Оценка легированный бором алмазного электрода качества и применения к<em> На месте</em> Модификация местного рН электролиза воды

Summary

Протокол описан для характеристики основных электрохимических параметров бора алмаза, легированного (BDD) электродом и последующего применения для экспериментов в поколения Situ рН.

Abstract

Бор алмаза, легированного (BDD) электродов показали широкие перспективы в качестве электродного материала, где многие из их сообщенных свойств, таких как окна расширенного растворителя, низкие фонового тока, коррозионная стойкость и т.д., возникают из каталитически инертных природы поверхности. Однако, если в процессе роста, не алмазного углерода, (NDC) становится включены в электродной матрицы, электрохимические свойства, как будет меняться поверхность становится более каталитически активным. Таким образом, важно, что электрохимик осознает качества и в результате основные электрохимические свойства электрода BDD перед использованием. Эта статья описывает ряд шагов по характеристике, в том числе комбинационного микроскопии, емкости, окна растворителя и окислительно-восстановительного электрохимии, чтобы установить электрод БДД, содержит ли незначительное НДЦ т.е. незначительное ^SP 2 углерод. Одна заявка будет выделен, которые используют преимущества каталитически инертныйи коррозии природа в НДЦ свободной поверхности, то есть стабильной и количественному местного протон и гидроксида производство из-за электролиза воды на электроде BDD. Подход к измерению локальное изменение рН, вызванное использованием электролиза воды оксида иридия, покрытые BDD электродов также описан подробно.

Introduction

Выбор материала электрода имеет важное значение при проведении каких-либо Электроаналитические исследование. В последние годы, ^SP 3 углерода (алмаз), легированного бором с достаточной, чтобы сделать материал "металл, как" стал популярным выбором для широкого круга приложений электроаналитических благодаря отличной электрохимической (и тепловых и механических) свойств ^{1,2 3.} Они включают в себя коррозионную стойкость в экстремальных решение, температуры и давления, ⁴ ультра-широкие окна растворителей, низкофоновых токов, а также снижение загрязнения, по сравнению с другими широко используемыми электродных материалов ^5-7,3. Тем не менее, увеличение неалмазного углерода (НДЦ ^SP 2) Результаты контент в окне уменьшения платежеспособного, увеличение фоновых течений ^7,8, изменений как в структурной целостности и чувствительности к различным внутренним видов сфера окислительно-восстановительных, например. кислорода ^9-12.

Примечание такмне приложения, НДЦ присутствие рассматривается как выгодное ^13. Кроме того, если материал не содержит достаточного бор он будет вести себя как р-типа полупроводника и показать пониженную чувствительность к окислительно-восстановительных видов в восстановительном потенциального окна, в котором материал наиболее истощенных носителей заряда ^7. Наконец, химии поверхности алмаза, легированного бором (BDD) также могут играть определенную роль в наблюдаемом электрохимической реакции. Это особенно верно для внутренних видов сферы, которые чувствительны к химии поверхности и снизить легированного алмаза, где атом водорода (Н -) – прекращается поверхность может сделать полупроводниковых БДД электрод появляются "металл, как" ^7.

Чтобы воспользоваться превосходящими свойства BDD, он часто является необходимым материал достаточно легированных и содержит, как мало НДЦ как это возможно. В зависимости от метода, принятого расти BDD, свойства могут варьироваться ^14,15. Это документе сначала предлагает материалы и избранныйrochemical руководство протокол характеристика для оценки пригодности BDD электродов до использования (то есть достаточное бор, минимальный НДЦ), а затем описывает одно приложение на основе локально изменяя рН электрохимически с использованием электрода для протокола проверяется. Этот процесс занимает преимущество поверхностной устойчивости НДЦ свободных BDD к коррозии или растворения под применении экстремальных применяется потенциалов (или токов) в течение длительных периодов времени. В частности, использование электрода BDD генерировать стабильные протон ^(H +) или гидроксид (OH ^-) потоков в результате электролиза (окисление или восстановление соответственно) воды в непосредственной близости от второго датчика () ^16,17 описано здесь.

Таким образом, можно контролировать рН среды датчика на систематической основе, например, для титрования рН, или исправить рН на значении, где электрохимический процесс наиболее чувствителен. Последнее особенно полезно дляприложения, где датчик установлен на источник, например, река, озеро, море и рН системы не является оптимальным для электрохимического измерения интереса. Два последних примеров можно назвать: (I) получение локализованной низким рН, в нейтральном рН раствора для электроосаждения и отгонки ртути ^17; обратите внимание БДД является излюбленным материалом для электроосаждения металлов в связи с расширенной катодной окне ^9,18,19. (II) Количественное определение электрохимически детектируемого виде сероводорода, присутствующего в высоком рН, локально повышая рН от нейтрального до сильно щелочной ^16.

Protocol

Примечание: BDD электроды обычно выращивают с помощью химических методов осаждения из паровой фазы, присоединенные к ростового субстрата. Они покидают камеру Н-прекращены (гидрофобный) роста. Если выращивают достаточно толстый BDD может быть удалена от подложки и называется Свободностоящая. Свобод…

Representative Results

Спектры комбинационного рассеяния и электрохимические характеристики получены для представительных BDD macrodisc электродов с различной плотностью примесных, и оба значительные и незначительные уровни НДЦ, 1 и 2. 1А и В показаны типичны…

Discussion

Начиная с поверхности O концевыми является выступает из-Н-концевыми поверхность электрохимически неустойчивы, особенно при высоких анодных потенциалов ^7,40,41. Изменение прекращение поверхности может повлиять на перенос электрона кинетику внутренних пар сферы, таких как электрол…

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