Avaliação do dopado com boro Diamante Eletrodo de Qualidade e Aplicação de<em> In Situ</em> A modificação de pH local pela eletrólise da água

Summary

Um protocolo é descrito para a caracterização dos parâmetros eletroquímicos-chave de um diamante dopado com boro (BDD) eletrodo e posterior aplicação em experimentos para geração de pH situ.

Abstract

Diamante dopado com boro (BDD) eletrodos mostraram a promessa considerável como um material de eletrodo, onde muitas de suas propriedades relatadas, tais como janela estendido solvente, baixas correntes de fundo, resistência à corrosão, etc., surgem da natureza cataliticamente inerte da superfície. No entanto, se durante o processo de crescimento, não-diamante-carbono (NDC) fica incorporado na matriz do eléctrodo, as propriedades electroquímicas irá mudar como a superfície torna-se mais cataliticamente activo. Como tal, é importante que o Electroche tem conhecimento da qualidade e resultando propriedades electroquímicas chave do eléctrodo BDD antes da utilização. Este artigo descreve uma série de etapas de caracterização, incluindo microscopia Raman, capacitância, janela solvente e redox eletroquímica, para verificar se o eletrodo de BDD contém insignificante NDC ou seja insignificante sp ² carbono. Uma aplicação é realçado, que tira proveito da cataliticamente inertee natureza resistente à corrosão de uma superfície NDC-livre, ou seja, de protões locais estável e quantificável e produção de hidróxido devido a eletrólise da água em um eletrodo de BDD. Uma abordagem para medir a alteração local do pH induzida por electrólise da água usando óxido de irídio revestidos eléctrodos de BDD também é descrita em detalhe.

Introduction

Escolha do material de eletrodo é de grande importância na realização de qualquer estudo eletroanalítico. Nos últimos anos, sp ³ carbono (diamante) dopado com boro suficiente para tornar o material "metal-like" tornou-se uma escolha popular para uma ampla gama de aplicações eletroanalíticas devido à sua excelente eletroquímica (e térmicas e mecânicas) propriedades ^{1,2 , 3.} Estes incluem a resistência à corrosão sob extremas solução, temperatura e pressão condições ^{4 Windows} solventes ultra-largas, baixas correntes de fundo, e reduziu a incrustação, em comparação com outros materiais de eletrodo comumente usados ^​​5-7,3. Entretanto, o aumento não-diamante-carbono (NDC: sp ²⁾ resulta de conteúdo em uma janela solvente diminuindo, aumentando ^7,8 correntes de fundo, mudanças tanto na integridade estrutural e sensibilidade para diferentes espécies esfera redox internas, por exemplo. oxigénio ^9-12.

Nota para assimme aplicações, presença NDC é visto como vantajoso ^13. Além disso, se o material não contém boro suficiente irá comportar-se como um semi-condutores do tipo p e mostram uma reduzida sensibilidade a espécie redox na janela potencial redutora, onde o material é mais empobrecido de portadores de carga ^7. Finalmente, a química da superfície de diamante dopado com boro (BDD) pode também desempenhar um papel na resposta observada electroquímica. Isto é especialmente verdade para as espécies esfera interna que são sensíveis à superfície química e diminuir diamante dopado em que um átomo de hidrogénio (H -) – superfície terminada pode fazer um eletrodo semicondutor BDD aparecer "metal-like" ^7.

Para aproveitar as propriedades superiores de BDD, é frequentemente essencial que o material é suficientemente dopado e contém tão pouco quanto possível NDC. Dependendo do método adotado para crescer o BDD, as propriedades podem variar ^14,15. Este artigo sugere um primeiro-primas e um eleitoguia protocolo caracterização rochemical para avaliar BDD eletrodo adequação antes do uso (ou seja, de boro suficiente, minimal NDC) e, em seguida, descreve um aplicativo baseado em localmente mudando pH electroquimicamente usando o eletrodo verificou-protocolo. Este processo aproveita a capacidade de resistência da superfície da NDC-livre BDD à corrosão ou dissolução sob aplicação de extremos aplicado potenciais (ou correntes) por longos períodos de tempo. Em particular, a utilização de um eléctrodo de BDD para gerar protões estável ^(H +) ou hidróxido (OH ^-) fundentes devido à electrólise (oxidação ou redução, respectivamente) de água na proximidade de um segundo (sensor) ^16,17 é aqui descrito.

Deste modo é possível controlar o ambiente do sensor de pH de uma maneira sistemática, por exemplo, para experiências de titulação de pH, ou para corrigir o pH a um valor em que o processo electroquímico é mais sensível. Este último é especialmente útil paraaplicações em que o sensor é colocado na fonte, por exemplo, rio, lago, o mar e o pH do sistema não é óptimo para a medição electroquímica de interesse. Dois exemplos recentes incluem: (i) a geração de um baixo pH localizado, numa solução de pH neutro, para a electrodeposição de mercúrio e de extracção ^17; Observação O BDD é um material preferido para a electrodeposição de metais devido à janela catódica estendida ^9,18,19. (ii) Quantificação de forma detectável electroquimicamente de sulfureto de hidrogénio, presente a um pH elevado, aumentando localmente o pH de neutro a fortemente alcalina ^16.

Protocol

NOTA: eléctrodos de BDD são mais cultivados usando técnicas de deposição de vapor químico, ligados a um substrato de crescimento. Eles deixam a câmara de H-terminado (hidrofóbico) crescimento. Se crescido suficientemente espesso o BDD pode ser removido a partir do substrato e é denominado autoportante. A superfície de crescimento BDD independente é muitas vezes polido para reduzir significativamente a rugosidade da superfície. Limpar o BDD no resultado de ácido em um de oxigênio (O) terminadas em superfície. <p class="jov…

Representative Results

Espectros e eletroquímicos características Raman foram obtidos para representativos eletrodos macrodisc BDD com diferentes densidades dopantes, e ambos os níveis significativos e insignificantes de NDC, Figuras 1 e 2. As figuras 1A e B mostram os dados típicos Raman para NDC contendo microcristalina película fina BDD e maiores de grãos autoportante BDD, dopado acima do limiar metálico, respectivamente. A presença…

Discussion

Começando com uma superfície terminada-O é defendida porque a superfície de terminada-H é electroquimicamente instável, especialmente em altas potenciais anódicos ^7,40,41. Alterando terminação superfície pode afectar a cinética de transferência de electrões de casais esfera interna, tais como a electrólise da água (aqui utilizados para mudar a solução de pH local). Além disso, se o BDD contém NDC significativa nos contornos de grão é também possível que, após a aplicação do extremo a…

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