Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Vurdering av Boron Doped Diamond elektrode Kvalitet og søknad til Published: January 6, 2016 doi: 10.3791/53484
Automatic Translation
1, 1
1Warwick Electrochemistry and Interfaces Group, Department of Chemistry, University of Warwick

Summary

En protokoll er beskrevet for karakterisering av de sentrale elektrokjemiske parametere for en bor-dopet diamant (BDD) elektrode og påfølgende anvendelse for in situ pH generasjon eksperimenter.

Abstract

Bor dopet diamant (bdd) elektroder har vist betydelige løftet som et elektrodemateriale, hvor mange av de rapporterte egenskaper som forlenget oppløsningsmiddel vindu, lav bakgrunnsstrøm, korrosjon, etc., oppstår fra den katalytisk inerte natur av overflaten. Imidlertid, dersom det i løpet av vekstprosessen, blir ikke-diamant-karbon (NDC) inkorporeres i elektrodemassen, vil de elektrokjemiske egenskaper endres etter hvert som overflaten blir mer katalytisk aktiv. Som sådan er det viktig at electrochemist er klar over kvaliteten og resulterende sentrale elektrokjemiske egenskaper av BDD elektroden før bruk. Dette dokumentet beskriver en serie av karakteriseringstrinn, inkludert Raman mikroskopi, kapasitans, løsningsmiddel vindu og redoks elektrokjemi, for å fastslå hvorvidt BDD elektroden inneholder ubetydelig NDC dvs. ubetydelig sp2 karbon. En søknad er fremhevet som utnyttet katalytisk inertog korrosjonsbestandig natur en NDC-fri overflate dvs. stabil og kvantifiserbare lokal proton og hydroxide produksjon på grunn av vannelektrolyse på en BDD elektrode. En tilnærming for å måle den lokale pH-forandring fremkalt ved vannelektrolyse ved bruk av iridiumoxyd BDD belagte elektroder er også beskrevet i detalj.

Introduction

Valg av elektrodematerialet er av stor betydning når gjennomføre noen electroanalytical studien. I de senere årene, sp 3 karbon (diamant) dopet med tilstrekkelig boron å gjengi materialet "metall-lignende" har blitt et populært valg for et bredt spekter av electroanalytical søknader på grunn av sin utmerkede elektrokjemisk (og termiske og mekaniske) egenskaper 1,2 , 3. Disse omfatter korrosjonsbestandighet under ekstreme løsning, temperatur- og trykkbetingelser 4 ultra bred løsemiddel vinduer, lav bakgrunnsstrøm, og redusert tilsmussing, sammenlignet med andre vanlig anvendte elektrodematerialer 5-7,3. Men økende ikke-diamant-karbon (NDC: sp 2) innholds resulterer i en mink løsemiddel vindu, øker bakgrunns strømninger 7,8, endringer i både strukturell integritet og følsomhet overfor ulike indre sfære redoks arter, f.eks. oksygen 9-12.

Merknad for såmeg applikasjoner, er NDC nærvær sett på som fordelaktig 13. Videre, hvis materialet ikke inneholder tilstrekkelig bor det vil oppføre seg som en p-type halvleder og viser redusert følsomhet for redox-arter i den reduserende potensial vindu, hvor materialet er mest tømt for ladningsbærere 7. Endelig kan det overflatekjemi av bor dopet diamant (BDD) også spille en rolle i den observerte elektrokjemisk reaksjon. Dette gjelder spesielt for indre sfære arter som er følsomme for overflatekjemi og lavere dopet diamant hvor et hydrogen (H -) - terminert overflaten kan lage en halvledende elektrode BDD virke "metall-liknende" 7.

For å dra nytte av de overlegne egenskapene til BDD, er det ofte viktig at materialet er tilstrekkelig dopet og inneholder så lite NDC som mulig. Avhengig av metoden vedtatt å vokse BDD, kan egenskapene variere 14,15. Dette papiret først antyder noen materialer og en utvalgtrochemical karakterisering protokollen guide for vurdering BDD elektrode egnethet før bruk (dvs. tilstrekkelig bor, minimal NDC) og deretter beskriver ett program basert på lokalt endrer pH elektrokjemisk med protokoll verifisert elektroden. Denne prosessen tar fordel av overflaten elastisitet av NDC fritt BDD mot korrosjon eller oppløsning under påvirkning av ekstreme anvendt potensialer (eller strøm) i lange perioder av gangen. Særlig anvendelsen av en BDD elektrode for å generere stabile proton (H +) eller hydroksyd (OH -) belegg på grunn av elektrolysen (henholdsvis oksydasjon eller reduksjon) av vann i umiddelbar nærhet til en andre (sensor) 16,17 er beskrevet heri.

