金剛石電極優(yōu)點(diǎn)簡介

1、金剛石電極金剛石電極是一種新型的電極，在電化學(xué)傳感器，電催化中具有良好的應(yīng)用前景。他利用摻硼金剛石（boron-doped diamond BDD）薄膜作為電極材料，而摻硼金剛石薄膜特殊的sp3鍵結(jié)構(gòu)及其具有的導(dǎo)電性，賦予了金剛石薄膜電極優(yōu)異的電化學(xué)特性，如寬的電化學(xué)勢(shì)窗、較低的背景電流、較好的物理化學(xué)穩(wěn)定性以及低吸附特性等。1 寬電化學(xué)勢(shì)窗電極的析氧電位與析氫電位的電勢(shì)差值，稱為電極的電勢(shì)窗口(Potential Window)。電化學(xué)電位窗口是衡量一個(gè)電極材料的電催化能力的重要指標(biāo)，電化學(xué)窗口越大，特別是陽極析氧過電位越高，對(duì)于在高電位下發(fā)生的氧化反應(yīng)和合成具有強(qiáng)氧化性的中間體更有利。另外

2、，對(duì)于電分析性能來說，因?yàn)殡姌O上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的同時(shí)，還存在著水電解析出氧氣和氫氣的競爭反應(yīng)，若被研究物質(zhì)的氧化電位小于電極的析氧電位或還原電位大于電極的析氫電位，在電極達(dá)到析氧或者析氫電位前，被研究物質(zhì)在陽極上得以電催化氧化或者還原，可以較好的分析氧化或還原過程。但若氧化或還原過程在電極的電勢(shì)窗口以外發(fā)生，被研究物質(zhì)得到的信息會(huì)受到析氫或析氧的影響，得不到最佳的研究條件甚至根本無法進(jìn)行研究。摻硼金剛石薄膜較寬的電勢(shì)窗口，特別是較高的析氧電位，可以使得研究較高電位下的氧化還原反應(yīng)成為可能，如可以通過分析氧化電位來進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的電分析，研究者已經(jīng)成功將高析氧電位的特點(diǎn)應(yīng)用于電分析，如茶堿，生物

3、胺等，而用常規(guī)玻璃碳，碳纖維電極，由于高氧化電位的限制，其檢測(cè)精度非常低甚至無法進(jìn)行檢測(cè)。此外，由于金剛石薄膜電極較高的析氧電位，可較高效率的產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)如羥基自由基，羥基自由基具有非常高的活性，能對(duì)有機(jī)物進(jìn)行有效“催化焚燒”。下表列出了常用電極的析氧電位，可以看出BDD電極具有最高的析氧過電位。2 低背景電流背景電流與電極表面形成電子雙電層的電容量有關(guān)，金剛石材料電極表面的雙電層為幾個(gè)F/cm2，與GC等電極相比要小2個(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)于金剛石電極材料背景電流小的原因有以下幾種可能：由于摻雜水平的影響，在費(fèi)米能級(jí)附近具有較小的電子密度，因而對(duì)于雙電層充放電的貢獻(xiàn)較??；金剛石在生長過程中產(chǎn)生不同

4、的生長取向，電極的表面由一系列“微電極”組成，這些分散的原子大小的“微電極”使得整體雙電層變??；金剛石表面是sp3結(jié)構(gòu)的碳元素， 表面C-O功能團(tuán)的貢獻(xiàn)對(duì)雙電層電容很小，沒有類似于其它碳電極的法拉第電容。利用金剛石電極的極低背景電流這一特性分析檢測(cè)氧化還原反應(yīng)，可得到大大高于其它常規(guī)電極的信噪比(S/N)，此外，背景電流越小則對(duì)分析檢測(cè)的干擾越小，有利于檢出限的進(jìn)一步降低。3 高化學(xué)穩(wěn)定性金剛石電極與傳統(tǒng)碳電極相比具有很高的穩(wěn)定性，金剛石為穩(wěn)定的sp3 結(jié)構(gòu)，通過對(duì)電極制作條件的控制，可以在非常低的sp2濃度下沉積得到金剛石薄膜，這將導(dǎo)致在電極有非常高的電化學(xué)穩(wěn)定性。Comninellis和他

5、的研究組報(bào)導(dǎo)了使用電流密度為30mA cm-2的條件下對(duì)BDD電極進(jìn)行極化，在硫酸溶液中氧化異丙醇長達(dá)400小時(shí)之久，在電極上沒有發(fā)現(xiàn)侵蝕或失去活性的跡象。在氫氟酸溶液中長時(shí)間的電解，金剛石的表面形貌和電化學(xué)等特性保持基本不變，O(1s)/C(1s)率只有稍微改變，電極具有很高的重現(xiàn)性。4 低吸附特性金剛石對(duì)很多化學(xué)物種具有吸附惰性，這是金剛石電極又一優(yōu)異性能。常規(guī)玻碳電極由于其自身的特性，在伏安實(shí)驗(yàn)中電極表面經(jīng)常會(huì)發(fā)生電極“中毒”污染現(xiàn)象，所以為了保持電極的性能須經(jīng)常對(duì)電極表面進(jìn)行預(yù)處理。Swain和他的研究小組分別研究了在預(yù)處理的碳電極、高定向熱解石墨電極（HOPG）和金剛石電極表面上苯醌的吸附現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)金剛石對(duì)苯醌的吸附性能最低。在一些情況下，雖然檢測(cè)或氧化過程不需要非常高的電位，但可能會(huì)因?yàn)樵谌玢K等的貴金屬電極的表面覆蓋了一層氧化膜而對(duì)分析或氧化產(chǎn)生干擾。對(duì)于排除這種干擾，使用金剛石作為分析電極也是一種較好的選擇。金剛石對(duì)于有些物質(zhì)如苯酚在低電位下可能發(fā)生鈍化現(xiàn)象，但通過提高電位的方法可以很簡便的消除鈍化，