (2 सेमी) है, डी प्रसार गुणांक (सेमी 2 सेकंड -1), ग एकाग्रता है (मोल सेमी -3) है और वी दर स्कैन (वी सेकंड -1) है।

5. पीएच पीढ़ी: पीएच संवेदनशील इलेक्ट्रोड और पीएच पीढ़ी की तैयारी

  1. इरिडियम ऑक्साइड (पीएच संवेदनशील) समाधान तैयार
    1. धारा 5.4.1 के रूप में एक 20 मिलीलीटर 0.1 एम KNO 3 समाधान तैयार है। (इस आंख से एक प्रतिक्रिया को देखने के लिए पर्याप्त है, लेकिन एक और अधिक गहन रंग के लिए, और अधिक बूँदें जोड़ने) एक पाश्चर विंदुक और हलचल का उपयोग कर phenolphthalein सूचक समाधान के 5 बूँदें जोड़ें। समाधान में BDD काम कर इलेक्ट्रोड और पं काउंटर इलेक्ट्रोड रखें।
    2. लगातार क्रियाशीलता, निर्जल पोटेशियम क्लोराइड नमक के अलावा द्वारा 10.5 समाधान के पीएच को समायोजित करें। धीरे-धीरे करने के लिए पीले-हरे रंग से जाना होगा कवर किया और इस स्तर पर, स्थिर करने के लिए आरटी पर 48 घंटे के लिए समाधान सरगर्मी छोड़ दोनीला - बैंगनी। 3 डिग्री सेल्सियस पर एक फ्रिज में स्टोर।
  2. पीएच संवेदनशील इरिडियम ऑक्साइड फिल्म बयान
    1. एक potentiostat का प्रयोग अधिकतम वर्तमान दर्ज की गई है, जिस पर क्षमता का निर्धारण करने के लिए 0 वी और एक वी SCE बनाम के बीच इरिडियम आक्साइड के घोल में एक CV चलाते हैं। आम तौर पर ~ 0.6 वी के बीच झूठ बोल रही है, चित्रा 3 में दिखाया गया है, क्योंकि यह बयान क्षमता, ई रवानगी है - 0.85 वी; यह एक ऐसी आदि के तापमान, सामग्री इलेक्ट्रोड 32, 33 के रूप में कारकों की एक संख्या के आधार पर भिन्न हो सकते हैं
    2. एक potentiostat साथ chronoamperometry का उपयोग करना, 0.2 का एक समय अवधि के लिए, कोई इलेक्ट्रोलिसिस (सॉफ्टवेयर में "हाई ई") ई रवानगी के लिए होता है, जहाँ 0 वी (सॉफ्टवेयर में "प्रारंभिक ई" और "कम ई"), से संभावित कदम कदम प्रति सेकंड, 100x दोहराएँ।
    3. Iro इलेक्ट्रोड जमा एक्स के लिए अतः 4 2 एमएच 0.1 में वी वी 0 के बीच और एक एक CV चलाएँ। चरित्रistic सीवी आकार चित्रा 3 बी में दिखाया गया है। रेंज में एक वर्तमान घनत्व ~ 0.6 मा सेमी -2 - 0.7 मा सेमी -2 (0.7 मा सेमी -2 के लिए ~ 8 एनएम के एक औसत फिल्म मोटाई के लिए इसी) पहली anodic शिखर के लिए, एक स्थिर पीएच संवेदनशील फिल्म 34 इंगित करता है 35।
    4. इस मूल्य तक पहुँच जाता है 5.2.4 - वर्तमान घनत्व कम से कम 0.6 मा सेमी -2 दोहराने 5.2.2 कदम है। Iro एक्स फिल्म की प्रतिक्रिया के रूप में हाइड्रेट करने के लिए 24 घंटे के लिए 7 पीएच बफर समाधान में इलेक्ट्रोड छोड़ दो हाइड्रेशन निर्भर 33 है।
  3. Iro फिल्म पीएच विशेषता x
    1. (पीएच 2 - पीएच 12) ब्याज की पीएच रेंज को कवर किया है, जो बफर समाधान की एक श्रृंखला तैयार है, इन (जैसे कार्मोडी 36) घर में किए गए या व्यावसायिक रूप से खरीदा जा सकता है।
    2. आसुत जल से इलेक्ट्रोड कुल्ला। सबसे कम पीएच के बफर समाधान में Iro एक्स इलेक्ट्रोड और संदर्भ इलेक्ट्रोड रखें। एक potentiostat का प्रयोगतीन दोहराता साथ, 30 सेकंड से अधिक खुला सर्किट क्षमता (ओसीपी) रिकॉर्ड है। अगले बफर में समाधान, कुल्ला और जगह से इलेक्ट्रोड निकालें।
    3. प्रत्येक बफर के लिए दोहराएँ कदम 5.3.2, तो कम से कम दो बार श्रृंखला दोहराएँ। ओसीपी बनाम प्लॉट पीएच, फिल्म प्रतिक्रिया के लिए अंशांकन साजिश है। दशक 37 प्रति 80 एम वी - एक Iro एक्स फिल्म 59 के बीच एक ढाल के साथ एक ढलान दर्शाती है।
