Language
Country/Area
No result found
Удивительный мир сканирующей электрохимической микроскопии: раскрытие секретов интерфейса жидкость-твердое тело?
Сканирующая электрохимическая микроскопия (СЭХМ) — это инновационный метод, используемый в широкой категории сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), который позволяет измерять локальное электрохимическое поведение интерфейсов жидкость-твердое тело, жидкость-газ и жидкость-жидкость. Эта технология была впервые предложена и символизирована Алленом Дж. Бардом, электрохимиком из Техасского университета в 1989 году. По мере развития теоретической базы метод ЭХСМ стал широко использоваться в химии, биологии и материаловедении. Измеряя ток в точном месте на кончике ультрамикроэлектрода (UME), можно получить пространственно разрешенные электрохимические сигналы. Интерпретация этих сигналов основана на концепции токов, ограниченных диффузией, что, в свою очередь, дает картину межфазной реакционной способности и химической кинетики.
Технология SECM позволяет исследовать межфазные явления и нашла широкое применение в материаловедении, например, в микроструктурировании и формировании поверхностных структур.
История
Появление ультрамикроэлектродов (УМЭ) стало важным поворотным моментом в развитии чувствительных электроаналитических методов, таких как СЭХМ. В 1986 году Энгстром провел первый эксперимент, подобный SECM, и наблюдал закономерности реакции и короткоживущие промежуточные продукты. Эксперименты Алана Дж. Бейдера также показали, что ток, измеренный на больших расстояниях, не соответствует туннелированию электронов, а вызван фарадеевским током. Это побудило к дальнейшим исследованиям в области электрохимической микроскопии. В 1989 году Бадд предложил теоретическую основу SECM и ввел различные режимы обратной связи.
Как это работает
Основной принцип SECM заключается в модуляции потенциала в растворе, содержащем окислительно-восстановительную пару, с помощью наконечника UME. Например, в системе, транспортирующейFe2+/Fe3+, при приложении достаточно отрицательного потенциала Fe3+ будет восстанавливаться до Fe2+ на кончике UME. , что приводит к диффузионному предельному току. Данная технология имеет два основных режима работы: режим обратной связи и режим сбора-генерации.
Режим обратной связи
В режиме обратной связи, когда наконечник UME находится близко к проводящей подложке, восстановленные продукты, образующиеся на наконечнике, будут окисляться на проводящей поверхности, что приведет к увеличению тока наконечника, образуя положительную обратную связь. Если мишень представляет собой изолирующую поверхность, ток будет уменьшен из-за невозможности регенерации оксидов, образуя отрицательную обратную связь.
Режим сбора-генерации
В режиме сбора-генерации наконечник UME поддерживается при достаточном потенциале для химической реакции, в то время как субстрат находится при подходящем потенциале для сбора или реакции с продуктами, генерируемыми наконечником. Эта модель дает представление о динамике процесса переноса электронов в системе.
Приложения
SECM использовался для исследования поверхностной реакционной способности твердотельных материалов, изучения кинетики растворения ионных кристаллов в водной среде, скрининга электрокаталитических материалов, анализа активности ферментов и исследования динамического транспорта синтетических/природных мембран.
Возможности микрообработки и планарного проектирования SECM позволили добиться прорыва в применении поверхностных реакций, особенно в процессах осаждения металлов и формирования поверхностного рисунка.
Перспективы на будущее
С развитием технологий область применения SECM продолжает расширяться, а ее чувствительность продолжает повышаться. Меньшие размеры зондов и более высокое пространственное разрешение позволяют ученым наблюдать явления, которые ранее были вне досягаемости. За этими технологиями мы не можем не задаться вопросом: может ли SECM помочь нам разгадать более глубокие научные загадки в процессе исследования микроскопического мира?
