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El maravilloso mundo de la microscopía electroquímica de barrido: ¿descubriendo los secretos de la interfaz líquido-sólido?
La microscopía electroquímica de barrido (SECM) es una técnica innovadora utilizada dentro de la amplia categoría de microscopía de sonda de barrido (SPM) que puede medir el comportamiento electroquímico local de las interfaces líquido-sólido, líquido-gas y líquido-líquido. Esta tecnología fue propuesta y simbolizada por primera vez por Allen J. Bard, un electroquímico de la Universidad de Texas en 1989. A medida que la base teórica madura, el SECM se ha utilizado ampliamente en química, biología y ciencia de los materiales. Midiendo la corriente en una posición precisa en la punta del ultramicroelectrodo (UME), se pueden obtener señales electroquímicas resueltas espacialmente. La interpretación de estas señales se basa en el concepto de corrientes limitadas por la difusión, que a su vez produce una imagen de la reactividad interfacial y la cinética química.
La tecnología SECM puede explorar fenómenos interfaciales y ha encontrado aplicaciones significativas en la ciencia de los materiales, como la microestructuración y el modelado de superficies.
Historia
La aparición de los ultramicroelectrodos (UME) fue un punto de inflexión importante en el desarrollo de técnicas electroanalíticas sensibles como SECM. En 1986, Engstrom realizó el primer experimento similar al SECM y observó el patrón de reacción y los intermedios de vida corta. Los experimentos de Alan J. Bader también señalaron que la corriente medida a grandes distancias no era consistente con el efecto túnel de los electrones, sino que era causada por la corriente faradaica. Esto impulsó más investigaciones sobre microscopía electroquímica. Budd propuso la base teórica de SECM en 1989 e introdujo una variedad de modos de retroalimentación.
Cómo funciona
El principio básico de SECM es modular el potencial en una solución que contiene un par redox a través de una punta UME. Por ejemplo, en un sistema que transportaFe2+/Fe3+, cuando se aplica un potencial suficientemente negativo, Fe3+ se reducirá a Fe2+ en la punta del UME. , lo que resulta en una corriente límite de difusión. Esta tecnología tiene dos modos principales de funcionamiento: modo de retroalimentación y modo de generación de recopilación.
Modo de retroalimentación
En el modo de retroalimentación, cuando la punta del UME está cerca del sustrato conductor, los productos reducidos generados en la punta se oxidarán en la superficie conductora, lo que provocará un aumento en la corriente de la punta y formará una retroalimentación positiva. Si el objetivo es una superficie aislante, la corriente se reducirá debido a la incapacidad de regenerar óxidos, formándose un bucle de retroalimentación negativa.
Modo de recopilación y generación
En el modo de recolección-generación, la punta del UME se mantiene a un potencial suficiente para la reacción química, mientras que el sustrato está a un potencial apropiado para recolectar o reaccionar con los productos generados por la punta. Este patrón proporciona información sobre la dinámica del proceso de transferencia de electrones en el sistema.
Aplicaciones
El SECM se ha utilizado para investigar la reactividad superficial de materiales en estado sólido, estudiar la cinética de disolución de cristales iónicos en entornos acuosos, examinar materiales electrocatalíticos, analizar la actividad de enzimas e investigar el transporte dinámico de membranas sintéticas/naturales.
Las capacidades de microfabricación y diseño planar de SECM han permitido avances en la aplicación de reacciones superficiales, especialmente en los procesos de deposición de metales y modelado de superficies.
Perspectivas de futuro
Con el avance de la tecnología, el alcance de aplicación de SECM continúa expandiéndose y su sensibilidad continúa mejorando. Sondas más pequeñas y una mayor resolución espacial significan que los científicos pueden observar fenómenos que antes estaban fuera de su alcance. Detrás de estas tecnologías, no podemos evitar preguntarnos: En el proceso de exploración del mundo microscópico, ¿puede SECM ayudarnos a resolver misterios científicos más profundos?