      नोट: चित्रा -3 सी BDD पर एक सफल Iro एक्स पीएच संवेदक के लिए एक उदाहरण अंशांकन साजिश से पता चलता है।
  4. एक पीएच जनरेटर और माप प्रणाली का प्रयोग
    नोट: - galvanostatically पानी इलेक्ट्रोलिसिस से इस ओह एच + या उत्पन्न होगा एक इलेक्ट्रोड Iro एक्स फिल्म (जैसे डिस्क) और दूसरा (जैसे BDD अंगूठी) के साथ लेपित है, जहां एक दोहरी इलेक्ट्रोड प्रणाली के उपयोग को मान लिया गया है।
    1. नमक विआयनीकृत पानी जोड़कर एक 20 मिलीलीटर 0.1 एम KNO 3 समाधान तैयार है। Iro लेपित x कनेक्टदूसरे इलेक्ट्रोड एक स्थिर संदर्भ इलेक्ट्रोड जैसे SCE के साथ एक दो इलेक्ट्रोड प्रणाली में काम कर इलेक्ट्रोड के रूप में इलेक्ट्रोड। शुरू करने पीएच स्थापित करने के लिए, एक potentiostat का उपयोग कर ओसीपी उपाय।
    2. एक काउंटर इलेक्ट्रोड, जैसे पं पन्नी, और दोहराने कदम 5.4.1 के साथ एक उपयुक्त दो इलेक्ट्रोड galvanostatic व्यवस्था करने के लिए जनरेटर इलेक्ट्रोड कनेक्ट, लेकिन समय का एक निर्धारित अवधि के बाद जनरेटर इलेक्ट्रोड के लिए एक मौजूदा लागू होते हैं।
      नोट: हम 0 ± 50 μA हमारे BDD इलेक्ट्रोड के साथ उपयुक्त हैं रेंज में धाराओं मिल; बड़ा धाराओं प्रशंसनीय गैस विकास में परिणाम। वर्तमान की भयावहता और दिशा वांछित परिणाम पर निर्भर करता है; एक सकारात्मक वर्तमान और अधिक अम्लीय पीएच को एक पारी और अधिक क्षारीय पीएच के लिए एक नकारात्मक वर्तमान, पीएच परिवर्तन अधिक से अधिक बड़ा वर्तमान में परिणाम होगा।
    3. प्रतिक्रिया स्थिर तक potentiostat का उपयोग करना, galvanostatic वर्तमान के जवाब में ओसीपी में परिवर्तन रिकॉर्ड, रुको। तब Iro एक्स जगह एक्स फिल्म को फिर से संतुलित करने के लिए।
    4. दोहराएँ आवश्यक सभी डेटा एकत्र किया गया है, जब तक अलग लागू धाराओं के साथ 5.4.3 के लिए 5.4.2 कदम। पीएच को ओसीपी में परिवर्तित करने के लिए धारा 5.3 में प्राप्त अंशांकन वक्र का उपयोग कर डेटा प्लॉट, एक उदाहरण डेटा सेट चित्रा -4 ए में दिखाया गया है। 0.2 सेकंड के लिए वी -2 2 वी से 0.1 महाराष्ट्र 2 अतः 4 में एल्यूमिना चमकाने या स्पंदन का उपयोग कर Iro एक्स फिल्म निकालें, 100 ×। ब्याज की माप प्रणाली को लागू करें।
  5. स्थानीय पीएच पीढ़ी के दृश्य मूल्यांकन
    1. धारा 5.4.1 के रूप में एक 20 मिलीलीटर 0.1 एम KNO 3 समाधान तैयार है। (इस आंख से एक प्रतिक्रिया को देखने के लिए पर्याप्त है, लेकिन एक और अधिक गहन रंग के लिए, और अधिक बूँदें जोड़ने) एक पाश्चर विंदुक और हलचल का उपयोग कर phenolphthalein सूचक समाधान के 5 बूँदें जोड़ें। समाधान में BDD काम कर इलेक्ट्रोड और पं काउंटर इलेक्ट्रोड रखें।
    2. का उपयोग कर काम कर इलेक्ट्रोड के लिए एक नकारात्मक वर्तमान लागूकदम 5.4.2 के रूप में एक galvanostat (जैसे ~ -0.6 मा सेमी -2) समाधान गुलाबी बेरंग से रंग बदलता है कि इस तरह के। यह अब स्थानीय स्तर पर पीएच ≥ 10.5 पर जो एक समाधान उत्पन्न करता है।
    3. मिथाइल लाल समाधान के बजाय phenolphthalein और हलचल के 5 बूंदों के साथ दोहराएँ कदम 5.5.1। समाधान पीले से लाल रंग बदल जाता है कि इस तरह के एक पर्याप्त सकारात्मक वर्तमान (जैसे ~ 6.6 मा सेमी -2) को लागू करें। यह अब स्थानीय स्तर पर 4.2 38 ≤ पीएच पर जो एक समाधान उत्पन्न करता है।

