Kemiskt modifierad elektrod

En kemiskt modifierad elektrod är en elektrisk ledare som har sin yta modifierad för olika elektrokemiska funktioner. Kemiskt modifierade elektroder tillverkas med hjälp av avancerade metoder för elektrodsystem genom att lägga till en tunn film eller ett lager av vissa kemikalier för att ändra egenskaper hos ledaren enligt dess målfunktion.

åstadkommer en oxidationsreduktionssubstans elektrokatalys genom att överföra elektroner från elektroden till en reaktant eller ett reaktionssubstrat .

Att modifiera elektrodernas ytor har varit ett av de mest aktiva forskningsområdena inom elektrokemi sedan 1979, vilket ger kontroll över hur elektroder interagerar med deras miljöer.

Beskrivning

Kemiskt modifierade elektroder skiljer sig från andra typer av elektroder eftersom de har ett molekylärt monolager eller mikrometertjocka lager av film gjorda av en viss kemikalie (beroende på elektrodens funktion). Den tunna filmen är belagd på ytan av elektroden. Resultatet skulle bli en modifierad elektrod med speciella nya kemiska egenskaper vad gäller fysikaliska , kemiska, elektrokemiska, optiska, elektriska, transportegenskaper och andra användbara egenskaper.

Kemiskt modifierade elektroder och elektroder i allmänhet är starkt beroende av elektrontransport : en allmän term för elektrokemiska processer där laddningen transporteras genom de kemiska filmerna till elektroden. Termen "täckning" används för att uttrycka arean normaliserad i mol/m^2 av en specifik typ av kemisk plats i den tunna kemiska filmen på ytan av den kemiskt modifierade elektroden.

Syftet med att utveckla kemiskt modifierade elektroder

Framstegen inom området för elektrokemisk vetenskap fortsatte att bli mer genomgripande tills forskare på området inte hittade någon användning av kala ytor för att fortsätta sina undersökningar. Anledningen till detta är att forskning som involverade elektroder krävde vissa kemiska och fysikaliska egenskaper som inte fanns naturligt i de material som användes som elektriska ledare. För att ta sig ur dilemmat använde de kemisk modifiering för att skräddarsy materialen de använde. Atomer, molekyler och nanopartiklar är fästa på ytan av material för att modifiera deras elektroniska och strukturella egenskaper, vilket leder till att deras funktionalitet ändras .

Tillämpningar av kemiskt modifierade elektroder

I sina första skeden användes kemiskt modifierade elektroder endast i teknologier som de ursprungligen tillverkades för (inställning av ytor för elektrokemiska undersökningar). Därefter gav kemiskt modifierade elektroder kraftfulla vägar för att ställa in elektrodernas prestanda. Modifieringen av elektroder underlättade följande processer inom elektroanalytisk kemi:

Ger selektivitet för elektroderna
Motstår nedsmutsning
Koncentrerande arter
Förbättring av elektrokatalytiska egenskaper
Begränsning av åtkomst av störningar i komplexa prover

Det gav också en rutt för andra ändamål, såsom:

Forskar om energiomvandling
Forskar om fenomen som påverkar elektrokemiska processer
Lagring och skydd av korrosion
Utveckling av molekylär elektronik
Utveckling av elektrokroma apparater

De forskningsområden där kemiskt modifierade elektroder används inkluderar:

Grundläggande elektrokemiska undersökningar: Elektronöverföring mellan elektroder och elektrolyter .
Elektrostaticitet på elektrodytor: stationära eller långsamma elektriska laddningar.
Polymerelektrontransport och jontransport Förflyttning av elektroner från en art eller atom till en: annan, med särskilt fokus på polymerer.
Design av elektrokemiska system och enheter: Skapandet av system och enheter som använder kemiskt modifierade elektroder med alla nödvändiga specifikationer för systemen eller enheterna.

Metoder för att kemiskt modifiera elektroder

Ytan på elektroderna kan modifieras på följande sätt:

(1) Adsorption ( Chemisorption ): En metod som använder samma typ av valenskrafter som är involverade i bildningen av kemiska föreningar, där filmen är starkt adsorberad eller kemisorberad på elektrodens yta, vilket ger monolagertäckning. Detta tillvägagångssätt involverar substratkopplade självmonterade monolager (SAMs), där molekyler spontant kemisorberas till ytan av elektroden, vilket resulterar i en mikroskopisk supergitterstruktur av skikt som bildas på den.

