Language
Country/Area
No result found
Изучение ультрамикроэлектродов: почему за ними будущее электрохимии?
В современной электрохимической технологии сканирующая электрохимическая микроскопия (СЭХМ) подобна молчаливому наблюдателю, но она может выявить тонкие особенности поведения поверхностей раздела жидкость-твердое тело, жидкость-газ и жидкость-жидкость. С момента первоначальной оценки технологии Алленом Дж. Бардом, электрохимиком из Техасского университета в 1989 году, SECM постепенно совершенствовалась и широко применялась в химии, биологии и материаловедении. Блестящая в исследованиях.
Успех SECM обусловлен его уникальной способностью точно подсчитывать электрохимические сигналы в наномасштабе.
SECM позволяет получать данные о локальном электрохимическом поведении путем точного перемещения кончика ультрамикроэлектрода (UME) по определенной подложке. Эти данные были интерпретированы с точки зрения концепции тока, ограниченного диффузией, и использованы для создания картины поверхностной реакционной способности и химической динамики. Эта технология может не только предоставить топологическую информацию о поверхности, но и исследовать поверхностную реакционную способность таких систем, как твердотельные материалы, электрокатализаторы и ферменты.
История
Появление ультрамикроэлектродов является ключом к развитию технологии СЭХМ. Еще в 1980 году UME начали закладывать основу для чувствительных электроаналитических методов. В 1986 году Энгстром провел первый эксперимент, подобный SECM, что позволило напрямую наблюдать профили реакций и короткоживущие промежуточные продукты. Впоследствии, в 1989 году, профессор Бадер еще больше укрепил теоретическую основу метода и впервые использовал термин «сканирующая электрохимическая микроскопия» для описания его применения.
Поскольку теоретическая основа SECM продолжала развиваться, количество ежегодных публикаций увеличилось с 10 до примерно 80 в 1999 году, что также ознаменовалось появлением на рынке первой коммерческой SECM.
Как это работает
Основной принцип работы SECM заключается в изменении потенциала в растворе, содержащем окислительно-восстановительную пару, с помощью наконечника UME. Например, в случае окислительно-восстановительной пары железо(II)/железо(III) при приложении достаточно отрицательного потенциала (Fe3+) восстанавливается до (Fe2+), что приводит к возникновению тока, ограниченного диффузией. При использовании для обнаружения целевой поверхности, по мере того как наконечник UME постепенно приближается к поверхности, измеряемый ток также изменяется, образуя соответствующую «кривую приближения».
Сценарии применения
SECM широко используется во многих областях, таких как определение топологической и поверхностной реакционной способности твердотельных материалов, скрининг электрокатализаторов, исследование активности ферментов и динамический транспорт синтетических/природных мембран. Высокое разрешение и мгновенный отклик делают технологию SECM идеальной для глубоких исследований новых материалов и биологических систем.
Технология SECM позволяет обнаружить динамику химического переноса, которая ранее была недостижима, будь то на границе раздела жидкость/твердое тело или жидкость/газ, и, несомненно, является важным инструментом в современной химии.
Технология микроструктурирования
С точки зрения микроструктурирования SECM обеспечивает мощную поддержку операций по формированию поверхностных структур и микрообработке. Например, метод СЭХМ позволяет локально удалять химические вещества, прикладывая окислительный или восстановительный потенциал в непосредственной близости от поверхности. Преимуществом этого метода является возможность получения информации об электрохимическом поведении поверхности в режиме реального времени в процессе микрообработки.
Перспективы на будущее
Ожидается, что благодаря постоянному развитию технологии ультрамикроэлектродов в будущем SECM обеспечит более высокое пространственное и временное разрешение при изучении квантовых точек, наноматериалов и биологических образцов. Чего мы можем ожидать, так это того, как эта захватывающая технология преодолеет существующие ограничения и продолжит расширять границы электрохимических исследований?