På denne måte er det mulig å regulere pH-miljø på sensoren i en systematisk måte, for eksempel til pH-titrering eksperimenter, eller å fiksere pH ved en verdi hvor den elektrokjemiske prosess som er mest følsom. Sistnevnte er spesielt nyttig foranvendelser hvor sensoren er plassert ved kilden, f.eks elv, sjø, hav og pH-verdien i systemet ikke er optimal for den elektrokjemiske måling av interesse. To nylige eksempler inkluderer: (i) generering av en lokalisert lav pH-verdi, i et pH-nøytral løsning, for elektroavsetning og stripping av kvikksølv 17; oppmerksom BDD er et yndet materiale for elektrolytisk utfelling av metaller på grunn av den utvidede katodisk vinduet 9,18,19. (ii) Kvantifisering av elektrokjemisk detekterbar form av hydrogensulfid, til stede ved høy pH-verdi, ved lokal økning av pH fra nøytral til sterkt alkalisk 16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: BDD elektroder er mest dyrket ved hjelp av kjemiske dampavsetnings teknikker, festet til en vekst substrat. De forlater vekstkammeret H-terminert (hydrofobt). Hvis voksen er tykke nok til BDD kan fjernes fra substratet og er betegnet frittstående. Den frittstående BDD vekstoverflate ofte polert for å redusere overflateruhet. Rengjøring av BDD i syre resulterer i en oksygen (O) -terminated overflate.

1. Acid Rengjøring BDD

  1. Plasser et beger med konsentrert svovelsyre (H SO 2 4; ~ 2 ml eller dypt nok til å dekke diamant) på en varm plate ved RT og sett BDD.
  2. Legg kaliumnitrat (KNO 3) helt til det ikke lenger går i oppløsning (~ 0,5 g i 2 ml), og deretter dekke med et urglass og oppvarm til ~ 300 ° C, vil oppløsningen bli brun idet det varmes og kaliumnitrat løses.
    FORSIKTIG Det bør utvises forsiktighet ved håndtering av varmt syre; gummihansker, sikkerhet gLasses og labfrakk bør brukes og denne prosessen bør gjennomføres i en avtrekkshette.
  3. La til varme i minst 30 minutter eller inntil det ikke lenger er noen brun farge til oppløsningen, og slå av den varme plate og la oppløsningen avkjøles til romtemperatur.
  4. Kast syre ved å fortynne i RT vann og skyll BDD med destillert vann.
  5. Mål overflatekontakt vinkel, se punkt 1.2. Hydrofobe (H-terminert) 20,21 elektroder har rapportert kontaktvinkler i området 60 til 90 ° 3, som i betydelig grad reduserer da overflaten er gjort hydrofil gjennom O-terminering.
  6. (valgfritt alternativ metode) For meget tynnfilmelektroder (festet til vekstsubstratet og for å unngå delaminering film ved hjelp av ovennevnte behandling), vaskes en gang med 2-propanol og to ganger med deionisert vann i et ultrasonisk bad. Deretter vedta en av følgende tre rengjøringsprosedyrer (1) anodisk polarisere diamant i 30 min ved 10 mA cm 22; eller (2) anodisk polarisere diamant i 20 minutter ved 10 mA cm -2 i 1 M salpetersyre, deretter senere katodisk polarisere ved 10 mA cm -2 i ytterligere 20 min i den samme oppløsning eller 23; (3) syklus diamanten mellom to V i 0,1 MH 2 SO 4 inntil et stabilt elektrokjemisk signal oppnås 7. Følg denne med trinn 1.4.

2. Kontakt Angle Measurement

  1. Plasser diamant på prøven stadium av en kontaktvinkel analysator, slik at den er flat. Plasser en 1 ml sprøyte i positioner over prøven scenen, sikre en nål på slutten. Fylle sprøyten med deionisert vann.
  2. Bruk z-kontrolleren for å senke sprøyten til prøven, bruk x - og y - kontrollere og kameraet / illuminator for å rette inn sprøyten over midten av diamant.
  3. Bruke analysator programvare utleverings gjenta en ul volumes av vann ut av sprøyten inntil en dråpeformer på tuppen av nålen, synlige på kamerabildet (aldri mer enn 10 mL). Senke nålen for å avsette dråpene på overflaten og justere belysnings for maksimal kontrast.
  4. Samle et bilde og bruke slippe formen analyse programvare, ved hjelp av kjeglesnittet metoden. Klikk "finne baseline" i programvaren, og klikk deretter på "beregning" etterfulgt av "tangent".
    MERK: Denne prosedyren oppdager grunnlinjen og passer et kjegle ligningen til (elliptisk) slippe form; en kontaktvinkel, θ, trekkes mellom basislinjen og tangenten i det tre-fase kontaktpunkt.

