وبلاگ

الکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی است که به بررسی واکنش­های شیمیایی می­‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می­شوند و یا انجام یافتن آن­ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می­ شود. فنون الکتروشیمیایی تجزیه، تاثیر متقابل شیمی و الکتریسیته، یعنی اندازه ­گیری کمیت­های الکتریکی، مانند جریان، پتانسیل و بار و ارتباط آن­ها با پارامترهای شیمیایی را شامل می­شوند. چنین استفاده­ای از اندازه ­گیری­های الکتریکی برای اهداف تجزیه­ای، گستره­ی وسیعی از کاربردها را به وجود می­آورد که بررسی­های زیست محیطی، کنترل کیفیت صنعتی، یا تجزیه­های زیست پزشکی را در بر می­گیرد. فرایندهای الکتروشیمیایی بر خلاف بسیاری از اندازه ­گیری­های شیمیایی که در درون محلول­های همگن انجام می­گیرند، در حد فاصل الکترود- محلول قرار دارند [1].
الکتروشیمی تجزیه­ای در سال­های اخیر، به عنوان شاخه­ای با دو ویژگی بنیادی و کاربردی از شیمی رشد سریع و چشم­گیری داشته است، این امر از یک سو به ماهیت تلفیق پذیری الکتروشیمی با دیگر علوم و فناوری مانند زیست شناسی، پزشکی و الکترونیک مربوط است و از سوی دیگر ویژگی­های خاص الکتروشیمی در مقایسه با برخی روش­های تجزیه­ای بر کاربرد آن­ها ‌می­افزاید. روش­های الکتروشیمیایی کاربرد زیادی در بررسی فرایندهای انتقال الکترونی بسیاری از مولکول­ها و زیست مولکول­ها و مکانیسم واکنش­های احیا در زمینه ­های مختلف دارند. این روش­ها دارای مزایای زیادی از قبیل حساسیت زیاد، حد تشخیص کم، محدوده خطی وسیع، تشخیص سریع، سادگی روش­ها و دستگاه­های مورد نیاز و کم­هزینه بودن آنالیزها هستند [2].
حسگرها و زیست­حسگرهای الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت زیاد، انتخاب­گری بالا، زمان پاسخ­دهی سریع، قیمت مناسب و قابل حمل بودن بسیار مورد توجه قرار دارند. از طرف دیگر حسگرهای الکتروشیمیایی دارای محدودیت­هایی نیز هستند، که از جمله آن­ها می توان به پایداری کم در مدت زمان­های طولانی، تداخلات با سایر گونه­ ها در نمونه­های حقیقی و همچنین به مشکلات انتقال بار در سطح الکترود در برخی موارد اشاره کرد. اخیرا به کارگیری نانوساختارها تاثیر قابل توجهی در توسعه حسگرهای شیمیایی و زیست­حسگرها و افزایش کاربردهای محیط زیستی، کلینیکی و صنعتی داشته است.
نانومواد با توجه به خواص منحصر به فرد خود دارای طیف گسترده­ای از کاربردها در زمینه انرژی، محیط زیست و فن­آوری­های پزشکی

 هستند که این خواص را در درجه اول اندازه آن، سپس ترکیب و ساختار تعیین می­ کند که به علت این خواص شگفت­انگیز مورد علاقه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته­اند [6-3]. از میان انواع نانوساختارها، اکسیدهای فلزی و نانولوله­های کربنی کاربردهای ویژه ای در الکتروشیمی و الکتروآنالیز گونه­ ها دارند. از طرف دیگر روش ساخت نانوذرات فلزات و اکسیدهای فلزی تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی آن­ها دارند. از میان روش­های متنوع ساخت نانوذرات اکسیدهای فلزی، انباشت الکتروشیمیایی به دلیل سادگی روش، سازگار بودن با محیط و انجام­پذیری در دمای پایین، بسیار مورد توجه بوده است. انباشت الکتروشیمیایی به فرایندی گفته می­ شود که با اعمال پتانسیل مناسب و کنترل سایر عوامل لایه­ای از فلز در سطح الکترود رسوب کرده و منجر به به بهبود خواص آن می­ شود. با اعمال شرایط مناسب، با بهره گرفتن از این روش می­توان نانوساختارهای فلزی را در سطح الکترود سنتز نموده و الکترود را اصلاح کرد [7].

