ホウ素ドープダイヤモンド電極品質とアプリケーションの評価<em&gt;その場で</em&gt;水電解による局所のpHの変更

サマリー

プロトコルは、 その場での pHが生成実験に用のホウ素ドープダイヤモンド（BDD）電極とその後のアプリケーションの主要な電気化学的パラメータの特徴付けのために記載されています。

要約

ホウ素（BDD）電極は、このような拡張溶媒窓としての報告の性質などの低バックグラウンド電流を、耐食性の多くは、表面の触媒的に不活性な性質から生じる電極材料としてかなり有望であることが示されているダイヤモンドをドープしました。成長プロセス中に、非ダイヤモンド炭素（NDC）が電極マトリックス中に取り込まれる場合、表面はより触媒的に活性になるしかし、電気化学的特性が変化します。そのためには、電気化学者は品質を認識し、使用前に、BDD電極のキー電気化学的特性を結果であることが重要です。本稿ではBDD電極を無視NDC すなわち無視できるのsp ²炭素が含まれているかどうかを確認するために、ラマン顕微鏡、容量、溶剤ウィンドウと酸化還元電気化学を含む、特性の一連のステップを説明しています。一つの用途は、触媒的に不活性の利点をとる強調表示されていますそして、NDCのない表面の耐腐食性の性質が原因で、BDD電極における水の電気分解に安定して定量化ローカルプロトンと水酸化生産、すなわち。イリジウム酸化物被覆BDD電極を用いた水の電気分解により誘導される局所的なpH変化を測定する手法は、詳細に記載されています。

概要

任意の電気分析試験を行う際に、電極材料の選択が非常に重要です。近年では、材料「金属様」をレンダリングするために十分なホウ素をドープした^sp 3炭素（ダイヤモンド）は、その優れた電気化学的（および熱的、機械的）性質^1,2に電気分析アプリケーションの広い範囲のための一般的な選択肢となっています^、3。これらは極端な溶液、温度及び圧力条件⁴ウルトラワイド溶媒窓、低いバックグラウンド電流、および他の一般的に使用される電極材料^5-7,3と比較して、汚れ減少下で耐腐食性を含みます。 例えば ^、7,8構造的完全性と異なる内側球酸化還元種に対する感受性の両方の変化をバックグラウンド電流を増加させる、減少溶媒ウィンドウのコンテンツの結果：ただし、非ダイヤモンド炭素（SP ² NDC）を増加させます。酸素^9-12。

そうするために注意してください私のアプリケーションは、NDC存在が有利な¹³のように見られています。材料は十分なホウ素が含まれていない場合はさらに、p型半導体として動作し、材料はほとんどの電荷キャリア⁷が欠乏している還元電位窓内の酸化還元種、に対する感受性の低下が表示されます。最後に、ホウ素ドープダイヤモンドの表面の化学的性質（BDD）は、観測された電....

プロトコル

注：BDD電極は、最も一般的には、成長基板に取り付けられた化学蒸着技術を用いて成長されます。彼らは成長チャンバ水素終端（疎水性）のまま。厚く成長した場合に十分なBDDを基板から除去することができ、自立型と呼ばれます。自立BDD成長表面は、多くの場合、かなりの表面粗さを低減するために研磨されます。酸素中の酸の結果でBDDのクリーニング（O） - 末端面。

1.酸洗浄BDD

1. RTでホットプレート上とBDDを挿入し、濃硫酸（〜2 mlまたはダイヤモンドをカバーするのに十分な深さ_H 2 SO _4）のビーカーを置きます。
2. それは加熱すると硝酸カリウムが溶解するようにソリューションが茶色に変わり、時計のガラスと熱〜300°Cでカバー、その後、それはもはや溶解（2ml中〜0.5グラム）まで、硝酸カリウム（KNO _{3）を追加します} 。
   注意ホット酸を処理する場合は注意が必要です！。ゴム手袋、安全グラムlassesと白衣を着用する必要があり、このプロセスは、ドラフト内で行われるべきです。
3. その後、少なくとも30分間、又は溶液への茶色の色がもはや存在するまで加熱したホットプレートの電源をオフにし、室温に冷却するためのソリューションを残したままにしておきます。
4. 慎重RTの水に希釈することにより酸を処分し、蒸留水でBD....

結果

ラマンスペクトル及び電気化学的特性は、異なるドーパント濃度を有する代表的なBDDのmacrodisc電極について得られた、およびNDCのかなりの無視できるレベルが、両方の1 および 2 を 図 。 図1Aおよび Bは、典型的なラマンデータを薄膜微BDDと大きな粒NDCを含有するための自立BDDは、それぞれ、金属ドープされた閾値を上回ります。 NDCの存在は、1400 1600 ^-1の間でラベルされた幅広いピークにより識別され、 BDD自立、NDCフリーの典型的なラマンシグネチャを示し、図1Cに見えるこのようなピークは存在しません。 図1の 3つのすべてのスペクトルでは、1,332 ^-1でシャープなピークを観察することが可能であり、これは^sp.......

ディスカッション

H終端表面が特に高い陽極電位^7,40,41で、電気化学的に不安定であるため、O終端表面で開始が提唱されています。表面終端を変更することは、（局所溶液のpHを変更するために本明細書中で使用される）水の電気分解などの内側の球カップルの電子移動の速度に影響を与えることができます。 BDDは、粒界で重要なNDCを含む場合にさらに、これらの弱い点で発生する可能性エッチングのpHを生成するため、この資料に提唱極端陽極/陰極の電位を印加すると、することも可能です。これは、フィルムが腐食し、薄膜のAuとPt電極¹⁷に見られるように、薄膜のため、最終的には、不安定なpHを生成プロファイルに自分自身を明示する、層間剥離の原因となります。したがって、使用前に電極の品質を評価するための厳格なプロトコルは 、図1（ラマン）および2（capacitで説明したようにNDCのコンテンツを評価するために採用されていますンスおよび溶剤ウィンドウ）。

また、重要度のホウ素含.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Ptワイヤー			カウンター電極
飽和カロメル電極IJ	カンブリアサイエンティフィック株式会社	2056	参照電極(またはAgを使用|AgCl)
BDD電極			作用電極イ
リジウム四塩化	VWRインターナショナル株式会社	12184.01
過酸化水素	Sigma-Aldrich	H1009	(30%w / w)腐食性
シュウ酸	Sigma-Aldrich		241172有害で刺激性の
無水塩化カリウム	Sigma-Aldrich	451029
Sulphic Acid	VWR International Ltd	102765G	(98%) 腐食性
硝酸カリウム	Sigma-Aldrich	221295
ヘキサアミン塩化ルテニウム	Strem Chemicals Inc.	44-0620	刺激性
過塩素酸	Sigma-Aldrich		311421 酸化性、腐食性
2- プロパノール	Sigma-Aldrich	24137	可燃性
硝酸	Sigma-Aldrich	695033	酸化性、腐食性
スパッタ / エヴァプーレータ			、Ti &Auターゲット
マン			514.5nmレーザー
アニーリングオーブン			400°C。C
Agペースト	Sigma-Aldrich	735825	または他の導電性塗料
ポテンショスタット
pH緩衝液	Sigma-Aldrich	38740-38752	固定緩衝液濃縮物
フェノールフタレインインジケーター	VWR International Ltd	210893Q
メチルレッドインジケーター	Sigma-Aldrich	32654

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