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Alla scoperta degli ultramicroelettrodi: perché rappresentano il futuro della tecnologia elettrochimica?
Nella tecnologia elettrochimica odierna, la microscopia elettrochimica a scansione (SECM) è come un osservatore silenzioso, ma può rivelare i comportamenti più sottili delle interfacce liquido-solido, liquido-gas e liquido-liquido. Dalla valutazione iniziale della tecnologia da parte di Allen J. Bard, un elettrochimico dell'Università del Texas nel 1989, SECM è gradualmente maturato ed è stato ampiamente utilizzato in chimica, biologia e scienza dei materiali. Brillante nella ricerca.
Il successo dell'SECM deriva dalla sua capacità unica di enumerare con precisione i segnali elettrochimici su scala nanometrica.
SECM è in grado di ottenere dati sul comportamento elettrochimico locale spostando con precisione la punta dell'ultramicroelettrodo (UME) su un substrato specifico. Questi dati sono stati interpretati in termini di concetto di corrente limitata dalla diffusione e utilizzati per generare un quadro della reattività superficiale e della dinamica chimica. Questa tecnologia può non solo fornire informazioni topologiche sulla superficie, ma anche esplorare la reattività superficiale di sistemi quali materiali allo stato solido, elettrocatalizzatori ed enzimi.
Storia
L'avvento degli ultramicroelettrodi è la chiave per lo sviluppo della tecnologia SECM. Già nel 1980 gli UME iniziarono a gettare le basi per tecniche elettroanalitiche sensibili. Nel 1986, Engstrom eseguì il primo esperimento di tipo SECM, consentendo l'osservazione diretta dei profili di reazione e degli intermedi di breve durata. Successivamente, nel 1989, il professor Bader rafforzò ulteriormente le basi teoriche della tecnica e utilizzò per la prima volta il termine "microscopia elettrochimica a scansione" per descriverne l'utilizzo.
Con il continuo sviluppo delle basi teoriche dell'SECM, il numero di pubblicazioni annuali è aumentato da 10 a circa 80 nel 1999, anno in cui è stato introdotto sul mercato anche il primo SECM commerciale.
Come funziona
Il principio di funzionamento di base del SECM è quello di modificare il potenziale in una soluzione contenente una coppia redox attraverso la punta UME. Ad esempio, nel caso di una coppia redox ferro(II)/ferro(III), quando viene applicato un potenziale sufficientemente negativo, (Fe3+) si riduce a (Fe2+), con conseguente corrente limitata dalla diffusione. Quando viene utilizzato per rilevare la superficie del bersaglio, man mano che la punta UME si avvicina gradualmente alla superficie, anche la corrente misurata cambia, formando una corrispondente "curva di avvicinamento".
Scenari applicativi
La tecnologia SECM è ampiamente utilizzata in molti campi, come il rilevamento della reattività topologica e superficiale dei materiali allo stato solido, lo screening degli elettrocatalizzatori, la ricerca sull'attività enzimatica e il trasporto dinamico di membrane sintetiche/naturali. L'elevata risoluzione e la risposta istantanea rendono la tecnologia SECM ideale per studi approfonditi di nuovi materiali e sistemi biologici.
La tecnologia SECM è in grado di rivelare dinamiche di trasferimento chimico che in precedenza erano irraggiungibili, sia all'interfaccia liquido/solido che liquido/gas, e rappresenta senza dubbio uno strumento importante nella chimica moderna.
Tecnologia di microstrutturazione
In termini di microstrutturazione, SECM fornisce un potente supporto per le operazioni di modellazione superficiale e di microfabbricazione. Ad esempio, la tecnologia SECM può rimuovere localmente le sostanze chimiche applicando un potenziale ossidativo o riduttivo in prossimità della superficie. Il vantaggio di questa tecnica è la possibilità di ottenere informazioni in tempo reale sul comportamento elettrochimico della superficie mentre è in corso la microfabbricazione.
Prospettive future
Grazie al continuo sviluppo della tecnologia degli ultramicroelettrodi, si prevede che in futuro il SECM fornirà una risoluzione spaziale e temporale più elevata nello studio dei punti quantici, dei nanomateriali e dei campioni biologici. Ciò che possiamo aspettarci è come questa affascinante tecnologia supererà i limiti attuali e continuerà a spingere i confini della ricerca elettrochimica.