3. BDD Material Karakterisering

  1. Raman Analyse for sp 2 / sp 3-innhold
    1. Utføre Raman (se referanse 14 for en guide til Praktisk Raman spektroskopi) i flere forskjellige områder av BDD elektrode, 24 bruk av 514,5 nm eller532 nm laser, som understreker sp 2 innhold, er fremmet.
    2. Slå på mikro-Raman spektrometer og la ~ 30 min for CCD Detector å kjøle seg ned. Se hensiktsmessig linsen, diffraksjonsgitter og filtre er på plass for bruk med laser av valget.
    3. Kalibrere systemet ved hjelp av en silisium (Si) kalibrering prøven. Plasser Si substratet i instrumentet kammeret og fokusere optisk på prøven med mikroskopet. Lukket døren til kammeret. Bytt til laser syn og sjekk laser spot er godt definert og rundskriv. Kalibrere ved hjelp av programvaren, klikk på "verktøy" etterfulgt av "kalibrering" og deretter "quick kalibrerings" deretter "ok".
    4. Fjerne Si substratet fra kammeret og erstatte med BDD elektroden. Optisk fokusere mikroskopet på det området av interesse, bytte til laser syn og åpne lukkeren for å sjekke at laseren er fokusert. Lukke lukkeren.
    5. Ta en Raman måling ved hjelp av programvaren; click "måling" og deretter "ny" og deretter "spectral oppkjøpet." sette målebølgetallområdet for å dekke de funksjoner av interesse, for BDD dette er 200 - 1800 cm-1; sette skanne oppkjøpet tid (<10 sek); angir lasereffekt til 100% (for BDD) og; angi antall ansamlinger (gjenta skanner) til fem (for BDD). Hvis det resulterende spektrum er svært støyende flere ansamlinger kan være nødvendig. Trykk kjøre og lagre den resulterende spekteret for analyse. Ta et bilde av området Raman ble utført ved bruk av live video. Lagre bildet som en referanse.
    6. Observere peak ~ 1,332 cm -1 i spekteret som indikerer sp 3 diamant (figur 1); den bredere toppen jo flere defekter nåværende 3,25.
    7. Observere noen NDC - angitt med en bred G topp sentrert på 1,575 cm -1 26, i spektra (figur 1A og 1B), som stammer fra den strekker seg over sammenkoblede sp <sup> 2 områder; jo større toppintensiteten den mer NDC stede.
      MERK: de rc obligasjoner dannet av sp 2 C er mer polariserbar enn SP 3 σ obligasjoner og resonantly forbedret med synlige lasere, som fører til bredere og mer dominerende, G topper 25. Legg merke til at den nøyaktige metoden som brukes til å utføre analyser kan variere mellom ulike instrumenter og programvare.

