Сканирующая электрохимическая микроскопия
-
История и развитие
- Метод SECM был предложен Алленом Дж. Бардом в 1989 году.
- Развитие метода связано с появлением ультрамикроэлектродов (UME) в 1980-х годах.
- SECM дополняет другие методы, такие как SPR, ESTM и АСМ.
-
Принципы работы
- SECM использует ток, ограниченный диффузией, для измерения локального электрохимического поведения поверхностей.
- Ток измеряется на наконечнике UME в зависимости от положения наконечника над подложкой.
- Существуют два основных режима работы: режим обратной связи и режим сбора данных.
-
Режимы работы
- Режим обратной связи: ток увеличивается при приближении к проводящей подложке и уменьшается при приближении к изолирующей подложке.
- Режим сбора данных: ток увеличивается при образовании продукта на наконечнике и уменьшается при его сборе подложкой.
-
Переменный ток (ac)-SECM
- Применяется синусоидальное смещение для измерения полного сопротивления образца.
- Не требует использования окислительно-восстановительного медиатора, что полезно для биологических исследований.
-
Визуализация SECM
- Изменение тока позволяет визуализировать изолирующие и проводящие поверхности.
- Используются режимы постоянной высоты и постоянного расстояния для сканирования поверхности.
-
Приборы и подготовка электродов
- Ранние SECMS создавались из общих компонентов, включая потенциостат и усилитель тока.
- Современные SECMS используют нанотехнологические методы для улучшения пространственного разрешения и скорости массопереноса.
- Электроды изготавливаются из платины, углерода, золота, ртути и серебра.
-
Методы получения наностержней
- Электрополимеризованный фенол и электрофоретическая краска
- Наностержни имеют конусообразную форму
- Наконечники в форме диска получают вытягиванием микропипетками
-
Применение наноразмерных электродов
- Эксперименты с высоким разрешением
- Анализ отдельных молекул
- Определение кинетических и концентрационных параметров
-
Модификация электродов
- Зонды SECM-AFM с плоской металлической проволокой
- Функциональность SECM в стандартных АСМ-зондах
- Электронно-лучевая литография для генерации зондов SECM-AFM
-
Мягкие стилусные зонды
- Нанесение токопроводящих углеродных чернил на микрофабрикат
- Гибкость зонда обеспечивает постоянный контакт с подложкой
-
Микрозондовые датчики
- Используют границу раздела двух несмешивающихся растворов электролитов
- Измеряют процессы переноса электронов и ионов
-
Подводный электрод
- Используется для зондирования поверхностей раздела жидкость/газ и воздух/жидкость
- Электрод имеет форму крючка и может быть перевернут
-
Методы определения характеристик
- Сканирующая электронная микроскопия, циклическая вольтамперометрия, измерение кривой сближения SECM
-
Потенциостат и позиционеры
- Потенциостат смещает и измеряет напряжение
- Позиционирование между наконечником и образцом важно
-
Приложения SECM
- Изучение топографии и реактивности поверхности
- Отслеживание кинетики растворения ионных кристаллов
- Выявление перспектив электрокаталитических исследований
- Определение ферментативной активности
- Исследование динамического переноса через мембраны
-
Микроструктурирование и литография
- Формирование структур самоорганизующихся монослоев
- Осаждение локальных островков золота
- Получение микрокристаллов твердого раствора
-
Ионное растворение
- Исследование кинетики растворения ионных кристаллов
- Мониторинг в широком динамическом диапазоне
- Количественная оценка систем с быстрой кинетикой реакции
-
Исследование с помощью электрокатализа
- Быстрый скрининг каталитических смесей и материалов
- Оценка высокой производительности новых металлических электрокатализаторов
-
Функциональный подход к оценке электрокаталитической активности
- Метод использует флуоресцентные красители для выявления образования протонов
- Не обеспечивает количественную электрохимическую информацию
-
SECM для оценки электрокаталитической активности
- Позволяет получать количественную электрохимическую информацию из многокомпонентных систем
- Высокая производительность скрининга облегчает поиск заменителей платины
-
Биологический анализ с помощью SECM
- Подходит для анализа мембран, окислительно-восстановительных ферментов и биофизических систем
- Используется для мониторинга внутриклеточного переноса заряда
- Исследуются окислительно-восстановительные состояния клеток
-
Транспорт ионов через мембраны
- SECM используется для изучения транспорта окислительно-восстановительных активных веществ через мембраны
- Перенос молекул вызывается накоплением частиц на кончике и образованием градиента концентрации
-
Граница раздела жидкость/газожидкостная среда
- SECM применяется для исследования поверхности раздела между двумя несмешивающимися растворами электролитов
- Окисление или восстановление приводит к диффузии субстрата или ионных частиц
-
Граница раздела жидкости и газа
- SECM используется для исследования переноса химических веществ через границы раздела воздух/жидкость
- Подводный электрод нарушает равновесие диффузии кислорода, вызывая диффузию через монослой
- SECM подходит для кинетических исследований благодаря высокой чувствительности и пространственному зондированию мембран