Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Оценка легированный бором алмазного электрода качества и применения к

14.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53484

⸱

6 января 2016 г.

 , 
1Warwick Electrochemistry and Interfaces Group, Department of Chemistry, University of Warwick

В этой статье

Краткое содержание

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

Аннотация

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.

Введение

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.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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. Свободно сто ростовой поверхности BDD часто отполированы значительно уменьшить шероховатость поверхности. Очистка BDD в кислых результатов в кислороде (O) -завершённый поверхность.

1. Кислота очистки БДД

  1. Поместите стакан концентрированной серной кислоты (H 2 SO 4; ~ 2 мл или достаточно глубоко, чтобы покрыть алмаз) на горячей плите при комнатной температуре и вставьте BDD.
  2. Добавить нитрат калия (KNO 3), пока она больше не растворяется (~ 0,5 г в 2 мл), затем накрыть часовым стеклом и тепла до ~ 300 ° C, решение будет буреют, как он нагревается и нитрат калия растворяется.
    ВНИМАНИЕ Следует соблюдать осторожность при обращении с горячей кислоты!; резиновые перчатки, безопасность гдевушкам и лабораторный халат нужно носить, и этот процесс должен проводиться в вытяжном шкафу.
  3. Оставьте для нагрева по крайней мере 30 мин или пока больше нет коричневого цвета к решению, а затем выключите горячую тарелку и оставить решение для охлаждения до комнатной температуры.
  4. Осторожно распоряжаться кислоты путем разбавления водой в РТ и промойте BDD с дистиллированной водой.
  5. Измерьте угол поверхность контакта, смотрите раздел 1.2. Гидрофобный (Н-прекращена) 20,21 электроды сообщили контактные углы в диапазоне 60-90 ° 3, что значительно снижает как поверхность придана гидрофильность путем O-прекращения.
  6. (необязательно альтернативный метод) для очень тонких пленочных электродов (прилагается к ростового субстрата и избежать пленки расслаивание при помощи указанной обработки), промывают один раз 2-пропанола и дважды деионизованной водой в ультразвуковой ванне. Затем принять одну из следующих трех процедур очистки (1) анодно поляризовать бриллиант за 30 мин при 10 мА см -2 В 1 М хлорной кислоты при 40 ° С 22; или (2) анодно поляризации алмаз течение 20 мин при 10 мА см-2 в 1 М азотной кислоты, затем последовательно катодной поляризации при 10 мА см -2 для дополнительных 20 мин в том же растворе 23 или; (3) цикл алмаз от 2 V в 0,1 H 2 SO 4 до стабильного сигнала электрохимического достигается 7. Следуйте за этим с шагом 1.4.

Измерение 2. контактный угол

  1. Поместите алмаз на сцене образца анализатора угла контакта, обеспечивая она плоская. Поместите 1 мл шприц в над сценой образца позиционера обеспечить иглу на конце. Заполните шприц с деионизированной водой.
  2. Используйте Z-контроллер снизить шприц с образцом, используйте х - и Y - контроллеры и камеры / осветитель для выравнивания над центром алмаза шприц.
  3. Использование программного обеспечения анализатора дозирования повтора 1 мкл VolumES воды из шприца, пока капли форм на кончике иглы, видимые на изображении камеры (не более чем 10 мкл). Опустить иглу для нанесения капли на поверхность, и отрегулировать освещение для максимального контраста.
  4. Соберите изображение и применить падение программного обеспечения для анализа формы, используя метод конического сечения. Нажмите "найти" базовый в программном обеспечении, а затем нажмите кнопку "Расчет", а затем "касательной".
    ПРИМЕЧАНИЕ: эта процедура определяет базовый и подходит конический уравнение к (эллиптической) падение форма; угол контакта, θ, обращается между базовой и касательной в точке контакта трех фаз.

