Наноэлектрохимия - Nanoelectrochemistry

Наноэлектрохимия это филиал электрохимия который исследует электрические и электрохимические свойства материалов на нанометр размерный режим. Наноэлектрохимия играет важную роль в производстве различных датчики и устройства для обнаружения молекул при очень низких концентрациях.

Механизм

Два механизма переноса являются фундаментальными для наноэлектрохимии: перенос электронов и общественный транспорт. Формулировка теоретических моделей позволяет понять роль различных частиц, участвующих в электрохимических реакциях.

Перенос электронов между реагентом и наноэлектродом можно объяснить комбинацией различных теорий, основанных на Теория Маркуса.

На массоперенос, то есть диффузию молекул реагента из объема электролита к наноэлектроду, влияет образование двойного электрического слоя на границе раздела электрод / электролит. На наномасштабе необходимо теоретизировать динамический двойной электрический слой, который учитывает перекрытие слоя Штерна и диффузный слой.[1]

Знание задействованных механизмов позволяет строить вычислительные модели, сочетающие теория функционала плотности с теориями переноса электрона и двойным динамическим электрическим слоем.[2]В области молекулярного моделирования точные модели могут предсказать поведение системы при смене реагентов, электролита или электрода.

Эффект интерфейса

Роль поверхности сильно зависит от реакции: на самом деле, один сайт может катализировать одни реакции и ингибировать другие.
Согласно с Модель TSK, поверхностные атомы в нанокристаллах могут занимать позиции террасы, ступеньки или излома: каждая позиция имеет различную тенденцию адсорбировать реагенты и позволять им перемещаться по поверхности. Как правило, участки с более низким координационным числом (ступеньки и изгибы) более реактивны из-за их высокой свободной энергии. Однако высокоэнергетические центры менее термодинамически стабильны, и нанокристаллы имеют тенденцию превращаться в свои равновесная форма.

Благодаря прогрессу в синтезе наночастиц теперь возможно использовать монокристаллический подход к науке о поверхности, что позволяет более точно исследовать влияние данной поверхности. Были проведены исследования наноэлектродов, подвергающих плоскость (100), (110) или (111) воздействию раствора, содержащего реагенты, с целью определения влияния поверхности на скорость реакции и селективность наиболее распространенных электрохимических реакций.[3]

Наноэлектроды

Наноэлектроды крошечные электроды сделано из металлы или полупроводниковые материалы с типичными размерами 1-100 нм. Различные формы наноэлектродов были разработаны с использованием преимуществ различных возможных технологий изготовления: среди наиболее изученных - нанополосная, дисковая, полусферическая, нанопорная геометрии, а также различные формы углеродных наноструктур.[4]

Каждый производимый электрод необходимо охарактеризовать: размер и форма определяют его поведение. Наиболее часто используемые методы характеризации: [4][5]

В основном наноэлектроды отличаются от электродов двумя свойствами: Постоянная RC и более быстрый массообмен. Первый позволяет проводить измерения в растворах с высоким сопротивлением, поскольку они предлагают меньшее сопротивление, а второй, благодаря радиальной диффузии, позволяет намного быстрее реагировать на вольтамперометрии. Благодаря этим и другим свойствам наноэлектроды используются в различных областях:[1][4]

  • Изучение кинетики быстрых реакций
  • Электрохимические реакции
  • Изучение небольших объемов, таких как клетки или отдельные молекулы
  • В качестве зондов для получения изображений высокого разрешения с помощью сканирующей электрохимической микроскопии (SECM)

использованная литература

  1. ^ а б Миркин, М.В .; Амемия, С. (2015). Наноэлектрохимия. CRC Press. Дои:10.1201 / b18066. ISBN  9780429096877.
  2. ^ Tu, Y .; Deng, D .; Бао, X. (2020). «Наноуглероды и их гибриды как катализаторы для неводных литий-кислородных батарей». Журнал Энергетической Химии. 25 (6): 957–966. Дои:10.1016 / j.jechem.2016.10.012.
  3. ^ Копер, M.T.M. (2011). «Структурная чувствительность и наноразмерные эффекты в электрокатализе». Наномасштаб. Королевское химическое общество. 3 (5): 2054–2073. Bibcode:2011Nanos ... 3.2054K. Дои:10.1039 / c0nr00857e. PMID  21399781.
  4. ^ а б c Clausmeyer, J .; Шухманн, В. (2016). «Наноэлектроды: применение в электрокатализе, анализе отдельных ячеек и электрохимической визуализации высокого разрешения». Тенденции TrAC в аналитической химии. 79: 46–59. Дои:10.1016 / j.trac.2016.01.018.
  5. ^ Cox, J.T .; Чжан, Бо (2012). «Наноэлектроды: последние достижения и новые направления». Ежегодный обзор аналитической химии. 5: 253–272. Bibcode:2012ARAC .... 5..253C. Дои:10.1146 / annurev-anchem-062011-143124. PMID  22524228.

внешние ссылки