Figur 1. Representation av en SAM-struktur

(2) Kovalent bindning: En metod som använder kemiska medel för att skapa en kovalent bindning mellan ett eller flera monomolekylära skikt av den kemiska modifieraren och elektrodens yta. De vanligaste medlen att använda i denna metod inkluderar organosilaner och cyanurklorid .

(3) Polymerfilmbeläggning: En metod som använder något av följande för att hålla elektronledande och icke-ledande polymerfilmer på elektrodytan:

Kemisorption och låg löslighet i kontaktlösningen
Fysisk förankring i en porös elektrod

Denna metod inkluderar avlägsnande av kemiska ämnen (substrat) från självmonterade monolager för att tillåta adsorberande molekyler på elektrodytan oberoende av den ursprungliga substratstrukturen. Polymerfilmerna kan vara organiska , metallorganiska eller oorganiska , och de kan antingen innehålla det kemiska modifieringsmedlet eller ha kemikalien tillsatt till polymeren i en senare process.

(4) Komposit: En metod som har den kemiska modifieraren blandad med ett elektrodmatrismaterial. Ett exempel på denna metod är att ha en elektronöverföringsmediator (den kemiska modifieraren) blandad med kolpartiklar i en kolpastaelektrod (elektrodmatrisen) .

Kolpasta, glasartad kolpasta, glasartad kol etc. elektroder när de är modifierade kallas kemiskt modifierade elektroder. Kemiskt modifierade elektroder har använts för analys av organiska och oorganiska arter.

^ ^a ^b ^c ^d Alkire, R., Kolb, D., & Lipkowski, J., Chemically modified electrodes, Tyskland: Wiley-VCH, Weinheim, 2009
^ Murray RW, Goodenough JB och Albery WJ, Modifierade elektroder: Kemiskt modifierade elektroder för elektrokatalys, The Royal Society, 1981, s. 253-265, https://www.jstor.org/stable/36940
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Durst, R., Baumner, A., Murray, R., Buck, R., & Andrieux, C., Chemically modified electrodes: Recommended terminology and definitions, IUPAC, 1997, pp 1317- 1323, http://old.iupac.org/publications/pac/1997/pdf/6906x1317.pdf
^ ^a ^b Colorado State University Fort Collins Department of Chemistry, kemiskt modifierade elektroder, 1994, http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA279821 Arkiverad 2016-03-03 på Wayback Machine
^ Sanghavi, Bankim; Srivastava, Ashwini (2010). "Samtidig voltammetrisk bestämning av paracetamol, acetylsalicylsyra och koffein med användning av en in situ tensidmodifierad flerväggig kolnanorörpastaelektrod". Electrochemica Acta . 55 (28): 8638–8648. doi : 10.1016/j.electacta.2010.07.093 .

[Alkire-1] Alkire, R., Kolb, D., & Lipkowski, J., Chemically modified electrodes, Tyskland: Wiley-VCH, Weinheim, 2009

[Murray-2] Murray RW, Goodenough JB och Albery WJ, Modifierade elektroder: Kemiskt modifierade elektroder för elektrokatalys, The Royal Society, 1981, s. 253-265, https://www.jstor.org/stable/36940

[Durst-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Durst, R., Baumner, A., Murray, R., Buck, R., & Andrieux, C., Chemically modified electrodes: Recommended terminology and definitions, IUPAC, 1997, pp 1317- 1323, http://old.iupac.org/publications/pac/1997/pdf/6906x1317.pdf

[CO_State_University-4] Colorado State University Fort Collins Department of Chemistry, kemiskt modifierade elektroder, 1994, http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA279821 Arkiverad 2016-03-03 på Wayback Machine

[5] Sanghavi, Bankim; Srivastava, Ashwini (2010). "Samtidig voltammetrisk bestämning av paracetamol, acetylsalicylsyra och koffein med användning av en in situ tensidmodifierad flerväggig kolnanorörpastaelektrod". Electrochemica Acta . 55 (28): 8638–8648. doi : 10.1016/j.electacta.2010.07.093 .