분광전기화학

Spectroelectrochemistry
분광 전기 화학을 형성하는 분광 및 전기 화학 기술

분광전기화학(SEC)은 하나의 실험에서 상보적인 화학 정보(전기화학 및 분광학)를 얻는 일련의 다반응 분석 기법이다.분광전기화학은 전극 [1][2][3][4][5]공정에서 발생하는 현상에 대한 전체 비전을 제공합니다.최초의 분광전기화학 실험은 1964년 [6]테오도르 쿠와나 박사가 수행했다.

분광전기화학 실험의 주요 목적은 전극 [1]표면에서 일어나는 반응에 대한 시간 분해 및 현장 전기화학 및 분광 정보를 동시에 얻는 것이다.이 기술의 기초는 전자파 방사선과 이러한 반응에 관여하는 화합물의 상호작용을 연구하는 데 있다.광신호와 전기신호의 변화를 통해 전극 프로세스의 진화를 이해할 수 있습니다.

분광전기화학이 기초가 되는 기술은 다음과 같습니다.

  • 전기 화학 - 전기 에너지와 화학 변화 사이의 상호작용을 연구합니다.이 기술은 전자 전달 과정을 수반하는 반응(리독스 반응)[7]을 분석할 수 있도록 합니다.

분광전기화학은 전자전달 [1][2][3][4][5]과정에 관여하는 시약, 제품 및/또는 중간체의 분자, 열역학 및 운동학적 정보를 제공한다.

분광전기화학기술의 분류

분광기법과 전기화학기법의 조합에 기초한 다양한 분광전기화학기법이 있다.전기화학과 관련하여 가장 일반적으로 사용되는 기술은 다음과 같습니다.

  • Voltametry - 작동 전극 전위의 선형 변화 함수로 전류 변화를 측정합니다.
  • 전위차의 함수로 전류의 변화를 측정하는 펄스 기법으로, 작동 전극에 펄스 전위 함수를 적용합니다.

분광전기화학 기술의 일반적인 분류는 선택한 분광기법에 기초한다.

자외선 가시 흡수 분광 전기 화학

자외선 가시(UV-Vis) 흡수 분광화학은 스펙트럼의 UV-Vis 영역에서 전자파 복사의 흡수를 연구하는 기술로 [10]분자의 전자 수준과 관련된 분자 정보를 제공한다.양적 정보뿐만 아니라 질적 정보도 제공합니다.UV-Vis 분광 전기화학은 화합물과 물질의 특성을 파악하는데 도움을 주며, 농도 및 흡수율 계수, 확산 계수, 형식 전위 또는 전자 전달 속도 [11][12]같은 다양한 매개변수를 결정합니다.

광발광 분광전기화학

포토루미네센스(PL)는 특정 전자기파를 흡수하고 광자의 방출을 통해 낮은 에너지 상태로 이완되는 일부 화합물의 능력과 관련된 현상이다.이 분광전기화학 기술은 형광 또는 발광 특성을 가진 화합물로 제한됩니다.실험은 주변 [1]조명에 의해 강하게 간섭된다.이 기술은 구조 정보와 정량 정보를 검출 한계와 [8]함께 제공합니다.

적외선 분광 전기화학

적외선 분광법은 분자가 진동 구조와 관련된 특징적인 주파수에서 전자파를 흡수한다는 사실에 기초하고 있다.적외선(IR) 분광전기화학은 존재하는 저항, 강성 및 결합 수에 따라 분자를 특성화할 수 있는 기술이다.또한 화합물의 존재 여부, 반응 중의 종의 농도, 화합물의 구조, 화학 결합의 특성 [10]등을 판단한다.

라만 분광전기화학

라만 분광전기화학은 특정 분자에 부딪혔을 때 단색광의 비탄성 산란 또는 라만 산란에 기초해 해당 분자의 진동 에너지에 대한 정보를 제공한다.라만 스펙트럼은 [1]실제 지문과 같은 분자의 구조와 구성에 대한 매우 구체적인 정보를 제공합니다.그것은 단벽 탄소 나노튜브와 [14]그래핀을 연구하는데 널리 사용되어 왔다.