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Representative Results

रमन स्पेक्ट्रा और विद्युत विशेषताओं अलग dopant घनत्व के साथ प्रतिनिधि BDD macrodisc इलेक्ट्रोड के लिए प्राप्त किया गया है, और एनडीसी की महत्वपूर्ण और नगण्य स्तर, दोनों 1 और 2 के आंकड़े। आंकड़े 1 ए और बी शो ठेठ रमन डेटा पतली फिल्म माइक्रोक्रिस्टलाइन BDD और बड़े अनाज एनडीसी युक्त लिए फ्रीस्टैंडिंग BDD, क्रमशः, धातु सीमा से ऊपर डाल दिया गया। एनडीसी की उपस्थिति में 1400 और 1600 सेमी -1 के बीच लेबल व्यापक चोटियों से पहचाने जाने योग्य है; BDD freestanding, एनडीसी मुक्त की ठेठ रमन हस्ताक्षर से पता चलता है जो चित्रा 1C, में दिखाई दे ऐसी कोई चोटी है। चित्रा 1 में सभी तीन स्पेक्ट्रा में यह 1332 सेमी -1 पर एक तेज चोटी का निरीक्षण करने के लिए संभव है, इस सपा 3 कार्बन (हीरा) के हस्ताक्षर चोटी है; इस शिखर के आसपास आधारभूत की विषमता एक "Fano प्रतिध्वनि के रूप में जाना जाता हैवर्तमान नमूना उपयुक्त रूप से विद्युत पढ़ाई में उपयोग के लिए (10 से 20 बी परमाणुओं सेमी -3) डाल दिया गया है इंगित करता है कि यदि "और। यह यहाँ दिखाए गए सभी तीन इलेक्ट्रोड के लिए मामला है।

