Elektroda modyfikowana chemicznie

Elektroda modyfikowana chemicznie to przewodnik elektryczny , którego powierzchnia została zmodyfikowana pod kątem różnych funkcji elektrochemicznych . Chemicznie modyfikowane elektrody są wytwarzane przy użyciu zaawansowanych podejść do systemów elektrod poprzez dodanie cienkiej warstwy lub warstwy pewnych substancji chemicznych w celu zmiany właściwości przewodnika zgodnie z jego docelową funkcją.

Na zmodyfikowanej elektrodzie substancja utleniająco-redukująca przeprowadza elektrokatalizę , przenosząc elektrony z elektrody na reagent lub podłoże reakcji .

Modyfikowanie powierzchni elektrod jest jednym z najbardziej aktywnych obszarów zainteresowań badawczych w elektrochemii od 1979 roku, zapewniając kontrolę nad interakcją elektrod z otoczeniem.

Opis

Elektrody modyfikowane chemicznie różnią się od innych typów elektrod tym, że mają monowarstwę molekularną lub warstwy o grubości mikrometrów wykonane z określonej substancji chemicznej ( w zależności od funkcji elektrody). Cienka warstwa jest powlekana na powierzchni elektrody. Rezultatem byłaby zmodyfikowana elektroda o specjalnych nowych właściwościach chemicznych pod względem właściwości fizycznych , chemicznych, elektrochemicznych, optycznych, elektrycznych, transportu i innych użytecznych właściwości.

Chemicznie modyfikowane elektrody i ogólnie elektrody w dużym stopniu zależą od transportu elektronów : ogólny termin określający procesy elektrochemiczne, w których ładunek jest transportowany przez warstwy chemiczne do elektrody. Termin „pokrycie” jest używany do wyrażenia powierzchni znormalizowanej w mol/m^2 określonego rodzaju miejsca chemicznego w cienkiej warstwie chemicznej na powierzchni chemicznie zmodyfikowanej elektrody.

Cel opracowania chemicznie modyfikowanych elektrod

Postępy w dziedzinie nauk elektrochemicznych stawały się coraz dokładniejsze, aż naukowcy w tej dziedzinie nie znaleźli zastosowania do gołych powierzchni do kontynuowania badań. Powodem tego jest to, że badania z udziałem elektrod wymagały pewnych właściwości chemicznych i fizycznych, które nie występowały naturalnie w materiałach używanych jako przewodniki elektryczne. Aby wyjść z dylematu, zastosowali modyfikację chemiczną w celu dostosowania użytych materiałów. Atomy, cząsteczki i nanocząsteczki przyczepiają się do powierzchni materiałów, modyfikując ich właściwości elektroniczne i strukturalne, prowadząc do zmiany ich funkcjonalności .

Zastosowania elektrod modyfikowanych chemicznie

Elektrody modyfikowane chemicznie w początkowej fazie były stosowane jedynie w technologiach, do których zostały pierwotnie stworzone ( powierzchnie strojenia do badań elektrochemicznych). Następnie chemicznie modyfikowane elektrody zapewniły potężne możliwości dostrajania wydajności elektrod. Modyfikacja elektrod ułatwiła następujące procesy w elektroanalitycznej :

• Zapewnienie selektywności elektrod
• Odporność na zabrudzenia
• Koncentracja gatunków
• Poprawa właściwości elektrokatalitycznych
• Ograniczanie dostępu zakłóceń w próbkach złożonych

Zapewniał również trasę do innych celów, takich jak:

• Badanie konwersji energii
• Badanie zjawisk wpływających na procesy elektrochemiczne
• Przechowywanie i ochrona przed korozją
• Rozwój elektroniki molekularnej
• Rozwój urządzeń elektrochromowych

Dziedziny badań, w których stosuje się elektrody modyfikowane chemicznie to:

Podstawowe badania elektrochemiczne

Przenoszenie elektronów między elektrodami a elektrolitami .

Elektrostatyka na powierzchniach elektrod

stacjonarnych lub powolnych ładunków elektrycznych.

Transport elektronów w polimerach i transport jonów

Przemieszczanie się elektronów z jednego gatunku lub atomu na inny, ze szczególnym uwzględnieniem polimerów.

Projektowanie układów i urządzeń elektrochemicznych

Tworzenie układów i urządzeń wykorzystujących elektrody modyfikowane chemicznie z zachowaniem wszystkich wymaganych specyfikacji układów lub urządzeń.

Podejścia do chemicznej modyfikacji elektrod

Powierzchnię elektrod można modyfikować w następujący sposób:

(1) Adsorpcja ( Chemisorpcja )

Metoda wykorzystująca ten sam rodzaj sił walencyjnych, co przy tworzeniu związków chemicznych, w której warstewka jest silnie adsorbowana lub chemisorbowana na powierzchni elektrody, dając pokrycie jednowarstwowe. Podejście to obejmuje sprzężone z podłożem samoorganizujące się monowarstwy (SAM), w których cząsteczki są spontanicznie chemisorpowane na powierzchni elektrody, w wyniku czego powstaje mikroskopijna supersieciowa struktura utworzonych na niej warstw.

Rysunek 1. Reprezentacja struktury SAM

(2) Wiązanie kowalencyjne

Metoda wykorzystująca środki chemiczne do utworzenia wiązania kowalencyjnego między jedną lub kilkoma jednocząsteczkowymi warstwami modyfikatora chemicznego a powierzchnią elektrody. Typowe środki stosowane w tej metodzie obejmują organosilany i chlorek cyjanurowy .

(3) Powlekanie filmem polimerowym

Metoda wykorzystująca jedną z poniższych metod do utrzymywania przewodzących i nieprzewodzących elektronów filmów polimerowych na powierzchni elektrody:

• Chemisorpcja i mała rozpuszczalność w roztworze kontaktowym
• Fizyczne zakotwiczenie w porowatej elektrodzie

Ta metoda obejmuje usuwanie substancji chemicznych (podłoża) z samoorganizujących się monowarstw, aby umożliwić adsorpcję cząsteczek na powierzchni elektrody niezależnie od pierwotnej struktury podłoża. Folie polimerowe mogą być organiczne , metaloorganiczne lub nieorganiczne i mogą zawierać modyfikator chemiczny lub substancję chemiczną dodaną do polimeru w drugim procesie.

(4) Kompozyt

Metoda polegająca na zmieszaniu chemicznego modyfikatora z materiałem matrycy elektrody. Przykładem tej metody jest zmieszanie mediatora przenoszenia elektronów (modyfikatora chemicznego) z cząstkami węgla w elektrodzie z pasty węglowej (matrycy elektrody).

Pasta węglowa, pasta z węgla szklistego, elektrody z węgla szklistego itp. po modyfikacji są określane jako elektrody modyfikowane chemicznie. Chemicznie modyfikowane elektrody zostały wykorzystane do analizy związków organicznych i nieorganicznych.