X선 분광 전기 화학

X선 분광전기화학은 전극 공정 중 고에너지 방사선과 물질의 상호작용을 연구하는 기술이다.X선은 흡수, 방출 또는 산란 현상을 일으킬 수 있으며,[8][9][10] 발생하는 현상에 따라 정량적 및 정성적 분석을 수행할 수 있습니다.이 모든 과정은 관련된 원자의 내부 층에서 전자적 전이를 수반합니다.특히 전자전달 반응 중에 일어나는 방사선, 흡수, 방출의 과정을 연구하는 것은 흥미롭다.이 과정에서 원자의 외각과 내각 사이에서 전자의 촉진 또는 이완이 발생할 수 있다.

핵자기공명분광화학

핵자기공명(NMR)은 샘플에서 핵 스핀의 공명 주파수의 화학적 변화로 인해 분자에 대한 물리적, 화학적, 전자적, 구조적 정보를 얻기 위해 사용되는 기술이다.전기화학적 기술과 결합하면 전하 전달 과정 중 용액 내 분자의 기능군, 위상, 역학 및 3차원 구조에 대한 상세하고 정량적인 정보를 제공할 수 있습니다.NMR 피크 아래의 영역은 관련된 턴 수 및 조성을 정량적으로 결정하기 위한 피크 적분 비율과 관련이 있습니다.

전자 상사성 공명 분광 전기 화학

전자상자기공명(EPR)은 화학적 또는 생물학적 시스템에서 생성되는 유리기를 검출할 수 있는 기술입니다.또한 상사성 이온의 대칭성과 전자 분포를 연구한다.이는 자기 파라미터가 각 이온 또는 [15]유리기의 특성이기 때문에 매우 구체적인 기술입니다.이 기술의 물리적 원리는 NMR의 원리와 유사하지만 EPR의 경우 특정 전극 반응에서 흥미로운 핵 대신 전자 스핀이 들뜨게 된다.

다양한 유형의 SEC 측정(흡수, 방출, 라만 산란)이 포함된 스크린 인쇄 전극.그림은 세 개의 전극으로 구성된 시스템을 보여줍니다. 즉, 작동 전극에 해당하는 중앙 디스크, 보조 전극 또는 대향 전극에 해당하는 가장 큰 호가 있는 반원, 그리고 가장 작은 호가 있는 반원, 기준 전극입니다.

장점과 응용 프로그램

연구의 목적과 [12]관심 정보에 따라 서로 다른 스펙트럼 영역에서 여러 전기화학 기법을 사용할 수 있기 때문에 스펙트럼 전기화학의 다양성이 증가하고 있다.

분광 전기 화학 기술의 주요 장점은 다음과 같습니다.

  • 동시 정보는 단일 실험에서 다른 기술로 얻어지며, 선택성과 민감도를 높입니다.
  • 질적 정보와 정량적 정보를 모두 얻을 수 있다.
  • 소량의 샘플로 작업하여 향후 [1]분석을 위해 저장할 수 있습니다.

이 기술은 다용도가 높기 때문에 응용 분야가 상당히 [1][2][3][4][5][16]넓습니다.