चित्रा में विद्युत की पढ़ाई के लिए 2 उदाहरण डेटा (रेडोक्स मध्यस्थ आरयू में दर्ज समाई, विलायक खिड़की और सीवी (एनएच 3) 6 3) धातु सीमा से ऊपर डाल दिया गया, दोनों एनडीसी युक्त और एनडीसी मुक्त BDD के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं। चित्रा 2A में समाई घटता स्पष्ट रूप से एनडीसी युक्त BDD एनडीसी मुक्त BDD की तुलना में एक अधिक से अधिक कैपेसिटिव वर्तमान दर्शाती है कि संकेत मिलता है। पाठ में वर्णित है और 10.8 μF सेमी -2 (एनडीसी युक्त) और 6.3 μF सेमी -2 (एनडीसी) मुक्त BDD के रूप में चित्रा 2A में उद्धृत कर रहे हैं के रूप में प्रत्येक के लिए capacitances गणना की गई है। उच्च गुणवत्ता, कम एनडीसी-सामग्री, BDD इलेक्ट्रोड एक समाई है की संभावना है << 10 μF गएम -2। इसी तरह, चित्रा 2 बी कापी एनडीसी युक्त और एनडीसी मुक्त BDD इलेक्ट्रोड की विलायक खिड़कियों तुलना। यह विलायक खिड़की को सीमित करने, एक एनडीसी युक्त इलेक्ट्रोड के लिए काफी में लाया गया है एच 2 ओ ऑक्सीकरण और कमी की शुरुआत है कि देखा जा सकता है। नोट के अलावा वजह एनडीसी की ऑक्सीकरण और एनडीसी पर नहीं बल्कि सपा 3 कार्बन पर उत्प्रेरित किया जाता है, जो कारण ORR करने के लिए एक कैथोडिक पीक करने के लिए anodic चोटियों की उपस्थिति है। नगण्य एनडीसी साथ एक उच्च गुणवत्ता BDD इलेक्ट्रोड के लिए विलायक खिड़की 3 वी जलीय KNO 3 समाधान में >> होने की उम्मीद है। चित्रा -2 में डोपिंग के स्तर की एक किस्म के साथ BDD इलेक्ट्रोड के सीवी प्रतिक्रिया रेडोक्स मध्यस्थ आरयू (एनएच 3) 6 3+ का उपयोग कर जांच कर रहे हैं। BDD इलेक्ट्रोड धातु सीमा से ऊपर डाल दिया गया के लिए, anodic और कैथोडिक वर्तमान चोटियों के बीच वोल्टेज जुदाई नर्न्स्ट समीकरण के अनुसार, 59 एम वी के करीब होने की उम्मीद है; होवेdopant स्तर घटने के रूप में देखें, सामग्री जुदाई चोटी के शिखर में वृद्धि हुई है, जिसके परिणामस्वरूप चार्ज वाहक के समाप्त हो जाता है।

सभी हीरे (BDD हीरे में अछूता) 39 दोहरी इलेक्ट्रोड और BDD अंगूठी डिस्क इलेक्ट्रोड सील एक epoxy चित्रा -4 ए में पीएच पीढ़ी के प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया है, जबकि Iro एक्स में लिपटे एक BDD macrodisc, चित्रा 3 में डेटा रिकॉर्ड करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। चित्रा 3 में डेटा BDD पर एक पीएच संवेदनशील Iro एक्स फिल्म के लिए बयान और लक्षण प्रक्रिया को दिखाता है। चित्रा 3 में Iro एक्स बयान समाधान में दर्ज एक ठेठ सीवी दिखाया गया है। यहाँ सचित्र के रूप में बाद Iro एक्स बयान के लिए कार्यरत क्षमता, ऑक्सीडेटिव वर्तमान शिखर की स्थिति से पहचाना जा सकता है। चित्रा 3 बी एक Iro एक्स फिल्म electrodeposit की सल्फ्यूरिक एसिड में एक कापी सीवी हैBDD पर एड। सीवी के आकार फिल्म मोटाई के बारे में जानकारी उपलब्ध कराने के शिखर वर्तमान घनत्व के साथ एक सफलतापूर्वक जमा फिल्म की विशेषता है। एक उच्च वर्तमान घनत्व एक मोटा फिल्म इंगित करता है। फिल्म की स्थिरता मोटाई निर्भर है; बहुत पतली और पीएच प्रतिक्रिया बहाव जाएगा, बहुत मोटी है और इस फिल्म की प्रतिक्रिया समय धीमा हो जाएगा और फिल्म बंद परत कर सकते हैं। शिखर वर्तमान घनत्व ~ 0.7 मा सेमी -2 के लिए एक मूल्य एक उत्कृष्ट पीएच प्रतिक्रिया के साथ एक स्थिर फिल्म इंगित करने के लिए दिखाया गया है। अलग पीएच बफ़र्स की दिशा में एक BDD इलेक्ट्रोड पर Iro एक्स परत के ओसीपी प्रतिक्रिया चित्रा -3 सी में दिखाया गया है। त्रुटि सलाखों के आकार के सबूत के रूप मापन के बीच बहाव छोटा है और ढलान फिल्म के इस प्रकार के रूप में की उम्मीद-Nernstian सुपर (> 59 एम वी) है।

