Химически модифицированный электрод

— Химически модифицированный электрод это электрический проводник , поверхность которого модифицирована для выполнения 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 целевой функцией.

На модифицированном электроде окислительно-восстановительное вещество осуществляет электрокатализ путем переноса электронов от электрода к реагенту или субстрату реакции .

Модификация поверхности электродов была одной из наиболее активных областей исследовательских интересов в электрохимии с 1979 года, обеспечивая контроль над тем, как электроды взаимодействуют с окружающей средой.

Описание

Химически модифицированные электроды отличаются от других типов электродов тем, что они имеют молекулярный монослой толщиной в микрометры, или слои пленки изготовленные из определенного химического вещества (в зависимости от функции электрода). Тонкая пленка нанесена на поверхность электрода. Результатом будет модифицированный электрод с особыми новыми химическими свойствами с точки зрения физических , химических, электрохимических, оптических, электрических, транспортных и других полезных свойств.

Химически модифицированные электроды и электроды в целом сильно зависят от транспорта электронов : общий термин для электрохимических процессов, при которых заряд переносится через химические пленки к электроду. Термин «покрытие» используется для выражения нормированной в моль/м2 площади химического центра определенного типа в тонкой химической пленке на поверхности химически модифицированного электрода.

Цель разработки химически модифицированных электродов

Достижения в области электрохимической науки становились все более глубокими, пока ученые в этой области не обнаружили, что голые поверхности больше не нужны для продолжения своих исследований. Причина этого в том, что исследования, в которых использовались электроды, требовали определенных химических и физических свойств, которые в природе не существуют в материалах, используемых в качестве электрических проводников. Чтобы найти выход из этой дилеммы, они применили химическую модификацию используемых материалов. Атомы, молекулы и наночастицы прикрепляются к поверхности материалов, изменяя их электронные и структурные свойства, что приводит к изменению их функциональности .

Применение химически модифицированных электродов

На первых этапах химически модифицированные электроды просто применялись в технологиях, для которых они изначально создавались (настройка поверхностей для электрохимических исследований). После этого химически модифицированные электроды стали мощным средством настройки производительности электродов. Модификация электродов облегчила следующие процессы в электроаналитической химии:

• Обеспечение селективности электродов
• Сопротивление загрязнению
• 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
• Развитие молекулярной электроники
• Разработка электрохромных устройств

Области исследований, в которых используются химически модифицированные электроды, включают:

Фундаментальные электрохимические исследования

Перенос электронов между электродами и электролитами .

Электростатика на поверхности электродов

стационарные или медленные электрические заряды.

полимера Электронный транспорт и ионный транспорт

Движение электронов от одного вида или атома к другому с особым акцентом на полимерах.

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, при котором пленка прочно адсорбируется или хемосорбируется на поверхности электрода, образуя монослойное покрытие. связанные с подложкой Этот подход включает в себя самоорганизующиеся монослои, (SAM), где молекулы спонтанно хемосорбируются на поверхность электрода, в результате чего на нем образуется микроскопическая сверхрешетчатая структура слоев.

Рисунок 1. Представление структуры SAM

(2) Ковалентная связь

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 цианурхлорид .

(3) Полимерное пленочное покрытие

Метод, в котором для удержания электронопроводящих и непроводящих полимерных пленок на поверхности электрода используется одно из следующих средств:

• Хемосорбция и низкая растворимость в контактирующем растворе
• Физическое закрепление в пористом электроде

Этот метод включает удаление химических веществ (подложки) из самоорганизующихся монослоев, чтобы обеспечить адсорбцию молекул на поверхности электрода независимо от исходной структуры подложки.Полимерные пленки могут быть органическими , металлоорганическими или неорганическими , и они могут либо содержать химический модификатор , либо в последнем процессе к полимеру добавляться химическое вещество.

(4) Композитный

Метод, в котором химический модификатор смешивается с материалом матрицы электрода. Примером этого метода является смесь медиатора электронного переноса (химического модификатора) с частицами углерода в электроде из угольной пасты (матрице электрода).

Углеродная паста, стеклоуглеродная паста, стеклоуглеродные электроды и т. д. в модифицированном виде называются химически модифицированными электродами. Химически модифицированные электроды использовались для анализа органических и неорганических веществ.