3. Характеристика Материал БДД

  1. Раман анализ для SP 2 / SP 3 Содержание
    1. Провести Рамана (см ссылки 14 для руководства по практической спектроскопии комбинационного рассеяния) в нескольких различных областях электрода BDD, 24 использование 514,5 нм илиНм лазера 532, который подчеркивает SP 2 содержание, пропагандируется.
    2. Включите спектрометра комбинационного микро-и позволяют ~ 30 мин для ПЗС-детектор, чтобы остыть. Отметьте соответствующий объектив, дифракционную решетку, и фильтры на место для использования с лазером выбора.
    3. Калибровка системы с помощью кремния (Si) калибровочного образца. Поместите кремниевой подложки в приборном камеры и фокус на оптической образца с микроскопом. Закрой дверь в камеру. Переключитесь на лазерной зрения и проверить лазерное пятно четко определены и круговой. Калибровка с помощью программного обеспечения, нажмите "инструменты", затем "калибровки", а затем "Быстрая калибровка", то "OK".
    4. Снимите подложку Si из камеры и заменить электрод BDD. Оптически сосредоточить микроскоп на интересующей области, перейти к лазерным зрения и открыть затвор, чтобы проверить, что лазер фокусируется. Закройте затвор.
    5. Возьмите измерения комбинационного с помощью программного обеспечения; сделайте кликК "измерение", затем "новый", затем "спектральный приобретение." установить диапазон измерения волновых чисел для покрытия особенности интерес, BDD это 200 - 1800 см -1; установить время сканирования приобретения (<10 сек); установить мощность лазера до 100% (по BDD) и; установить количество накоплений (повторных проверок) до пяти (для BDD). Если результирующий спектр очень шумно больше скопления могут быть необходимы. Нажмите Run и сохранить полученный спектр для анализа. Сфотографируйте области комбинационного была выполнена в использовании живого видео. Сохранить изображение как ссылки.
    6. Соблюдайте пиковые ~ 1332 см -1 в спектре, который указывает SP 3 алмаза (рис 1); более широкий пик больше дефектов, имеющихся 3,25.
    7. Соблюдайте любые НДЦ - указывается широкого пика G с центром в 1575 см -1 26, в спектрах (рис 1А и 1В), происходящих из-за растяжения паре зр 2 сайтов; тем больше пиковая интенсивность более NDC присутствуют.
      ПРИМЕЧАНИЕ: П облигации, образованные зр 2 С более чем поляризуемый SP 3 σ облигаций и резонансно усиливается лазеров видимого диапазона, что приводит к более широкой, более доминирующим, G пики 25. Обратите внимание, что точный метод используется для выполнения анализа могут различаться между различными приборов и программного обеспечения.