अंत में, चित्रा 4 पीएच पीढ़ी के लिए एक BDD इलेक्ट्रोड का उपयोग दिखाता है। चित्रा -4 ए में पीएच मुझे बदलनेचित्रा 4 में सचित्र के रूप में एक Iro पर asured लेपित x BDD इलेक्ट्रोड, या तो अंगूठी या बैंड प्रारूप में, पास रखा पीएच पीढ़ी BDD इलेक्ट्रोड के लिए लागू धाराओं की एक श्रृंखला के लिए प्रस्तुत किया है। अलग लागू धाराओं के लिए, पीएच स्थानीय स्तर पर बदला जा सकता है और quantifiably अम्लीय या क्षारीय या तो (तटस्थ पास) एक प्रारंभिक मूल्य से। एक उपयुक्त वर्तमान घनत्व> 10.5 तटस्थ करने के लिए करीब से पीएच बदलने के लिए एक BDD इलेक्ट्रोड के लिए लागू किया जाता है, जहां चित्रा 4 बी, में सचित्र के रूप में इस प्रक्रिया को नेत्रहीन मनाया जा सकता है। Phenolphthalein (पीएच सूचक) की उपस्थिति में इस इलेक्ट्रोड के आसपास के क्षेत्र में, गुलाबी बेरंग से जा समाधान में यह परिणाम है।

आकृति 1
(ए) एनडीसी विकास सब्सट्रेट से जुड़ी पतली फिल्म माइक्रोक्रिस्टलाइन BDD युक्त (डीओपी पर एक 514 एनएम लेजर के साथ दर्ज चित्रा 1. ठेठ रमन डेटाचींटी घनत्व 1.9 × 10 20 बोरान परमाणुओं सेमी -3) और (बी, सी) BDD freestanding बड़ा अनाज, औसत dopant घनत्व 1.9 × 10 20 और 3 × 10 से 20 बी परमाणुओं सेमी -3 क्रमशः। एनडीसी में स्पष्ट है (ए) और कारण 1400 और 1600 के बीच सेमी लेबल एनडीसी चोटियों की उपस्थिति के लिए (बी) -1, (सी) नगण्य एनडीसी में शामिल है। सभी तीन इलेक्ट्रोड एक "Fano गूंज" दिखाने के लिए और इस तरह उपयुक्त रूप बोरान विद्युत अध्ययनों 7 के लिए डाल दिया गया हैं। अनुमति के साथ संदर्भ [4C] से हिस्से में reproduced। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. विद्युत लक्षण वर्णन। में सभी प्रतिनिधि डेटा ( बी) 10 से 20 बी परमाणुओं सेमी -3 39 यानी धातु सीमा से ऊपर डाल दिया गया हीरा encased हे समाप्त BDD इलेक्ट्रोड इन्सुलेट पर दर्ज किया गया है। (ए) एनडीसी मुक्त BDD के लिए समाई घटता जहां सी = 6.3 μF सेमी -2 (काला), और BDD एनडीसी युक्त लिए जहां सी = 10.8 μF सेमी -2 (लाल)। (बी) एनडीसी मुक्त BDD, विलायक खिड़की> 3.95 वी (काला) और BDD, विलायक खिड़की = 3.22 वी (लाल) एनडीसी युक्त के लिए के लिए प्रतिनिधि विलायक खिड़कियां। (सी) सीवी 6 3 + 0.1 वी सेकंड में 1 मिमी आरयू (एनएच 3) में दर्ज की गई -1 गिलास रेंज में अलग बोरान dopant घनत्व की BDD macrodisc इलेक्ट्रोड freestanding सील 9.2 × 16-03 अक्टूबर × 10 20 बी परमाणुओं सेमी - 3। अनुमति के साथ संदर्भ [4C] से हिस्से में reproduced। <एक href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig2large.jpg" लक्ष्य = "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
BDD और पीएच प्रतिक्रिया पर Iro एक्स फिल्म बयान की चित्रा 3. विशेषता। बयान करने से पहले Iro एक्स समाधान में (ए) सीवी। अधिकतम ऑक्सीकरण वर्तमान फिल्म निर्माण सबसे कुशल होना पाया जाता है, जहां बयान क्षमता, ई रवानगी के लिए एक मूल्य प्रदान करता है। का प्रयोग क्षमता> ई रवानगी, एक अस्थिर जमा फिल्म में परिणाम है। (बी) के 0.1 महाराष्ट्र अतः 4 0.1 वी सेकंड -1 में दर्ज 2 में एक electrodeposited Iro एक्स फिल्म के लिए विशेषता सीवी; मैं पी, एक आम तौर पर ~ 0.7 मा सेमी है -2। (सी) प्रतिनिधि पीएच calibratioएक freestanding BDD इलेक्ट्रोड पर electrodeposited iro के लिए एक्स एन वक्र (आर 2 = .997)। ढलान पीएच के लिए एक सुपर Nernstian प्रतिक्रिया (65.4 एम वी) से पता चलता है। छोटी सी गलती सलाखों (एन = 3) माप में फिल्म स्थिरता और reproducibility संकेत मिलता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
। 0.150 मिमी सीटू पीएच नियंत्रण में BDD अंगूठी डिस्क इलेक्ट्रोड, डिस्क व्यास = 0.922 मिमी, जुदाई = 0.262 मिमी, और अंगूठी चौड़ाई = के लिए एक freestanding BDD अंगूठी डिस्क और दोहरी बैंड इलेक्ट्रोड की चित्रा 4. का प्रयोग करें; BDD बैंड इलेक्ट्रोड जनरेटर 0.460 × 3 मिमी, डिटेक्टर = 0.09 × 3 मिमी, और जुदाई = 0.2 मिमी =। (ए) एक कामकाज रूप डिटेक्टर इलेक्ट्रोड पर समय रुपरेखा बनाम मापा प्रयोगात्मक पीएचलागू किया galvanostatic वर्तमान (अंगूठी डिस्क इलेक्ट्रोड पर 10-50 μA और दोहरी बैंड इलेक्ट्रोड के लिए -0.5 -8 के लिए μA) के पर। समय की लंबी अवधि में उत्पन्न स्थिर पीएच ध्यान दें। संदर्भों की संशोधित प्रजनन [9 ए] और [9b]। (बी) phenolphthalein सूचक समाधान का उपयोग सीटू पीएच पीढ़ी में की साधारण दृश्य; -4.55 μA (-0.58 मा सेमी -2) के एक वर्तमान में एक 1 मिमी व्यास कांच के लिए लागू किया गया था BDD macroelectrode सील कर दिया। गुलाबी रंग pH≥10.5 इंगित करता है, बेरंग समाधान pH≤8.4 38 इंगित करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