4. Elektrokjemisk karakterisering

  1. Forbereder ohmske kontakter
    1. Frittstående BDD
      1. Ved hjelp av standard teknikker frese (eller fordamper) baksiden av BDD med titan (Ti) / gull (Au) 10 nm / 300 nm, ved hjelp av en sputterer / fordamper ved et trykk under 1 x 10 -5 mBar. Hvis en tre mål kilde er tilgjengelig, er mer ideelt Ti 10 nm / platina (Pt) 10 nm / Au 300 nm for å unngå spredning av Ti inn i Au.
      2. Gløding i 5 timer ved 400 ° C (atmosfæretrykk) som gjør det mulig å danne Ti titankarbid, crucIAL for dannelsen av en ohmsk kontakt 27.
        NB: hvis bakre overflate av BDD er høyglanspolert (~ nm ruhet) så er det foretrukket å gjøre overflaten ru før frese avsetning for å sikre en mer robust belegg. Dette kan oppnås ved, for eksempel, lavt strømforbruk laser mikromaskinering av overflaten (fjerning av <30 um materiale).
    2. Tynn film diamant dyrket på et ledende substrat
      1. Frese / fordamper som ovenfor, men i den øvre flaten, ved hjelp av en skyggemasken forsiktig plassere på toppflaten for å unngå kontakt med toppen hele elektroden.
        ELLER
      2. Skrap på baksiden av det ledende substrat ved hjelp av en diamantpenn. Deretter strøk ripete området med å gjennomføre Ag pasta eller lignende ledende maling ved å male på et tynt lag med en liten pensel. Til slutt, elektrisk koble ved å feste kobbertråder med ledende epoxy.
        Merk: Det finnes en rekke måter å tilberede den BDD etter utvalgterisk kontakt som er beskrevet i referanse 4, for eksempel dersom BDD kan bearbeides i mindre konstruksjoner, sel i glass eller epoksy, eller hvis det fortsatt er festet til skiven klemmen / feste en elektrokjemisk celle til den øvre overflate.
  2. Kapasitans Målinger
    1. Forbered en 20 ml 0,1 M KNO 3 løsning ved å veie 0,20 g i dobbelt destillert vann (dette vannkvalitet anbefales hele, resistivitet 18,2 M cm). Rengjør elektroden før bruk enten ved alumina polering eller ved elektrokjemisk sykle i fortynnet syre (se kapittel 1 NB) 16,23,28.
    2. Ved hjelp av en potensiostat drevet sykliske voltammograms (CV) på 0,1 V sek -1 mellom -0,1 V og 0,1 V, som starter på 0 V, med bdd som arbeidselektrode i forhold til en felles referanse-elektrode, for eksempel sølv / sølvklorid (Ag / AgCl ) eller en mettet kalomelelektrode (SCE), og en motelektrode Pt. Analyser andre CV.
      MERK: Figur 2A
    3. Mål total strømstyrke på 0 V fra registrert kapasitans kurve og dividere med to, er denne verdien "i". Bestem kapasitansen, C, ved hjelp av verdi for jeg, med ligning 1, normalisere med hensyn til elektrode område (regnskap for overflateruhet eventuelt) og sitat i uF cm -2. Høy kvalitet, "metal-aktig" BDD har en kapasitans << 10 jjF cm -2. Bruk noen data plotting programvare for å presentere og analysere dataene.
      i = C (Vt-1) (1 ekv.);
      hvor i er strømmen (A) og (V t-1) er potensialet skannehastighet.
  3. Solvent Window
    1. Rengjør elektroden som i trinn 4.2.1. Ved hjelp av en potentiostat kjøre en CV i 0,1 M KNO tre på 0,1 V sek -1 fra 0 V til -2 V deretter mellom -2 V og 2 V ennd tilbake til 0 V med BDD som arbeidselektrode vs. en felles referanseelektrode og motelektrode Pt. Gjenta. Analyser andre CV, et eksempel CV er vist i figur 2B.
    2. Konvertere strøm til strømtetthet (mA cm -2), tar overflateruhet i betraktning, og sitere løsemiddel vinduet som potensialet vinduet definert av gjeldende grenser ± 0,4 mA cm -2 i begge retninger. 7,29 Bruk noen data plotting programvare å presentere og analysere dataene.
    3. Observere bevis på NDC (sp 2 karbon) i løsemiddelet vinduet; oksygenreduksjonsreaksjonen er begunstiget på NDC som er tydelig i den reduktive vinduet. Oksidasjon av sp 2 inneholder grupper også resulterer i karakteristiske topper like før vannelektrolyse i anodevinduet (figur 2B).
      MERK: høy kvalitet "metallic" BDD elektroder har løsemiddel vinduer >> 3 V, støtter ikke oksygen reduksjon REACsjon (ORR) i 0,1 M KNO 3 (eller ORR er sterkt kinetisk tilbakestående) og viser ubetydelige NDC oksidasjon signaturer.
  4. Redox Elektro
    1. Rengjør elektroden som i trinn 4.2.1.
    2. Ved hjelp av en potentiostat rekord CV i en mM ruthenium hexaamine (RU (NH 3) 6 3+) og 0,1 M KNO 3 mellom 0,2 V og -0,8 V versus SCE, for skanne priser i størrelsesorden 0,05 V sek -1 - 0,2 V sek -1.
      MERK: Dette paret viser rask elektronoverføring og er elektro i en region som utfordrer p-type halvledende BDD. sp 2 som inneholder BDD vil også vise ORR i denne regionen, er det sistnevnte signal for mer tydelig når konsentrasjonen av Ru (NH3) 6 3+ er redusert.
    3. Måle spenningen avstanden mellom de anodiske og katodiske toppstrøm (Δ E p) fra den registrerte CV, og den temperatur, som beskrevet 20.For "metall-lignende" ohmically kontaktet oksygen avsluttet BDD på 298 K, Δ E p <70 mV 30,31. Større Δ E p-verdiene er symptomatisk for et dårlig ohmsk kontakt eller en lavere borinnhold, som vist i figur 2C for BDD elektroder av dope densiteter i området 9,2 x 10 til 3 x 16 10 20 B atomer cm -3.
    4. Måle spisser av fremover scan, jeg p, og korrelerer med at forventet fra Randles Sevcik ligningen 2 (sitert på 298 K) 3,30, forutsatt at elektroden er skiveformet i geometri og store nok (diameter 1 mm) som lineær diffusjon dominerer. Bruk noen data plotting programvare for å presentere og analysere dataene.
      jeg p = 2,69 × 10 5 n 3/2 AD 1/2 cv 1/2 (eq 2)
      der ner antallet elektroner som overføres, er et område (2 cm), D er diffusjonskoeffisienten (cm 2 sek-1), c er konsentrasjonen (mol cm-3), og v er skannehastigheten (V sek -1).

