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

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।

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…

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।</s…

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) पान…

Materials

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