एच समाप्त सतह विशेष रूप से उच्च anodic क्षमता 7,40,41 पर, electrochemically अस्थिर है, क्योंकि एक हे समाप्त सतह के साथ शुरू की वकालत की है। सतह समाप्ति बदलने जैसे (स्थानीय समाधान पीएच बदलने के लिए यहां इस्तेमाल किया) पानी इलेक्ट्रोलिसिस के रूप में भीतरी क्षेत्र जोड़ों के इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण कैनेटीक्स को प्रभावित कर सकते हैं। BDD अनाज की सीमाओं पर महत्वपूर्ण एनडीसी होता है, तो इसके अलावा, यह चरम anodic के आवेदन पर / कैथोडिक क्षमता इन कमजोर बिंदुओं पर हो सकता है नक़्क़ाशी, पीएच पीढ़ी के लिए इस लेख में की वकालत की है कि यह भी संभव है। इस फिल्म खुरचना और पतली फिल्म Au और पं इलेक्ट्रोड 17 के साथ देखा के रूप में पतली फिल्मों के लिए है, अंत में, एक अस्थिर पीएच पीढ़ी प्रोफ़ाइल में ही प्रकट, delaminate के लिए कारण होगा। आंकड़े 1 (रमन) और 2 (capacit में चर्चा के रूप में इसलिए उपयोग करने से पहले इलेक्ट्रोड की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए एक कड़े प्रोटोकॉल एनडीसी सामग्री का आकलन करने के लिए अपनाई गई हैमंजूरी और विलायक विंडो)।

