Химически модифицированный электрод представляет собой электрический проводник , который его модифицированной поверхностью для различных электрохимических функций. Химически модифицированные электроды изготавливаются с использованием передовых подходов к электродным системам путем добавления тонкой пленки или слоя определенных химикатов для изменения свойств проводника в соответствии с его целевым назначением. [1]
На модифицированном электроде окислительно-восстановительное вещество осуществляет электрокатализ , передавая электроны от электрода к реагенту или реакционному субстрату . [2]
Изменение поверхности электродов было одной из самых активных областей исследований в электрохимии с 1979 года, обеспечивая контроль над тем, как электроды взаимодействуют с окружающей средой. [1]
Описание
Химически модифицированные электроды отличаются от других типов электродов , поскольку они имеют молекулярный монослой или микрометров-толстые слои из пленки , изготовленной из определенного химического вещества ( в зависимости от функции электрода). Тонкую пленку наносят на поверхность электрода. В результате получился бы модифицированный электрод с особыми новыми химическими свойствами с точки зрения физических , химических, электрохимических, оптических, электрических, транспортных и других полезных свойств. [3]
Химически модифицированные электроды и электроды в целом сильно зависят от переноса электронов : общий термин для электрохимических процессов, при которых заряд переносится через химические пленки к электроду. Термин «покрытие» используется для выражения нормированной по площади в моль / м ^ 2 определенного типа химического участка в тонкой химической пленке на поверхности химически модифицированного электрода. [3]
Цель разработки химически модифицированных электродов
Достижения в области электрохимической науки становились все более основательными, пока ученые в этой области не обнаружили, что для продолжения своих исследований голые поверхности перестали использоваться. Причина этого заключается в том, что исследования, в которых использовались электроды, требовали определенных химических и физических свойств, которые естественным образом не существовали в материалах, используемых в качестве электрических проводников. Чтобы найти выход из дилеммы, они использовали химическую модификацию, чтобы адаптировать материалы, которые они использовали. Атомы, молекулы и наночастицы прикрепляются к поверхности материалов для изменения их электронных и структурных свойств, что приводит к изменению их функциональности . [1]
Применение химически модифицированных электродов
На своих первых этапах химически модифицированные электроды просто применялись в технологиях, для которых они изначально были созданы (настройка поверхностей для электрохимических исследований). После этого химически модифицированные электроды предоставили мощные возможности для настройки характеристик электродов. Модификация электродов облегчила следующие процессы электроаналитической химии:
- Обеспечение селективности электродов
- Сопротивление обрастанию
- Концентрирующие виды
- Улучшение электрокаталитических свойств
- Ограничение доступа к помехам в сложных образцах
Он также предоставил маршрут для других целей, таких как:
- Исследование преобразования энергии
- Исследование явлений, влияющих на электрохимические процессы
- Хранение и защита от коррозии
- Разработка молекулярной электроники
- Разработка электрохромных устройств
Области исследований, в которых используются химически модифицированные электроды, включают:
- Основные электрохимические исследования
- Электронный перенос между электродами и электролитами .
- Электростатичность на поверхности электродов
- стационарные или медленные электрические заряды.
- Полимерный перенос электронов и ионный транспорт
- Движение электронов от одного вида или атома к другому, с особым вниманием к полимерам.
- Проектирование электрохимических систем и устройств.
- Создание систем и устройств, использующих химически модифицированные электроды со всеми необходимыми характеристиками систем или устройств.
Подходы к химической модификации электродов
Поверхность электродов можно модифицировать следующими способами:
- (1) Адсорбция ( хемосорбция )
- Метод, в котором используются те же валентные силы, что и при образовании химических соединений, когда пленка сильно адсорбируется или хемосорбируется на поверхности электрода, обеспечивая монослойное покрытие. Этот подход включает в себя связанные с подложкой самоорганизующиеся монослои (SAM), где молекулы спонтанно хемосорбируются на поверхность электрода, что приводит к микроскопической сверхрешеточной структуре слоев, сформированных на нем. [3]
- (2) Ковалентное связывание
- Метод, в котором используются химические агенты для создания ковалентной связи между одним или несколькими мономолекулярными слоями химического модификатора и поверхностью электрода. Обычно в этом методе используются органосиланы и хлорид циануровой кислоты . [3] [4]
- (3) Покрытие полимерной пленкой
- Метод, в котором для удержания пленок электронопроводящего и непроводящего полимера на поверхности электрода используется один из следующих способов:
- Хемосорбция и низкая растворимость в контактирующем растворе
- Физическое закрепление в пористом электроде
Этот метод включает удаление химических частиц (субстрата) из самоорганизующихся монослоев, что позволяет адсорбировать молекулы на поверхности электрода независимо от исходной структуры субстрата. Полимерные пленки могут быть органическими , металлоорганическими или неорганическими , и они могут либо содержать химический модификатор, либо химикат, добавляемый к полимеру в последнем процессе. [3] [4]
- (4) композитный
- Метод, при котором химический модификатор смешивается с материалом электродной матрицы. Примером этого метода является использование медиатора переноса электрона (химического модификатора), смешанного с частицами углерода в электроде из углеродной пасты (электродной матрице). [3]
Углеродная паста, стеклоуглеродная паста, стеклоуглерод и т. Д. Электроды, модифицированные, называются химически модифицированными электродами. Химически модифицированные электроды использовались для анализа органических и неорганических веществ. [5]
Рекомендации
- ^ a b c d Алкир Р., Колб Д. и Липковски Дж. Химически модифицированные электроды, Германия: Wiley-VCH, Weinheim, 2009.
- ^ Мюррей RW, Гуденаф JB и Albery WJ, Модифицированные электроды: химически модифицированные электроды для электрокатализа, Королевское общество, 1981, стр. 253-265, https://www.jstor.org/stable/36940
- ^ a b c d e f g Дерст, Р., Баумнер, А., Мюррей, Р., Бак, Р., и Андрие, К., Химически модифицированные электроды: Рекомендуемая терминология и определения, ИЮПАК, 1997, стр. 1317- 1323, http://old.iupac.org/publications/pac/1997/pdf/6906x1317.pdf
- ^ a b Колорадский государственный университет, Факультет химии Форт-Коллинза, химически модифицированные электроды, 1994, http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA279821 Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine
- ^ Сангхави, Банким; Шривастава, Ашвини (2010). «Одновременное вольтамперометрическое определение ацетаминофена, аспирина и кофеина с использованием in situ модифицированного поверхностно-активным веществом многослойного пастообразного электрода из углеродных нанотрубок». Electrochimica Acta . 55 (28): 8638–8648. DOI : 10.1016 / j.electacta.2010.07.093 .