2-1- انواع الكترودهای مورد استفاده در شیمی تجزیه
انواع مختلفی از الكترودها با ساختارهای متفاوت در شیمی  تجزیه كاربرد  دارند كه  می توان آن­ها را از دیدگاه ­های مختلفی مورد بحث و بررسی قرار داد. برای یک الكترود دارا بودن هدایت الكتریكی در یک محدوده پتانسیل  شیمیایی حلال مورد  استفاده و پایداری  فیزیكی و شیمیایی مناسب ازاهمیت خاصی برخوردار است. الكترودها بر اساس حالت فیزیكی به دو دسته تقسیم می شوند:
1-2-1- الکترودهای جامد: که شامل الكترودهای فلزی، الكترودهای نیمه هادی، پلیمرهای هادی و  الكترودهای كربنی است
2-2-1- الکترودهای مایع(Hg ): که شامل الکترود قطره جیوه چکنده و الکترود قطره جیوه آویزان است.
1-1-2-1- الکترودهای فلزی:
در حالی که انتخای گسترده­ای از فلزات نجیب امکان پذیر است اما از مهم­ترین این الکترودها می­توان به طلا، پلاتین، نقره، ایریدیم، تنگستن و آلومینیوم اشاره کرد. این الکترودها عمدتا از یک فلز بی­اثر (نسبت به حلال مورد استفاده) تشکیل شده ­اند، امکان استفاده از این الکترودها شدیدا تابع حلال مورد استفاده و محدوده پتانسیل شیمیایی است. این الکترودها معمولا دارای پتانسیل مازاد کمتری بوده و اکسیداسیون و احیای این ترکیبات الکتروفعال در سطح آن­ها به­راحتی انجام می­گیرد و در پیل­های الکتروشیمیایی معمولا به­عنوان الکترود مخالف به­کار می­روند و استفاده از آن­ها به­عنوان الکترود کار بعد از اصلاح سطح آن­ها امکان پذیر است. اصول حاکم بر رفتار این الکترودها از توزیع انرژی فرمی دیراک و تئوری نوار تعیین می­ شود [3-1].
2-1-2-1- الکترودهای نیمه هادی:
قسمت اصلی این الکترودها یک نیمه هادی می باشد که از تک کریستال آن در مطالعات اسپکتروشیمیایی و از آرایه­های آن­ها در شناسایی همزمان چندین آنالیت استفاده می­ شود. از مهم­ترین نیمه­هادی­ها می­توان به گرافیت، سیلیسیم، ژرمانیم، اکسید قلع و اکسید ایندیم اشاره کرد که معمولا لایه­ی نازکی از آن بر روی یک بستر فلزی نشانده می­ شود [4].
3-1-2-1- پلیمرهای هادی:
این پلیمرها به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) پلیمرهای ذاتا هادی که به­واسطه داشتن الکترون مازاد و یا کمبود الکترون ذاتا دارای هدایت الکتریکی هستند مانند پلی آنیلین یا پلی پیرول.
ب) پلیمرهای هادی عارضی که با افزودن مواد با هدایت الکتریکی بالا مثل پودر نیکل، نقره، مس و یا گرافیت به پلیمرهای دارای هدایت الکتریکی پایین مثل پلی وینیل کربن یا پلی اتیلن تهیه می­شوند. میزان مقاومت این پلیمرها در حدود 108 اهم بر سانتی­متر است که با افزودن این ترکیبات مقاومت آن­ها تا 1-10 –106 اهم بر سانتی­متر پایین می آید. دوده کربن از شایع­ترین پرکننده­هاست که با افزودن آن به این پلیمرها (حداکثر تا میزان 25% وزن پلیمر) هدایت افزایش می­یابد.                                                                                   
در بعضی  از پلیمرهای  آب­کاری شده نیز  به­عنوان الکترود استفاده شده است که در  آن­ها  یک  فلز  نجیب  همانند  طلا یا  پلاتین به­ طریق  شیمیایی  بر روی بستر پلیمری رسوب داده می­ شود.
Electroless plating1