金刚石电极优点简介

1、金刚石电极金刚石电极是一种新型的电极，在电化学传感器，电催化中具有良好的应用前景。他利用掺硼金刚石（boron-doped diamond BDD）薄膜作为电极材料，而掺硼金刚石薄膜特殊的sp3键结构及其具有的导电性，赋予了金刚石薄膜电极优异的电化学特性，如宽的电化学势窗、较低的背景电流、较好的物理化学稳定性以及低吸附特性等。1 宽电化学势窗电极的析氧电位与析氢电位的电势差值，称为电极的电势窗口(Potential Window)。电化学电位窗口是衡量一个电极材料的电催化能力的重要指标，电化学窗口越大，特别是阳极析氧过电位越高，对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外

2、，对于电分析性能来说，因为电极上发生氧化还原反应的同时，还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应，若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电位大于电极的析氢电位，在电极达到析氧或者析氢电位前，被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原，可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生，被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响，得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。掺硼金刚石薄膜较宽的电势窗口，特别是较高的析氧电位，可以使得研究较高电位下的氧化还原反应成为可能，如可以通过分析氧化电位来进行有机物质的电分析，研究者已经成功将高析氧电位的特点应用于电分析，如茶碱，生物

3、胺等，而用常规玻璃碳，碳纤维电极，由于高氧化电位的限制，其检测精度非常低甚至无法进行检测。此外，由于金刚石薄膜电极较高的析氧电位，可较高效率的产生强氧化性物质如羟基自由基，羟基自由基具有非常高的活性，能对有机物进行有效“催化焚烧”。下表列出了常用电极的析氧电位，可以看出BDD电极具有最高的析氧过电位。2 低背景电流背景电流与电极表面形成电子双电层的电容量有关，金刚石材料电极表面的双电层为几个F/cm2，与GC等电极相比要小2个数量级。关于金刚石电极材料背景电流小的原因有以下几种可能：由于掺杂水平的影响，在费米能级附近具有较小的电子密度，因而对于双电层充放电的贡献较小；金刚石在生长过程中产生不同

4、的生长取向，电极的表面由一系列“微电极”组成，这些分散的原子大小的“微电极”使得整体双电层变小；金刚石表面是sp3结构的碳元素， 表面C-O功能团的贡献对双电层电容很小，没有类似于其它碳电极的法拉第电容。利用金刚石电极的极低背景电流这一特性分析检测氧化还原反应，可得到大大高于其它常规电极的信噪比(S/N)，此外，背景电流越小则对分析检测的干扰越小，有利于检出限的进一步降低。3 高化学稳定性金刚石电极与传统碳电极相比具有很高的稳定性，金刚石为稳定的sp3 结构，通过对电极制作条件的控制，可以在非常低的sp2浓度下沉积得到金刚石薄膜，这将导致在电极有非常高的电化学稳定性。Comninellis和他

5、的研究组报导了使用电流密度为30mA cm-2的条件下对BDD电极进行极化，在硫酸溶液中氧化异丙醇长达400小时之久，在电极上没有发现侵蚀或失去活性的迹象。在氢氟酸溶液中长时间的电解，金刚石的表面形貌和电化学等特性保持基本不变，O(1s)/C(1s)率只有稍微改变，电极具有很高的重现性。4 低吸附特性金刚石对很多化学物种具有吸附惰性，这是金刚石电极又一优异性能。常规玻碳电极由于其自身的特性，在伏安实验中电极表面经常会发生电极“中毒”污染现象，所以为了保持电极的性能须经常对电极表面进行预处理。Swain和他的研究小组分别研究了在预处理的碳电极、高定向热解石墨电极（HOPG）和金刚石电极表面上苯醌的吸附现象，发现金刚石对苯醌的吸附性能最低。在一些情况下，虽然检测或氧化过程不需要非常高的电位，但可能会因为在如铂等的贵金属电极的表面覆盖了一层氧化膜而对分析或氧化产生干扰。对于排除这种干扰，使用金刚石作为分析电极也是一种较好的选择。金刚石对于有些物质如苯酚在低电位下可能发生钝化现象，但通过提高电位的方法可以很简便的消除钝化，