5. pH Generation: Utarbeidelse av pH Sensitive elektrode og pH Generation

  1. Iridium Oxide (pH sensitive) Løsning Forberedelse
    1. Forbered en 20 ml 0,1 M KNO 3 løsning som i avsnitt 5.4.1. 5 dråper fenolftalein-indikatorløsning ved anvendelse av en Pasteur pipette og rør (dette er tilstrekkelig til å vise en reaksjon av øyet, men i en mer intens farge, legge til flere dråper). Plasser BDD arbeidselektroden og motelektroden i Pt oppløsning.
    2. Juster pH til oppløsningen til 10,5 ved tilsetning av vannfritt kaliumklorid salt, under stadig omrøring. La tildekket og omrøring i 48 timer ved romtemperatur for å stabilisere, på dette stadiet løsningen vil gradvis gå fra gul-grønn tilblå-lilla. Oppbevares i kjøleskap ved 3 ° C.
  2. pH Sensitive Iridium Oxide Film Nedfall
    1. Ved hjelp av en potensiostat kjøre en CV på iridiumoxyd løsning mellom 0 V og en V versus SCE for å bestemme den potensielle ved hvilken den maksimale strøm registreres. Dette er avsetningspotensialet, E dep som vist i figur 3A, typisk ligger mellom ~ + 0,6 V - 0,85 V; den kan variere avhengig av en rekke faktorer som temperatur, elektrodemateriale etc. 32, 33
    2. Ved hjelp av chronoamperometry med en potensiostat, går potensialet fra 0 V ("initial E" og "lav E" i programvaren), hvor ingen elektrolyse finner sted til E dep ("High E" i programvaren), for en tidsperiode på 0,2 sek per trinn, gjenta 100x.
    3. Kjør en CV mellom 0 V og 1 V i 0,1 MH 2 SO 4 for Iro x avsatt elektroden. Karakterennalt CV form er vist i figur 3B. En strømtetthet i størrelsesorden 0,6 mA cm ~ -2 - 0,7 mA cm -2 for den første anodiske topp (tilsvarende en gjennomsnittlig filmtykkelse på ~ 8 nm til 0,7 mA cm-2), indikerer en stabil pH-følsomme film 34, 35.
    4. Hvis strømtettheten er mindre enn 0,6 mA cm -2 gjenta trinn 5.2.2 - 5.2.4 til denne verdien er nådd. La elektroden i pH 7 bufferløsning i 24 timer til hydrat som responsen fra Iro x filmen er hydrering avhengig 33.
  3. IRO x Film pH Karakterisering
    1. Tilberede en serie av bufferløsninger som dekker pH-området av interesse (pH 2 - pH 12), kan dette bli gjort i huset (f.eks Carmody 36) eller kjøpes kommersielt.
    2. Skyll elektroden med destillert vann. Plasser IRO x lektroden og referanseelektroden i bufferoppløsning av pH lavest. Ved hjelp av en potentiostatta opp det åpne kretspotensialet (OCP) over 30 sek, med tre gjentagelser. Fjern elektroden fra løsningen, skyll og plass i neste buffer.
    3. Gjenta trinn 5.3.2 for hver buffer, deretter gjenta serien minst to ganger. Plot pH vs. OCP, kalibrerings plottet til filmen respons. En IRO x film viser en skråning med en gradient mellom 59 - 80 mV per tiår 37.
      MERK: Figur 3C viser et eksempel kalibrering tomten for en vellykket Iro x pH sensor på BDD.
  4. Ved hjelp av en pH generator og målesystem
    MERK: Dette forutsetter bruk av en dual elektrodesystem der en elektrode er belagt med Iro x film (f.eks plate) og andre (f.eks BDD ring) vil generere H + eller OH - galvano fra vannelektrolyse.
    1. Fremstille en 20 ml 0,1 M KNO 3-oppløsning ved tilsetning av deionisert vann til salt. Koble IRO x belagteelektroden som arbeidselektrode i en to-elektrodesystem, med den andre elektrode en stabil referanse-elektrode SCE f.eks. Mål OCP ved hjelp av en potensiostat, for å etablere utgangs pH.
    2. Koble generator elektroden til en egnet to-elektrode galvano system med en teller elektrode, f.eks Pt folie, og gjenta trinn 5.4.1, men etter en definert tidsperiode gjelder en strøm til generatoren elektroden.
      MERK: Vi finner strømmer i området 0 til ± 50 uA passer med våre BDD elektroder; høyere strøm resultere i nevneverdig gassutvikling. Størrelsen og retningen av strømmen er avhengig av det ønskede resultat; en positiv strøm vil resultere i et skifte til mer sure pH-verdi og en negativ strøm til mer basisk pH-verdi, jo større strømmen jo større pH-endring.
    3. Ved hjelp av potensiostat, registrerer endringen i OCP i respons til galvano strømmen, vente til responsen stabiliseres. Deretter plasserer iro x x film.
    4. Gjenta trinn 5.4.2 til 5.4.3 med ulike anvendte strømninger, før alle data som kreves er samlet. Plotte data ved hjelp av kalibreringskurven oppnådd i punkt 5.3 for å konvertere OCP til pH, er et eksempel datasett vist i figur 4A. Fjern IRO x film ved hjelp av alumina polering eller pulserende i 0,1 MH 2 SO 4 fra 2 V til -2 V for 0,2 sek, × 100. Gjelder for målesystemet av interesse.
  5. Visuell vurdering av lokal pH generasjon
    1. Forbered en 20 ml 0,1 M KNO 3 løsning som i avsnitt 5.4.1. 5 dråper fenolftalein-indikatorløsning ved anvendelse av en Pasteur pipette og rør (dette er tilstrekkelig til å vise en reaksjon av øyet, men i en mer intens farge, legge til flere dråper). Plasser BDD arbeidselektroden og motelektroden i Pt oppløsning.
    2. Anvende en negativ strøm til arbeidselektrode ved hjelpet galvanisk element som i trinn 5.4.2 (f.eks ~ -0,6 mA cm-2) slik at oppløsningen forandrer farge fra fargeløst til rosa. Denne nå lokalt frembringer en løsning som er ved pH ≥ 10,5.
    3. Gjenta trinn 5.5.1 med 5 dråper metylrødt løsning i stedet for fenolftalein og rør. Anvende en tilstrekkelig positiv strøm (f.eks ~ 6,6 mA cm-2) slik at oppløsningen forandrer farge fra gul til rød. Denne nå lokalt frembringer en løsning som er ved pH 4,2 ≤ 38.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Raman-spektrene og elektrokjemiske egenskaper ble oppnådd for representative BDD macrodisc elektroder med forskjellig dopings tettheter, og både betydelige og neglisjerbare nivåer av NDC, Figur 1 og 2. Figurene 1A og B viser typiske Raman data for NDC holdig tynn film mikrokrystallinsk BDD og større korn frittstående BDD, dopet over den metalliske terskel, henholdsvis. Tilstedeværelsen av NDC er identifiserbar av de merkede brede topper mellom 1400 og 1600 cm-1; er det ingen slike topp synlig i figur 1C, som viser typiske Raman signaturen til NDC-fri, frittstående BDD. I alle tre spektra i figur 1, er det mulig å observere en skarp topp ved 1332 cm-1, er denne signaturen toppen av sp3 karbon (diamant); asymmetri av grunnlinjen rundt denne toppen er kjent som en "Fano resonans"Og hvis det finnes indikerer at prøven er hensiktsmessig dopet (10 20 B atomer cm -3) for bruk i elektrokjemiske studier. Dette gjelder for alle tre elektrodene som vises her.