  • 신호(전기, 빛 등)에 의해 교란되었을 때 물질의 구조와 특성을 이해할 수 있는 유기물 및 무기물의 특성.
  • 광학 및 전기 응답을 기반으로 동일한 샘플에 대한 두 개의 독립 신호를 제공하고 자체 검증된 결정을 제공할 수 있는 분광 전기 화학 센서의 개발.
  • 촉매에 대한 연구, 전기화학적 특성과 분광학적 특성과 광화학 및 광물리학적 거동 사이의 관계를 얻습니다.
  • 바이오테크놀로지, 생화학, 의학의 다양한 과정과 분자를 연구합니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g Garoz‐Ruiz, Jesus; Perales‐Rondon, Juan Victor; Heras, Aranzazu; Colina, Alvaro (5 April 2019). "Spectroelectrochemical Sensing: Current Trends and Challenges". Electroanalysis. 31 (7): 1254–1278. doi:10.1002/elan.201900075.
  2. ^ a b c Keyes, Tia E.; Forster, Robert J. (2007). Handbook of electrochemistry (1st ed.). Amsterdam, Netherlands: Elsevier. ISBN 9780444519580.
  3. ^ a b c Kaim, Wolfgang; Fiedler, Jan (2009). "Spectroelectrochemistry: the best of two worlds". Chemical Society Reviews. 38 (12): 3373–3382. doi:10.1039/b504286k. PMID 20449056.
  4. ^ a b c Lozeman, Jasper J. A.; Führer, Pascal; Olthuis, Wouter; Odijk, Mathieu (2020). "Spectroelectrochemistry, the future of visualizing electrode processes by hyphenating electrochemistry with spectroscopic techniques". The Analyst. 145 (7): 2482–2509. Bibcode:2020Ana...145.2482L. doi:10.1039/c9an02105a. PMID 31998878.
  5. ^ a b c Zhai, Yanling; Zhu, Zhijun; Zhou, Susan; Zhu, Chengzhou; Dong, Shaojun (2018). "Recent advances in spectroelectrochemistry". Nanoscale. 10 (7): 3089–3111. doi:10.1039/c7nr07803j. PMID 29379916.
  6. ^ Kuwana, Theodore.; Darlington, R. K.; Leedy, D. W. (September 1964). "Electrochemical Studies Using Conducting Glass Indicator Electrodes". Analytical Chemistry. 36 (10): 2023–2025. doi:10.1021/ac60216a003.
  7. ^ Elgrishi, Noémie; Rountree, Kelley J.; McCarthy, Brian D.; Rountree, Eric S.; Eisenhart, Thomas T.; Dempsey, Jillian L. (3 November 2017). "A Practical Beginner's Guide to Cyclic Voltammetry". Journal of Chemical Education. 95 (2): 197–206. doi:10.1021/acs.jchemed.7b00361.
  8. ^ a b c Braun, Robert D. (2006). Introduction to instrumental analysis (5th ed.). New York, United States: W.H. Freeman & Co Ltd. ISBN 978-8188449156.
  9. ^ a b Skoog, Douglas; Holler, James F; Crouch, Stanley (2001). Principios de análisis instrumental (6 ed.). México: CENCAGE Learning. pp. 481–498. ISBN 9788578110796.
  10. ^ a b c Atkins, Peter Jones L. (2010). Chemical Principles: The Quest for Insight (5th ed.). New York, United States: W H Freeman & Co Ltd. ISBN 978-1429209656.
  11. ^ Garoz‐Ruiz, Jesus; Perales‐Rondon, Juan V.; Heras, Aranzazu; Colina, Alvaro (3 May 2019). "Spectroelectrochemistry of Quantum Dots". Israel Journal of Chemistry. 59 (8): 679–694. doi:10.1002/ijch.201900028.
  12. ^ a b Ibañez, David; Garoz-Ruiz, Jesus; Heras, Aranzazu; Colina, Alvaro (28 July 2016). "Simultaneous UV–Visible Absorption and Raman Spectroelectrochemistry". Analytical Chemistry. 88 (16): 8210–8217. doi:10.1021/acs.analchem.6b02008. hdl:10259/4945. PMID 27427898.
  13. ^ Kalbac, Martin; Farhat, Hootan; Kavan, Ladislav; Kong, Jing; Sasaki, Ken-ichi; Saito, Riichiro; Dresselhaus, Mildred S. (2009). "Electrochemical Charging of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes". ACS Nano. 3 (8): 2320–2328. doi:10.1021/nn9004318. ISSN 1936-0851. PMID 19645423.
  14. ^ Kalbac, Martin; Reina-Cecco, Alfonso; Farhat, Hootan; Kong, Jing; Kavan, Ladislav; Dresselhaus, Mildred S. (2010). "The Influence of Strong Electron and Hole Doping on the Raman Intensity of Chemical Vapor-Deposition Graphene". ACS Nano. 4 (10): 6055–6063. doi:10.1021/nn1010914. PMID 20931995.
  15. ^ Brudtvig, Gary W. (1995). "Electron paramagnetic resonance spectroscopy". Methods in Enzymology. 246 (C): 536–554. doi:10.1016/0076-6879(95)46024-1. PMID 7752937.
  16. ^ Mortimer, R.J. (2016). Encyclopedia of spectroscopy and spectrometry (3rd ed.). Elsevier. ISBN 9780128032244.