4. Электрохимический характеристика

  1. Подготовка омические контакты
    1. Корпусная БДД
      1. Использование стандартных методов распылением (или испаряются) заднюю часть BDD с титана (Ti), / золото (Au) 10 нм / 300 нм, используя распылител / испаритель при давлении ниже 1 × 10 -5 мбар. Если три цели источник доступен, что еще лучше, является Ti 10 нм / платины (Pt), 10 нм / 300 нм Au, чтобы избежать распространения Ti в Au.
      2. Отжиг в течение 5 ч при 400 ° С (при атмосферном давлении), позволяя Ti с образованием карбида титана, crucIAL для формирования омического контакта 27.
        ПРИМЕЧАНИЕ: если задняя поверхность BDD является полированной (~ нм шероховатость), то предпочтительно, чтобы шероховатость поверхности до осаждения распылением, чтобы обеспечить более надежную покрытие. Это может быть достигнуто, например, лазерной микрообработки с низким энергопотреблением поверхность (удаление <мкм материала 30).
    2. Тонкая пленка алмаз, выращенный на проводящей подложке
      1. Плазменным напылением / испаряются, как указано выше, но с верхней поверхностью, используя теневую маску аккуратно разместить на верхней поверхности, чтобы избежать верхней контактирующую весь электрод.
        ИЛИ
      2. Потрите спинку проводящей подложке с использованием алмазные перо. Тогда пальто поцарапан площадь с проведением Ag пасты или аналогичный проводящий краски, рисуя на тонком слое с небольшим кисти. Наконец, электрически подключить путем присоединения медных проводов с проводящим эпоксидной смолой.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Есть различные способы, чтобы подготовить BDD после избранныхричное контакта, как описано в ссылке 4, например, если BDD может быть обработана на более мелкие структуры, уплотнение в стекле или эпоксидной, или если еще привязаны к пластины зажима / приложить электрохимическую ячейку с верхней поверхностью.
  2. Измерения емкости
    1. Подготовка 20 мл 0,1 М раствора KNO 3 взвешиванием 0,20 г в бидистиллированной воде (это качество воды рекомендуется на протяжении, сопротивление 18,2 М см). Очистите электрод перед использованием либо алюминия полировки или электрохимическим велосипеде в разбавленной кислоты (см раздел 1 ПРИМЕЧАНИЕ) 16,23,28.
    2. Использование потенциостата запуска ЦВА (CVS) на 0,1 В с -1 между -0.1 V и 0,1 V, начиная с 0 V, с BDD в качестве рабочего электрода в сравнении с общей электрода, например, серебро / хлорид серебра (Ag / AgCl ) или насыщенный каломельный электрод (SCE) и Pt противоэлектрода. Анализ второй резюме.
      ПРИМЕЧАНИЕ: 2А Показывает Типичная кривая емкость записывается с автономной металлических, легированных BDD электрод.
    3. Измерьте общую величину тока на 0 V от записанного кривой емкости и разделите на 2, это значение "я". Определить емкость, C, используя значение I, с уравнением 1, нормализуют по отношению к электроду область (с учетом шероховатости поверхности в случае необходимости) и цитаты в мкФ см -2. Высокое качество, "металл, как" БДД имеет емкость 10 мкФ << см -2. Используйте любые данные построения программного обеспечения для представления и анализа данных.
