金剛石電極優(yōu)點簡介

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)勢窗電極的析氧電位與析氫電位的電勢差值，稱為電極的電勢窗口(Potential Window)。電化學(xué)電位窗口是衡量一個電極材料的電催化能力的重要指標，電化學(xué)窗口越大，特別是陽極析氧過電位越高，對于在高電位下發(fā)生的氧化反應(yīng)和合成具有強氧化性的中間體更有利。另外

2、，對于電分析性能來說，因為電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的同時，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窗口以外發(fā)生，被研究物質(zhì)得到的信息會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行研究。摻硼金剛石薄膜較寬的電勢窗口，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行有機物質(zhì)的電分析，研究者已經(jīng)成功將高析氧電位的特點應(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，其檢測精度非常低甚至無法進行檢測。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，能對有機物進行有效“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F/cm2，與GC等電極相比要小2個數(shù)量級。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，在費米能級附近具有較小的電子密度，因而對于雙電層充放電的貢獻較小；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?。唤饎偸砻媸莝p3結(jié)構(gòu)的碳元素， 表面C-O功能團的貢獻對雙電層電容很小，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，背景電流越小則對分析檢測的干擾越小，有利于檢出限的進一步降低。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、的研究組報導(dǎo)了使用電流密度為30mA cm-2的條件下對BDD電極進行極化，在硫酸溶液中氧化異丙醇長達400小時之久，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，在伏安實驗中電極表面經(jīng)常會發(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)常對電極表面進行預(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)金剛石對苯醌的吸附性能最低。在一些情況下，雖然檢測或氧化過程不需要非常高的電位，但可能會因為在如鉑等的貴金屬電極的表面覆蓋了一層氧化膜而對分析或氧化產(chǎn)生干擾。對于排除這種干擾，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，