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扫描电化学显微镜

/scanning electrochemical microscopy; SECM/
条目作者邵元华

邵元华

最后更新 2023-05-31
浏览 213
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基于超微电极和扫描隧道显微镜的发展而产生的一种分辨率介于普通光学显微镜与扫描隧道显微镜(STM之间的电化学现场探测技术。

英文名称
scanning electrochemical microscopy; SECM
提出者
A.J.巴德
提出时间
1989
所属学科
化学

1989年,A.J.巴德[注]等首次提出了扫描电化学显微镜这种具有化学敏感性的扫描探针技术。1998年,CHI仪器公司推出了商品化的扫描电化学显微镜,有力地推动了电化学、电分析化学和各种表、界面方面的研究。

常规的扫描电化学显微镜实验装置如图所示。主要是由电化学部分(电解池、探头、基底、各种电极和双恒电位仪)和用于精确控制、操作探头和基底位置的压电驱动器,以及用来控制操作、获取和分析数据的计算机(包括接口)等3部分组成。作为探头的UME被固定在一个爬行器上(通常是z方向xy方向的扫描也由爬行器来控制。这样,可以通过移动爬行器来改变探头电极在基底上的位置。通常,基底固定在电解池的底部,电解池固定在一个很稳定的平台上。通过双恒电位仪可控制探头电极及基底的电位。应用计算机通过一个可编程的位置控制器可以控制xyz爬行器从而可得到基底的三维图像。扫描电化学显微镜常用的工作模式有正、负反馈模式,产生/收集模式,离子转移模式和穿透模式。

扫描电化学显微镜实验装置扫描电化学显微镜实验装置

扫描电化学显微镜主要应用于探讨各种界面上电荷(电子和离子)转移反应的动力学、界面成像和微加工。采用不同的操作模式,可以研究探头与基底上的异相反应动力学及探头和基底之间溶液层中的均相反应动力学,分辨电极表面微区电化学不均匀性。扫描电化学显微镜可给出不同基底(无论导体还是绝缘体)表面的形貌,与其他扫描探针显微镜相比,扫描电化学显微镜成像的优势在于测得的响应信号是基于法拉第响应,具有化学敏感性。探头的半径和探头与基底之间的距离决定了成像的分辨率。通常扫描电化学显微镜的分辨率在微米级,通过优化实验条件,有望达到纳米级。此外,扫描电化学显微镜也已应用于微加工和探讨单细胞等方面的研究。扫描电化学显微镜与其他技术如石英晶体微天平、电化学发光、光谱技术相结合正不断拓展其应用领域。

  • BARD A J.Electroanalytical chemistry:a series of advances(volume 18).New York:Dekker,1993.
  • BARD A J, MIRKIN M V.Scanning Electrochemical Microscopy. 2th ed.Boca Raton:CRC Press,2013.

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