      I = С (Vt-1) (1 экв.);
      где я это тока (А) и (V T -1) потенциал Скорость сканирования.
  3. Растворитель окно
    1. Очистите электрод, как в шаге 4.2.1. Использование потенциостата запустить резюме в 0,1 М KNO 3 0,1 В с -1 от 0 В до -2 В то между -2 В и +2 V ай обратно до 0 В с BDD в качестве рабочего электрода против общего электрода и Pt противоположного электрода. Повторение. Анализ второй резюме, пример резюме показан на рисунке 2B.
    2. Преобразование тока плотности тока (мА см 2), принимая шероховатость поверхности во внимание и процитировать окно растворителе, таком как потенциального окна, определенного тока пределах ± 0,4 мА см-2 в обоих направлениях. 7,29 Использование каких-либо данных построения программного обеспечения представить и проанализировать данные.
    3. Соблюдайте доказательства НДЦ (SP 2) углерода в окне растворителя; реакции восстановления кислорода способствует на NDC, что хорошо видно на восстановительном окна. Окисление SP 2, содержащих группы также приводит характерных пиков перед электролизом воды в окне анодного (рис 2B).
      ПРИМЕЧАНИЕ: высокое качество "металлик" дисморфофобией электроды имеют окна растворителей >> 3 V, не поддерживают Reac восстановления кислородания (ЧОО) в 0,1 М KNO 3 (или ЧОО сильно кинетически отсталых) и показать незначительные НДЦ подписей окисления.
  4. Окислительно-восстановительного потенциала электрохимии
    1. Очистите электрод, как в шаге 4.2.1.
    2. Использование потенциостат рекордные резюме в 1 мМ рутения (Ru hexaamine (NH 3) 6 3+) и 0,1 М KNO 3 между 0,2 В и -0.8 В относительно SCE, для скорости сканирования в диапазоне 0,05 V сек -1 - 0,2 V с -1.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эта пара показывает быстрый перенос электронов и электроактивный в регионе, который бросает вызов р-типа полупроводниковый BDD. SP 2, содержащий BDD также показывают ЧОО в этой области, сигнал для последнего становится все более очевидным, так как концентрация Ru (NH 3) 6 3+ уменьшается.
    3. Измерение зазора напряжения между анодной и катодной пикового тока (Δ Е р) от записанного CV, и температуре, как описано 20.Для "металл, как" омически связаться кислорода прекращается БДД при 298 К, Δ Е р <70 мВ 30,31. Большие значения Δ E P являются симптомами плохой контакт или омического более низким содержанием бора, как показано на фиг.2С для BDD электродов плотности легирующей примеси в диапазоне 9,2 × 10 16 3 × 10 20 атомов B см -3.
    4. Измерьте пик тока прямого сканирования, я р, и коррелирует с ожидаемым из уравнения Рэндлса Ševčík 2 (цит при 298 К) 3,30, предполагая, что электрод имеет форму диска, в геометрии и достаточно большой (диаметр 1 мм), что линейной диффузии доминирует. Используйте любые данные построения программного обеспечения для представления и анализа данных.
      я р = 2,69 × 10 5 н 3/2 1/2 AD резюме 1/2 (экв 2)
      где пэто количество электронов, переносимых, А площадь (см2), D является коэффициентом диффузии (см2 сек -1), С Концентрация (моль см -3) и V является скорость сканирования (V сек -1).