इसके अलावा महत्व के बोरान सामग्री है। सामग्री धातु सीमा (<10 20 बी परमाणुओं सेमी -3) के नीचे डाल दिया गया है, तो यह विद्युत प्रदर्शन 7,42 में कमी के परिणामस्वरूप, flatband क्षमता का नकारात्मक क्षमता पर समाप्त प्रभारी, हो जाएगा। गुणात्मक धातु डोपिंग के स्तर का आकलन करने के लिए सबसे आसान तरीका है चित्रा 1 (एसी) के रूप में दिखाया, रमन स्पेक्ट्रा में, सपा 3 शिखर में विषमता का कारण बनता है, जो एक Fano के हस्ताक्षर की उपस्थिति के लिए लग रही है। यह असतत phonon राज्य और इलेक्ट्रॉनिक सातत्य के बीच हस्तक्षेप की वजह से है और बोरान डोपिंग स्तरों> 10 से 20 बी परमाणुओं सेमी -3 43 में देखा जाता है। माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एस) अंततः बोरान सामग्री quantifies लेकिन विनाशकारी है और उपयोग करने के लिए और अधिक गहन है। एस कुल बोरान सामग्री प्रदान करता है के रूप में यह स्वतंत्र रूप से उपलब्ध नही की संख्या में संभावित कटौती के लिए खाते में नहीं है ध्यान देंमुआवजा या बोरान की passivation के कारण ई चार्ज वाहक ऐसे क्रमश नाइट्रोजन 44 या हाइड्रोजन 45 के रूप में उपयुक्त दाताओं के साथ स्वीकार।

Electrochemically, dopant घनत्व मतभेद जिसका औपचारिक के बैंड अंतराल के भीतर संभावित झूठ एक बाहरी क्षेत्र में तेजी से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण रेडोक्स युगल के रोजगार से देखे जा सकते हैं जैसे कि आरयू के रूप में BDD, (एनएच 3) अर्द्ध का आयोजन हे समाप्त 6 3 / + 2 + 46। BDD इलेक्ट्रोड वृद्धि की डोपिंग स्तर, और से सामग्री कदम के रूप में, चित्रा -2 में दिखाया गया है उदाहरण के लिए, वर्तमान बढ़ जाती है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण और अधिक सुगम हो जाता है के रूप में जुदाई कम हो जाती है चोटी के शिखर धातु के लिए अर्द्ध आयोजन। धातु dopant स्तरों पर इलेक्ट्रोड ऐसे आरयू (एनएच 3) के रूप में एक मध्यस्थ के लिए 6 3 +, प्रतिवर्ती प्रसार सीमित सीवी स्थिर समाधान में एक macroelectrode में दर्ज कर रहे हैं, जहां एक शास्त्रीय इलेक्ट्रोड के समान व्यवहार दिखाना चाहिएएन। प्रतिवर्ती व्यवहार करने के लिए 10 से 19 के करीब है, लेकिन केवल एच समाप्त सतहों के लिए दर्ज किया गया है ~ बोरान dopant स्तरों पर ध्यान दें। इस वजह से हीरे में संयोजक और चालन बैंड की ऊर्जा के स्तर को उठाया होने का कारण बनता एच समाप्त जहां इस सतह का एक दिलचस्प ख़ासियत के लिए है। यह 3 ओ + सतह हस्तांतरण डोपिंग और एक औसत दर्जे की सतह चालकता, जिसके परिणामस्वरूप अब संभव है एच के संयोजक बैंड से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण का मतलब है। हालांकि, एच समाप्त कम dopant घनत्व इलेक्ट्रोड के साथ काम कर रहे हैं विशेष रूप से उच्च anodic क्षमता पर एच समाप्त सतह की विद्युत अस्थिरता, करने के लिए एक लंबी अवधि के व्यावहारिक दृष्टिकोण 7,40,41 नहीं है।