I Figur 2 Eksempel data for elektrokjemiske studier (kapasitans, løsemiddel vindu og CV registreres i redoks megler Ru (NH 3) 6 3 +) er presentert for både NDC holdig og NDC-free BDD, dopet over metallic terskelen. Kapasitansverdiene kurvene i figur 2A viser tydelig at NDC holdige BDD oppviser en større kapasitiv strøm enn NDC fritt BDD. Kapasitansene for hvert har blitt beregnet som beskrevet i teksten, og er gjengitt i figur 2A som uF 10,8 cm -2 (NDC-inneholdende) og 6,3 mikrofarad cm -2 (NDC-fri) BDD. Høy kvalitet, lav NDC-innhold, er BDD elektroder forventes å ha en kapasitans << 10 uF cm -2. Tilsvarende figur 2B sammenligner løsemiddel vinduene eksemplar NDC holdig og NDC-frie BDD elektroder. Det kan sees at for en NDC holdig elektrode begynnende H 2 O oksidasjon og reduksjon har blitt brakt i betydelig grad, innsnevring løsningsmidlet vinduet. Også i notatet er utseendet på anodiske topper på grunn av oksidasjon av NDC og en katodisk topp grunnet ORR som katalyseres på NDC, men ikke på sp 3 karbon. For en høy kvalitet BDD elektrode med neglisjerbar NDC løsningsmidlet vinduet er forventet å være >> 3 V i vandig KNO 3 oppløsning. I figur 2C CV responsen av BDD elektrodene med en rekke doping nivåer er undersøkt ved hjelp av redoks-mediator Ru (NH3) 6 3+. For BDD elektroder dopet over den metalliske terskel, blir spenningen avstanden mellom de anodiske og katodiske strømtopper forventet å være nær 59 mV, i henhold til Nernst-ligningen; However, som dopingsmiddelet nivået synker materialet blir oppbrukt av ladningsbærere som resulterer i en økning i topp til topp separasjon.

En BDD macrodisc, belagt i iro x, ble brukt til å registrere dataene på figur 3, mens alle diamant (BDD isolert i diamant) 39 to elektroder og en epoksy forseglet BDD ring-plate-elektrode ble brukt for pH-generasjons eksperimenter på figur 4A. Dataene i figur 3 illustrerer avsetning og karakterisering fremgangsmåte for et pH-følsomt iro x film på BDD. I figur 3A et typisk CV registreres i iro x avsetningsoppløsningen er vist. Den anvendes for etterfølgende Iro x avsetningspotensialet kan identifiseres ut fra posisjonen av den oksidative strømtopp, som vist her. 3B er et eksemplar CV i svovelsyre av et Iro x film elektrodeed på BDD. Formen på CV er karakteristisk for en vellykket avsatte film med toppstrømtetthet som gir informasjon om filmtykkelse. En høyere strømtetthet indikerer en tykkere film. Stabiliteten av filmtykkelsen er avhengig av; for tynt, og pH-responsen vil drift, for tykke og filmen responstiden vil bli langsom og filmen kan flasse av. En verdi for maksimal strømtetthet ~ 0,7 mA cm -2 har vist seg å indikere en stabil film med en utmerket pH respons. OCP respons av Iro x lag på en elektrode BDD mot forskjellige pH-buffere er vist i figur 3C. Avdriften mellom målingene er lite som gjenspeiles av størrelsen på feil barer og skråningen er super-Nernstian (> 59 mV) som forventet for denne type film.