5. рН Генерация: Подготовка рН чувствительной электрода и рН поколения

  1. Иридиум оксид (рН чувствительной) Подготовка Решение
    1. Подготовка KNO 3 решение 20 мл 0,1 М, как и в разделе 5.4.1. Добавьте 5 капель фенолфталеина показатель раствора с использованием пипетки Пастера и перемешать (этого достаточно, чтобы увидеть реакцию на глаз, но и для более интенсивного цвета, добавьте еще несколько капель). Поместите рабочий электрод BDD и Pt противоположный электрод в растворе.
    2. Регулировка рН раствора до 10,5 добавлением безводной соли хлорида калия, при непрерывном перемешивании. Оставить покрыты и перемешивания в течение 48 ч при комнатной температуре, чтобы стабилизировать, на данном этапе решение будет постепенно перейти от желто-зеленого досине-фиолетовый. Хранить в холодильнике при 3 ° С.
  2. рН-чувствительного Иридиум оксидной пленки Нанесение
    1. Использование потенциостата запустить резюме в растворе окиси иридия между 0 V и +1 В в сравнении с SCE определить потенциал, при котором максимальный ток, записанный. Это потенциал осаждения, Е DEP, как показано на фигуре 3А, как правило, лежащей между ~ + 0,6 В - +0.85 V; она может изменяться в зависимости от ряда факторов, таких как температура, материала электрода и т.д. 32, 33
    2. Использование хроноамперометрии с потенциостата, шаг потенциал от 0 V ("начального E" и "Низкий Е" в программном обеспечении), где нет электролиз не происходит с E DEP ("High Е" в программном обеспечении), в течение периода времени от 0,2 сек на шаг, повторяю 100x.
    3. Запуск CV между 0 В и +1 В в 0,1 М H 2 SO 4 для IrO х хранение электрода. ПерсонажФорма тика CV показано на рисунке 3B. Плотность тока в диапазоне ~ 0,6 мА см -2 - 0,7 мА см -2 для первого пика анодного (соответствует средней толщине пленки ~ 8 нм 0,7 мА см 2), показывает, стабильного рН чувствительной пленки 34, 35.
    4. Если плотность тока менее 0,6 мА см -2 повторите шаги 5.2.2 - 5.2.4, пока не будет достигнуто это значение. Оставьте в рН 7 буферного раствора в течение 24 ч для гидратации в качестве ответа на IrO х пленки гидратации-зависимой 33.
  3. IrO х Film рН Определение характеристик
    1. Приготовьте серию буферных растворов, которые охватывают диапазон рН (рН интерес 2 - рН 12), они могут быть сделаны в доме (например, Кармоди 36) или поступают в продажу.
    2. Промойте электрод дистиллированной водой. Поместите IrO х электрод и электрод сравнения в буферном растворе рН низкой. Использование потенциостатазапись потенциала разомкнутой цепи (OCP) в течение 30 сек, с тремя повторами. Выньте электрод из раствора, промыть и поместить в буфере следующего.
    3. Повторите шаг 5.3.2 для каждого буфера, а затем повторите серию, по крайней мере в два раза. Участок рН против OCP, калибровочный график для ответа пленки. IrO х пленка проявляет наклон с градиентом от 59 - 80 мВ за десятилетие 37.
      ПРИМЕЧАНИЕ: 3С показывает пример калибровки участка для успешного IrO х датчиком рН на БДД.
  4. Использование генератора рН и системы измерения
    Примечание: это предполагает использование двойной системой электродов, где один электрод, покрытый с IrO х пленки (например, диска), а второй (например, BDD кольца) будет генерировать H + или ОН - гальваностатически из электролиза воды.
    1. Готовят раствор KNO 3 в 20 мл 0,1 М добавлением деионизированной воды к соли. Подключите IrO х покрытиемЭлектрод в качестве рабочего электрода в системе с двумя электрода, со вторым электродом стабильный электрод например SCE. Измерьте OCP помощью потенциостата, чтобы установить стартовую рН.
    2. Подключение электрода генератора с подходящим двух электродов системы гальваностатическим с противоположным электродом, например Pt фольгой, и повторите шаг 5.4.1, но по истечении определенного периода времени пропускания тока к электроду генератора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: мы находим токи в диапазоне от 0 до ± 50 мкА подходят с нашими электродами BDD; крупные течения в результате эволюции заметной газа. Величина и направление тока зависит от желаемого результата; положительный ток приведет к смещению к более кислом рН и отрицательного тока в более щелочной рН, тем больше тока, чем больше изменение рН.
    3. Использование потенциостата, записывать изменения в OCP в ответ на гальваностатическом тока, подождите, пока реакция не стабилизируется. Затем поместите Иро х электрод рН 7 буфере в течение 10 мин повторно уравновешивают IrO х пленки.
    4. Повторите шаги 5.4.2 на 5.4.3 с различными прикладными токов, пока все данные, необходимые не была собрана. Участок данных, используя калибровочной кривой, полученной в разделе 5.3, чтобы преобразовать OCP до рН, А.Н. набор данных Пример показан на рисунке 4A. Снимите IrO х пленки, используя оксид алюминия или полировки пульсирует в 0,1 MH 2 SO 4 от +2 до -2 V V 0,2 сек, 100 ×. Применить к измерительной системе интересов.
  5. Визуальная оценка локальной генерации рН
    1. Подготовка KNO 3 решение 20 мл 0,1 М, как и в разделе 5.4.1. Добавьте 5 капель фенолфталеина показатель раствора с использованием пипетки Пастера и перемешать (этого достаточно, чтобы увидеть реакцию на глаз, но и для более интенсивного цвета, добавьте еще несколько капель). Поместите рабочий электрод BDD и Pt противоположный электрод в растворе.
    2. Применение отрицательный ток к рабочему электроду с помощьюгальваностату как в шаге 5.4.2 (например, ~ мА см -2 -0.6), что решение меняет цвет от бесцветного до розового цвета. Теперь это локально генерирует решение, которое при рН ≥ 10,5.
    3. Повторите шаг 5.5.1 с 5 капель раствора метилового красного вместо фенолфталеина и размешать. Применить достаточно положительный ток (например ~ 6,6 мА см -2), что решение меняет цвет с желтого на красный. Теперь это локально генерирует решение, которое при рН 4,2 ≤ 38.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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 типичные комбинационного данные для НДЦ, содержащие тонкую пленку микрокристаллическую BDD и больше зерна автономная BDD, легированного над металлическим порогом, соответственно. Наличие НДЦ можн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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 электролиза воды (используется здесь для изменения локального рН раствора). Кроме того, если BDD содержит значительное NDC на границах зерен, что также возможно, что при применении крайней анодной / катодных потенциалах выступает в этой статье...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить д-ра Джонатана Ньюленд для фотографии в рисунок 4B и для обработки изображений Оптический микроскоп для видео, Мисс Дженнифер Вебб за советом и визуальные по измерениям краевого угла, мисс Зи-инь загар окна растворителя данные в рисунке 2B Д-р Джозеф Максим совета по спектроскопии комбинационного рассеяния света, а также членов Warwick электрохимии и Интерфейсы Группы, которые помогли разработать протоколы, описанные здесь. Мы хотели бы также поблагодарить Макс Иосифа, Lingcong Мэн, Зои Ayres и Рой Мейлер за участие в съемках протокол.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Pt проволочныйпротивоэлектрод
насыщенный каломельный электродIJ Cambria Scientific Ltd.2056Электрод сравнения (в качестве альтернативы используйте Ag|AgCl)
BDD Электродрабочий электрод
тетрахлорид иридияVWR International Ltd12184.01
Перекись водородаSigma-AldrichH1009(30% w/w)
Коррозионная щавелевая кислота Сигма-Олдрич241172вредное, раздражающее,
безводное хлорид калияСигма-Олдрич451029
серная кислотаVWR International Ltd102765G(98%) Коррозионная
нитрат калияСигма-Олдрич221295
гексаамин Рутении хлоридStrem Chemicals Inc.44-0620Раздражающая
хлорная кислотаСигма-Олдрич311421окисляющей, коррозионной
2-пропанолСигма-Олдрич24137Горючая
азотная кислотаСигма-Олдрич695033окисляющей, коррозионной
распылитель/испарительс Ti и Au нацелен
на рамановскую
отжига, способную выдерживать 400 градусов; C
Ag пастаSigma-Aldrich735825или другая проводящая краска
Потенциостат
pH Буферные растворыSigma-Aldrich38740-38752Фиксанальные буферные концентраты
Фенолфталеин ИндикаторVWR International Ltd210893Q
Метиловый красный индикаторSigma-Aldrich32654
лазерную печь для с длиной волны 514,5 нм

Ссылки

  1. Angus, J. C. Ch. 1, Synthetic Diamond Films: Preparation, Electrochemistry, Characterization and Applications. Electrochemistry on diamond: History and current status. Brillas, E., Huitle, C. A. M. , John Wiley & Sons, Inc. (2011).
  2. Fujishima, A. Diamond Electrochemistry. , BKC. (2005).
  3. Macpherson, J. V. A practical guide to using boron doped diamond in electrochemical research. Physical Chemistry Chemical Physics. 17 (5), 2935-2949 (2015).
  4. Balmer, R. S., et al. Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications. Journal of Physics: Condensed Matter. 21 (36), 364221(2009).
  5. Swain, G. M., Ramesham, R. The electrochemical activity of boron-doped polycrystalline diamond thin film electrodes. Analytical Chemistry. 65 (4), 345-351 (1993).
  6. Luong, J. H. T., Male, K. B., Glennon, J. D. Boron-doped diamond electrode: synthesis, characterization, functionalization and analytical applications. Analyst. 134 (10), 1965-1979 (2009).
  7. Hutton, L. A., et al. Examination of the Factors Affecting the Electrochemical Performance of Oxygen-Terminated Polycrystalline Boron-Doped Diamond Electrodes. Analytical Chemistry. 85 (15), 7230-7240 (2013).
  8. Bennett, J. A., Wang, J., Show, Y., Swain, G. M. Effect of sp2-Bonded Nondiamond Carbon Impurity on the Response of Boron-Doped Polycrystalline Diamond Thin-Film Electrodes. Journal of The Electrochemical Society. 151 (9), E306-E313 (2004).
  9. Martin, H. B., Argoitia, A., Landau, U., Anderson, A. B., Angus, J. C. Hydrogen and Oxygen Evolution on Boron-Doped Diamond Electrodes. Journal of The Electrochemical Society. 143 (6), L133-L136 (1996).
  10. Panizza, M., Cerisola, G. Application of diamond electrodes to electrochemical processes. Electrochimica Acta. 51 (2), 191-199 (2005).
  11. Williams, O. A. Nanocrystalline diamond. Diamond and Related Materials. 20 (5-6), 5-6 (2011).
  12. Patel, A. N., Tan, S. -y, Miller, T. S., Macpherson, J. V., Unwin, P. R. Comparison and Reappraisal of Carbon Electrodes for the Voltammetric Detection of Dopamine. Analytical Chemistry. 85 (24), 11755-11764 (2013).
  13. Watanabe, T., Honda, Y., Kanda, K., Einaga, Y. Tailored design of boron-doped diamond electrodes for various electrochemical applications with boron-doping level and sp2-bonded carbon impurities. physica status solidi (a). 211 (12), 2709-2717 (2014).
  14. Poferl, D. J., Gardner, N. C., Angus, J. C. Growth of boron-doped diamond seed crystals by vapor deposition. Journal of Applied Physics. 44 (4), 1428-1434 (1973).
  15. Spitsyn, B. V., Bouilov, L. L., Derjaguin, B. V. Vapor growth of diamond on diamond and other surfaces. Journal of Crystal Growth. 52 (Pt 1), 219-226 (1981).
  16. Bitziou, E., et al. In Situ Optimization of pH for Parts-Per-Billion Electrochemical Detection of Dissolved Hydrogen Sulfide Using Boron Doped Diamond Flow Electrodes. Analytical Chemistry. 86 (21), 10834-10840 (2014).
  17. Read, T. L., Bitziou, E., Joseph, M. B., Macpherson, J. V. In Situ Control of Local pH Using a Boron Doped Diamond Ring Disk Electrode: Optimizing Heavy Metal (Mercury) Detection. Analytical Chemistry. 86 (1), 367-371 (2014).
  18. Manivannan, A., Tryk, D., Fujishima, A. Detection of Trace Lead at Boron-Doped Diamond Electrodes by Anodic Stripping Analysis. Electrochemical and solid-state letters. 2 (9), 455-456 (1999).
  19. Manivannan, A., Seehra, M. S., Tryk, D. A., Fujishima, A. Electrochemical detection of ionic mercury at boron-doped diamond electrodes. Analytical Letters. 35 (2), 355-368 (2002).
  20. Boukherroub, R., et al. Photochemical oxidation of hydrogenated boron-doped diamond surfaces. Electrochemistry Communications. 7 (9), 937-940 (2005).
  21. Yagi, I., Notsu, H., Kondo, T., Tryk, D. A., Fujishima, A. Electrochemical selectivity for redox systems at oxygen-terminated diamond electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 473 (1), 173-178 (1999).
  22. Duo, I., Levy-Clement, C., Fujishima, A., Comninellis, C. Electron Transfer Kinetics on Boron-Doped Diamond Part I: Influence of Anodic Treatment. Journal of Applied Electrochemistry. 34 (9), 935-943 (2004).
  23. Mahé, E., Devilliers, D., Comninellis, C. Electrochemical reactivity at graphitic micro-domains on polycrystalline boron doped diamond thin-films electrodes. Electrochimica Acta. 50 (11), 2263-2277 (2005).
  24. Vandenabeele, P. Practical Raman spectroscopy: an introduction. , John Wiley & Sons. (2013).
  25. Filik, J. Raman spectroscopy: a simple, non-destructive way to characterise diamond and diamond-like materials. Spectroscopy Europe. 17 (5), 10(2005).