माप इलेक्ट्रोड के स्थानीय पीएच संशोधित करने की क्षमता पीएच व्यवस्थित संशोधित और सिस्टम पर प्रभाव electrochemically बगल में मूल्यांकन किया जा सकता है, जहां अब संभव हो गया उदाहरण स्थानीय पीएच अनुमापन प्रयोगों के लिए कई अलग अलग आवेदन किया है सीटू 47-50 में, करने के लिए बहुत अम्लीय मूल्यों को कम करके प्राकृतिक पीएच और कुल धातु सामग्री पर मुफ्त धातु सामग्री का आकलन करें। इस स्रोत माप पर के लिए बहुत उपयोगी है। इसके अतिरिक्त, प्रजातियों स्थानीय पीएच को बदलने के आधार पर पहचाने जाने के लिए electrochemically पता लगाने योग्य नहीं किया जा रहा से बंद किया जा सकता है, जैसे भंग हाइड्रोजन सल्फाइड पूरी तरह से पीएच मान> 9 16 में electrochemically पहचाने जाने सल्फाइड प्रपत्र को बदल देता है। इलेक्ट्रोड geometries कार्यरत लिए उदाहरण में, दी , 4 (6.4-2.0 और 6.0-10.8) इकाइयों पर पीएच परिवर्तन का प्रदर्शन किया गया। बड़ा परिवर्तन galvanostatic वर्तमान में वृद्धि और इलेक्ट्रोड geometries बदलकर संभव हो रहे हैं। उदाहरण के लिए, जनरेटर और डिटेक्टर इलेक्ट्रोड और डिटेक्टर के सापेक्ष आकार को कम करने के बीच अलगाव को कम कम / उच्च पीएच मान प्राप्त करने की अनुमति देगा। करतबBDD इलेक्ट्रोड के Ure आकार कार्यरत निर्माण तकनीक का संकल्प से सीमित हो जाएगा। स्थिर पीएच पीढ़ी के लिए पारित किया जा करने में सक्षम वर्तमान के आकार के एक ऊपरी सीमा भी नहीं है, ध्यान दें। इससे गेंद इलेक्ट्रोड पर महत्वपूर्ण गैस विकास और बुलबुला गठन मनाया जाता है, जिस पर वर्तमान से निर्धारित होता है।

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Acknowledgments

हम यह आंकड़ा 4 बी में फोटोग्राफ लिए और वीडियो, मिस जेनिफर वेब संपर्क कोण माप के बारे में सलाह और दृश्यों के लिए के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों के प्रसंस्करण के लिए डॉ जोनाथन न्यूलैंड का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं, चित्रा 2 बी में मिस Sze यिन टैन विलायक खिड़की के लिए डेटा डॉ मैक्सिम यूसुफ रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी पर सलाह, और साथ वर्णित प्रोटोकॉल विकसित करने में मदद मिली है, जो वारविक Electrochemistry और इंटरफेस समूह की भी सदस्यों के लिए। हम यह भी प्रोटोकॉल के फिल्मांकन में अपनी भूमिका के लिए मैक्स यूसुफ, Lingcong मेंग, झो Ayres और रॉय Meyler को धन्यवाद देना चाहूंगा।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pt Wire Counter Electrode
Saturated Calomel Electrode IJ Cambria Scientific Ltd. 2056 Reference Electrode (alternatively use Ag|AgCl)
BDD Electrode Working Electrode
Iridium Tetrachloride VWR International Ltd 12184.01
Hydrogen Peroxide Sigma-Aldrich H1009 (30% w/w) Corrosive
Oxalic Acid  Sigma-Aldrich 241172 Harmful, Irritant
Anhydrous Potassium Chloride Sigma-Aldrich 451029
Sulphuric Acid VWR International Ltd 102765G (98%) Corrosive
Potassium Nitrate Sigma-Aldrich 221295
Hexaamine Ruthenium Chloride Strem Chemicals Inc. 44-0620 Irritant
Perchloric Acid Sigma-Aldrich 311421 Oxidising, Corrosive
2-Propanol Sigma-Aldrich 24137 Flammable
Nitric Acid Sigma-Aldrich 695033 Oxidising, Corrosive
Sputter/ Evapourator With Ti & Au targets
Raman 514.5 nm laser
Annealing Oven Capable of 400 °C
Ag paste Sigma-Aldrich 735825 or other conductive paint
Potentiostat
pH Buffer solutions Sigma-Aldrich 38740-38752 Fixanal buffer concentrates
Phenolphthalein Indicator VWR International Ltd 210893Q
Methyl Red Indicator Sigma-Aldrich 32654

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References

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बोरान Doped डायमंड इलेक्ट्रोड गुणवत्ता और आवेदन करने का आकलन<em&gt; बगल में</em&gt; पानी इलेक्ट्रोलीज़ द्वारा स्थानीय पीएच का संशोधन
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