Til slutt viser figur 4 ved bruk av en BDD-elektrode for pH generasjon. I figur 4A pH endre megasured ved en iro x belagt BDD elektrode blir presentert for en rekke strømmer som brukes på pH generasjon BDD-elektrode plassert i nærheten, enten i ring eller bånd format, som vist i figur 4. For forskjellige anvendte strømninger, kan pH-verdien endres lokalt og quantifiably fra en startverdi (nær nøytral) til enten surt eller alkalisk. Denne prosessen kan observeres visuelt som vist i figur 4B, hvor en egnet strømtetthet påtrykkes en BDD elektrode for å endre pH-verdien fra nesten nøytral til> 10,5. I nærvær av fenolftalein (pH-indikator) resulterer dette i løsningen går fra fargeløs til rosa, i nærheten av elektroden.

Figur 1
Figur 1. Typiske Raman data registrert med en 514 nm laser på (A) NDC inneholder tynn film mikrokrystallinsk BDD festet til vekstsubstratet (Dopmaur tetthet 1,9 x 10 20 boratomer cm -3) og (B, C) ​​større korn frittstående BDD, gjennomsnittlig dopetetthet 1,9 x 10 20 og 3 x 10 20 B-atomer cm -3 respektivt. NDC er tydelig i (A) og (B) på grunn av tilstedeværelsen av de merkede NDC toppene mellom 1400 og 1600 cm-1, (C) inneholder ubetydelig NDC. Alle tre elektroder viser en "Fano resonans", og dermed er hensiktsmessig boron dopet for elektrokjemiske studier 7. Reproduseres delvis fra referanse [4c] med tillatelse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. Elektrokjemisk karakterisering. Alle representative data i ( B) har blitt spilt inn på isolasjons diamant innkapslet O-terminert BDD elektroder dopet over metallic terskel dvs. 10 20 B atomer cm -3 39. (A) Kapasitans kurver for NDC-free BDD hvor C = 6,3 uF cm -2 (svart), og for NDC-holdige BDD hvor C = 10,8 jjF cm -2 (rød). (B) Representative løsemiddel vinduer for NDC-free BDD, løsemiddel vindu> 3,95 V (svart) og for NDC holdig BDD, løsemiddel vindu = 3,22 V (rød). (C) CV tatt opp i 1 mM Ru (NH3) 6 3 + 0.1 V sek -1 for glass forseglet frittstående BDD macrodisc elektroder av forskjellige boron dope densiteter i området 9,2 x 10 16 - 3 x 10 20 B atomer cm - 3. Reproduseres delvis fra referanse [4c] med tillatelse. <a href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig2large.jpg" target = "_ blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Karakterisering av Iro x film avsetning på BDD og pH respons. (A) CV in iro x oppløsning før deponering. Den maksimale strøm oksydasjon gir en verdi for utfelling potensial, E dep, hvor filmdannelse er funnet å være mest effektive. Bruke potensialer> E dep, resulterer i en ustabil avsatt film. (B) Karakteristisk CV for en galvanisk Iro x film i 0,1 MH 2 SO 4 bokført til 0,1 V sek -1, jeg p, er en typisk ~ 0,7 mA cm -2. (C) Representant pH calibration kurve (R2 = 0,997) for galvanisk Iro x på en frittstående BDD elektrode. Skråningen viser et super-Nernstian respons (65,4 mV) til pH. De små feilfelt (n = 3) viser film stabilitet og reproduserbarhet i målingene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4. Anvendelse av en frittstående BDD ringskive og to båndelektroder for in situ pH-kontroll BDD ring-plate-elektrode, skivediameter = 0,922 mm, separering = 0,262 mm, og ringbredde = 0,150 mm.; BDD bånd elektrode generator = 0,460 x 3 mm, detektor = 0,09 x 3 mm, og separering = 0,2 mm. (A) Eksperimentelt målte pH som funksjon av tiden profilen over detektorelektroder som funksjonellepå anvendt galvano strøm (10 til 50 uA på ringen plate elektroden og -0,5 til -8 fiA for dual band elektrode). Legg merke til den stabile pH generert over lange perioder. Modifisert reproduksjon av referanser [9a] og [9b]. (B) Enkel visualisering av in situ pH generering ved bruk av fenolftalein-indikator løsning; en strøm av -4.55 -0,58 mA (uA cm-2) ble applisert på en 1 mm diameter glassforseglet BDD macroelectrode. Den rosa fargen indikerer pH≥10.5, indikerer fargeløs oppløsning pH≤8.4 38. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Starter med en O-terminert overflate er fremmet på grunn av H-terminert overflate er elektrokjemisk ustabil, særlig ved høye anodiske potensialer 7,40,41. Endring overflate avslutning kan påvirke elektronoverføringskinetikken av indre sfære par, så som elektrolyse av vann (her er brukt for å endre den lokale løsningens pH). Videre, hvis bdd inneholder signifikante NDC ved korngrensene er det også mulig at ved anvendelse av den ekstreme anodisk / katodisk potensiale anbefalt i denne artikkelen for pH generasjon, etsning kan skje på følgende svakere punkter. Dette vil føre til at filmen korrodere og for tynne filmer, eventuelt delaminere, manifestere seg i en ustabil pH generasjon profil, som vist med tynn film Au og Pt-elektroder 17. Derav en streng protokoll for å vurdere kvaliteten av elektroden før bruk er tatt i bruk for å vurdere NDC innhold som beskrevet i figurene 1 (Raman) og 2 (capacitgen og væske vindu).