  26. Tuinstra, F., Koenig, J. L. Raman Spectrum of Graphite. The Journal of Chemical Physics. 53 (3), 1126-1130 (1970).
  27. Tachibana, T., Williams, B., Glass, J. Correlation of the electrical properties of metal contacts on diamond films with the chemical nature of the metal-diamond interface. II. Titanium contacts: A carbide-forming metal. Physical Review B. 45 (20), 11975(1992).
  28. Zivcova, Z. V., et al. Electrochemistry and in situ Raman spectroelectrochemistry of low and high quality boron doped diamond layers in aqueous electrolyte solution. Electrochimica Acta. 87, 518-525 (2013).
  29. Granger, M. C., et al. Standard Electrochemical Behavior of High-Quality, Boron-Doped Polycrystalline Diamond Thin-Film Electrodes. Analytical Chemistry. 72 (16), 3793-3804 (2000).
  30. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical methods. Fundamentals and Applications. , 2nd ed, John Wiley and Sons. (2001).
  31. Simonov, A. N., et al. Inappropriate Use of the Quasi-Reversible Electrode Kinetic Model in Simulation-Experiment Comparisons of Voltammetric Processes That Approach the Reversible Limit. Analytical Chemistry. 86 (16), 8408-8417 (2014).
  32. Terashima, C., Rao, T. N., Sarada, B. V., Spataru, N., Fujishima, A. Electrodeposition of hydrous iridium oxide on conductive diamond electrodes for catalytic sensor applications. Journal of Electroanalytical Chemistry. 544, 65-74 (2003).
  33. Bitziou, E., O'Hare, D., Patel, B. A. Simultaneous Detection of pH Changes and Histamine Release from Oxyntic Glands in Isolated Stomach. Analytical Chemistry. 80 (22), 8733-8740 (2008).
  34. Pickup, P. G., Birss, V. I. The kinetics of charging and discharging of iridium oxide films in aqueous and non-aqueous media. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. 240 (1-2), 185-199 (1988).
  35. Baur, J. E., Spaine, T. W. Electrochemical deposition of iridium (IV) oxide from alkaline solutions of iridium(III) oxide. Journal of Electroanalytical Chemistry. 443 (2), 208-216 (1998).
  36. Carmody, W. R. Easily prepared wide range buffer series. Journal of Chemical Education. 38 (11), 559(1961).
  37. Glab, S., Hulanicki, A., Edwall, G., Ingman, F. Metal-Metal Oxide and Metal Oxide Electrodes as pH Sensors. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 21 (1), 29-47 (1989).
  38. Burgot, J. -L. Ionic equilibria in analytical chemistry. , Springer Science & Business Media. (2012).
  39. Joseph, M. B., et al. Fabrication Route for the Production of Coplanar Diamond Insulated, Boron Doped Diamond Macro- and Microelectrodes of any Geometry. Analytical Chemistry. 86 (11), 5238-5244 (2014).
  40. Vanhove, E., et al. Stability of H-terminated BDD electrodes: an insight into the influence of the surface preparation. physica status solidi (a). 204 (9), 2931-2939 (2007).
  41. Salazar-Banda, G. R., et al. On the changing electrochemical behaviour of boron-doped diamond surfaces with time after cathodic pre-treatments. Electrochimica Acta. 51 (22), 4612-4619 (2006).
  42. Gelderman, K., Lee, L., Donne, S. W. Flat-Band Potential of a Semiconductor: Using the Mott-Schottky Equation. Journal of Chemical Education. 84 (4), 685(2007).
  43. Ushizawa, K., et al. Boron concentration dependence of Raman spectra on {100} and {111} facets of B-doped CVD diamond. Diamond and Related Materials. 7 (11-12), 1719-1722 (1998).
  44. Chrenko, R. Boron, the dominant acceptor in semiconducting diamond. Physical Review B. 7 (10), 4560(1973).
  45. Uzan-Saguy, C., et al. Hydrogen diffusion in B-ion-implanted and B-doped homo-epitaxial diamond: passivation of defects vs passivation of B acceptors. Diamond and Related Materials. 10 (3-7), 453-458 (2001).
  46. Hammerich, O., Speiser, B. Organic Electrochemistry. , Fifth Edition, Taylor & Francis. (2015).
  47. Juang, R. -S., Wang, S. -W. Electrolytic recovery of binary metals and EDTA from strong complexed solutions. Water Research. 34 (12), 3179-3185 (2000).
  48. Byrne, R. H., Kump, L. R., Cantrell, K. J. The influence of temperature and pH on trace metal speciation in seawater. Marine Chemistry. 25 (2), 163-181 (1988).
  49. Schonberger, E., Pickering, W. The influence of pH and complex formation on the ASV peaks of Pb, Cu and Cd. Talanta. 27 (1), 11-18 (1980).
  50. Chau, Y., Lum-Shue-Chan, K. Determination of labile and strongly bound metals in lake water. Water Research. 8 (6), 383-388 (1974).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

pH
Оценка легированный бором алмазного электрода качества и применения к
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.