Også av viktighet er borinnholdet. Hvis materialet er dopet under det metalliske grensen (<10 20 B atomer cm -3), vil det være ladning oppbrukt, ved negative potensialer av flatband potensial, noe som resulterer i en reduksjon i elektrokjemisk ytelse 7,42. Den enkleste måten å kvalitativt vurdere metallisk dopingsnivåer er å lete etter tilstedeværelsen av en Fano signatur som forårsaker asymmetri i sp 3 topp, i Raman-spektrene, som vist i figur 1 (AC). Dette skyldes interferens mellom den diskrete fonon staten og den elektroniske kontinuum, og blir sett på boron doping nivåer> 10 20 B atomer cm -3 43. Sekundær ion massespektrometri (SIMS) til slutt kvantifiserer borinnholdet men er destruktiv og mer intensiv bruk. Merk som SIMS gir total borinnholdet det ikke høyde for mulige reduksjoner i antall fritt tilgjengelig påe ladninger grunn til erstatning eller passivisering av boron akseptorer med egnede givere som henholdsvis nitrogen 44 eller hydrogen 45.

Elektrokjemisk, kan dopetetthetsforskjeller bli visualisert ved anvendelse av en ytre kule fast elektronoverførings redoks-par som har formell potensial ligger innenfor båndgapet for O-terminert halvledende BDD, for eksempel Ru (NH3) 6 3 + / 2 + 46. For eksempel, som vist i figur 2C, som dope nivåer av BDD elektrode øker, og materialet beveger seg fra halvleder til metallisk gjeldende øker og topp til topp separasjon avtar når elektronoverføringen blir mer lettvint. På metalldope nivåer elektroden skal vise atferd som ligner på en klassisk elektrode der for en megler som Ru (NH 3) 6 3+, reversible diffusjon begrenset CV registreres på en macroelectrode i stasjonær løsning;n. Oppmerksom på boron dopings nivåer ~ 10 19 nær reversible atferd er registrert, men bare for H-terminerte overflater. Dette skyldes en interessant særegenheter ved denne overflate, hvor H-terminert fører til energinivåer i Valence og ledningsbånd i diamanter skal heves. Dette betyr elektron overføring fra valensbåndet til H 3 O + er nå mulig, noe som resulterer i overflaten overføring doping og en målbar overflate ledningsevne. Men på grunn av den elektrokjemiske ustabilitet av H-terminert overflate, særlig ved høye anodiske potensialer, som arbeider med H-terminert nedre dopetetthet elektrodene ikke er et langvarig levedyktig tilnærming 7,40,41.

Muligheten til å endre den lokale pH-verdi av målelektroden har mange forskjellige anvendelser, for eksempel i lokale pH-titrering eksperimenter nå blitt mulig, hvor pH-verdien kan endres systematisk og virkningen på systemet elektro vurderes in situ in situ 47-50. Dette er svært nyttig for at kilde målingene. I tillegg kan arten slås fra ikke å være elektrokjemisk påvisbar til påvisbar i kraft av å endre den lokale pH-verdi, f.eks oppløst hydrogensulfid fullstendig omdannes til formen elektrokjemisk detekterbare sulfid ved pH-verdier> 9 16. I det gitte eksempel, for elektrode geometrier anvendte , pH-endringer over 4 enheter (fra 6,4 til 2,0 og 6,0 til 10,8) ble demonstrert. Større endringer er mulig ved å øke galvanostrøm og endring av elektrode geometrier. For eksempel vil minske avstanden mellom generatoren og detektorelektroder, og redusere den relative størrelsen på detektoren gi lavere / høyere pH-verdier skal oppnås. Bragdenure størrelsen av BDD elektroden vil være begrenset av oppløsningen av den fremstillingsteknikk som anvendes. Legg merke til at det også er en øvre grense for størrelsen av strømmen i stand til å bli anvist til stabil pH generasjon. Dette er diktert av strømmen ved hvilken betydelig gassutvikling og bobledannelse ved generator elektroden blir observert.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Vi ønsker å takke Dr. Jonathan Newland for fotografiet i figur 4B og for behandling av optiske mikroskop bilder for video, Miss Jennifer Webb for råd og grafikk på kontaktvinkelmålinger, Miss Sze-yin Tan for løsemiddel vinduet data i figur 2B Dr. Maxim Joseph for råd om Raman-spektroskopi, og også medlemmer av Warwick Elektro og grensesnitt konsernet som har bidratt til å utvikle protokoller som er beskrevet her. Vi vil også gjerne takke Max Joseph, Lingcong Meng, Zoe Ayres og Roy Meyler for sin del i å filme protokollen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Kjemi Boron dopet diamant karakterisering electroanalysis elektrokjemi pH sensorer
Vurdering av Boron Doped Diamond elektrode Kvalitet og søknad til<em&gt; In Situ</em&gt; Endring av lokal pH ved vannelektrolyse
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Read, T. L., Macpherson, J. V.… More

Read, T. L., Macpherson, J. V. Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis. J. Vis. Exp. (107), e53484, doi:10.3791/53484 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter