الکترود پلاتین

نگهداری الکترودهای پلاتین

در انجام واکنش های الکتروشیمیایی باید به این نکته توجه داشت که عواملی مانند میکرو ساختار سطح، ترکیب شیمیایی و تمیزی سطح الکترودی که واکنش ها بر روی آن انجام می شوند از اهمیت بالایی برخوردار است.

یک واکنش نیم سل در ظاهر بسیار ساده بوده و به صورت زیر نوشته می شود:

 در این واکنش گونه اکسید شده Ox به گونه R احیا می شود.

واکنش حقیقی بسیار پیچیده تر از معادله ای است که در بالا نوشته شده است.

 واکنش الکتروشیمیایی از دید میکروسکوپی:

اجازه دهید تصور کنیم که درون محلول و در سطح الکترود نظاره گر انجام یک واکنش الکتروشیمیایی هستیم. به نظر شما چه چیزهایی میبینیم؟

ایتدا مولکول های حلال را میبینیم که به عنوان مثال اگر حلال ما آب باشد، ملاحظه میکنیم که مولکول ها در سطح الکترود در رفت و آمد هستند. برخی از مولکول ها به سطح الکترود نزدیک شده و برخی از آن دور می شوند اما اکثر مولکول هایی که به الکترود نزدیک می شوند با بک جهت گیری خاص بر روی آن قرار می گیرند.

علاوخ بر مولکول های آب کاتیون ها و آنیون ها نیز در محلول حضور دارند. برخی از این گونه ها در رقابت با مولکول های آب به سطح الکترود نزدیک شده و بر روی آن قرار می گیرند.

تصور کنید که گونه Ox نیز در محلول حضور دارد. گونه Ox در محلول تعداد کمتری داشته و به همین نسبت در اطراف و در سطح الکترود نیز کمتر مشاهده می شود.

هنگامی که یک گونه به سطح الکترود بچسبد به این پدیده جذب سطحی می گوییم و میزان این پدیده با توجه به غلظت گونه در توده محلول توسط ایزوترم جذب سطحی بیان می شود.

اگر با دقت به فاصله ای دورتر از چند لایه مولکول های آب که در اطراف الکترود قرار دارند بنگریم، خواهیم دید که گونه های موجود به صورت تصادفی در حال حرکت هستند.

این حرکت تصادفی همیشه در حال انجام است مگر در زمانی که گونه Ox به دلیل انجام واکنش الکتروشیمیایی مصرف شده و بر اثر پدیده های انتقال جرم گونه های Ox دیگر از توده محلول به سمت سطح الکترود حرکت می کنند تا جایگزین گونه های Ox موجو در سطح شده و گونه R را تولید نمایند.

گونه R نیز به نوبه خود از سطح الکترود به درون توده محلول که غلظت آن در آنجا صفر بوده است، حرکت می کند. این فرآیند یک چرخه دینامیک و پویا می باشد.

اینکه در محلول قرار گرفته در سطح الکترود و لایه های بعدی در مقیاس اتمی چه اتفاقی رخ می دهد کاملا به پتانسیل اعمال شده به الکترود، ترکیب شیمیایی و ساختار سطح الکترود بستگی دارد.

Potential of Zero Charge

در مقادیری از پتانسیل در سطح الکترود هیچ بار خالص + یا – وجود ندارد. در هنگامی که پتانسیل اعمال شده چنین پدیده ای را ایجاد نماید، پتانسیل را پتاسیل بار صفر یا Potential of Zero Charge نامیده و به اختصار با نماد  Epzc  این پتانسیل را نمایش می دهند.

هنگامی که پتانسیل سطح الکترود از Epzc مثبت تر باشد، مولکول های آب از سمت سرهای منفی خود ( اکسیژن ها) به سمت سطح الکترود جهت گیری می کنند. در زمان منفی تر بودن پتانسیل نسبت به Epzc عکس این حالت رخ می دهد.

به طور مشابه در هنگام مثبت شدن سطح الکترود آنیون ها و در هنگام منفی  شدن سطح الکترود کاتیون ها به منظور خنثی کردن بار به سطح الکترود حرکت می نمایند.

مقدار این یون ها با حرکت از سطح الکترود به سمت توده محلول به سرعت کاهش می یابد. لایه ای در نزدیکی سطح الکترود که در حال جبران کردن بار اضافی الکترود می باشد را لایه دوگانه یا Double Layer می نامند.

بار لایه دوگانه در هنگام اعمال پتاسیل های مختلف را می توان از انتگرال گیری از جریان ایجاد شده به دست آورد.

برای بررسی تاثیر ساختار و ترکیب شیمیایی الکترود و نحوه اثر گذاری آن در یک واکنش الکتروشیمیایی به الکترودهای پر کاربرد پلاتین روی می آوریم.

الکترود پلاتین: چگونه ترکیب شیمیایی بر واکنش های الکتروشیمیایی تاثیر می گذارد

پلاتین فلزی نجیب و بسیار پایدار بوده که در برابر خوردگی نیز بسیار مقاوم می باشد. به دلیل همین پایداری بالا مانند طلا در ساخت زیور آلات از آن استفاده می شود.

در هنگام استفاده به عنوان الکترود، می توان از آن برای اکسایش و احیای ترکیبات مختلف استفاده نمود.

از پلاتین می توان در شکل های مختلف مانند دیسک، صفحه، فویل و یا میله در آزمون های الکتروشیمیایی استفاده نمود.

معمولا در مواردی که پلاتین به صورت فویل تولید می شود اندکی رودیوم به آن افزوده شده تا سختی آن افزایش یابد.

در شکل زیر یک ولتاموگرام چرخه ای الکترود پلاتین در محلول سولفوریک اسید ۰٫۵ مولار مشاهده می شود.

معمولا پیک های ابتدایی چنین ساختار منظم و مشهودی از خود نشان نمی دهند بلکه پس از چرخه های متعدد که پیک ها به حالت پایداری می رسند چنین ساختارهایی مشاهده می شود.

در پتانسیل های بین ۰٫۴ تا ۰٫۸ ولت سطح الکترود پلاتین تمیز بوده و جریان ایجاد شده در حال باردار کردن لایه دوگانه می باشد.

هنامی که پتانسیل مثبت تر می شود، جریان ایجاد شده مربوط به جذی سطحی شدن اکسیژن و ایجاد اکسید پلاتین می باشد.

پتانسیلی که با شماره ۲ مشخص شده است، پتانسلی بوده که در آن حلال ( آب) وارد واکنش شده و اکسیژن تولید می گردد.

در هنگام معکوس شدن پویش پتانسیل، جریان کاتدی ایجاد شده مربوط به احیا اکسیدهای پلاتینی که در سطح ایجاد شده بودند، می باشد.

اگر اکسیژن محلول در محیط وجود داشته باشد این گونه هم در این ناحیه پتانسیل به همراه اکسید پلاتین احیا می شود.

با پویش پتانسیل و عبور از لایه دوگانه پیک های مربوط به اتم های جذب سطحی شده H مشاهده می شوند. شکل، اندازه و تعداد این پیک ها به ساختار کریستالی پلاتین استفاده شده مربوط می باشد.

فرآیند تولید هیدروژن در توده محلول نیز در پتانسیلی که با عدد ۱ نمایش داده شده است رخ می دهد.

این فرآیندهای سطحی وابسته به pH می باشند و به ازای هر واحد pH در حدود ۶۰- میلی ولت ولتاموگرم جا به جا می شود.

جریان تجمع یافته در پیک های مرتبط با جذب H، معیار خوبی برای بررسی تمیز بودن سطح پلاتین می باشد. زیرا میزان فرآیند جذب به حضور اتم های پلاتین در سطح بستگی داشته و بررسی این جریان می توان به میزان سطح فعال الکترود نیز پی برد.

تمیز بودن سطح الکترود مسئله مهمی در کار با هر نوع الکترودی می باشد. در این میان پلاتین الکترودی خاص به حساب می آید.

زیرا ناخالصی ها و آلودگی های پلاتین را می توان با پویش کردن متعدد پتانسیل در ناحیه ای که ناخالصی ها در آن اکسید شده و یا در ناحیه ای که در هنگام احیا شدن اکسید پلاتین، ناخالصی ها وارد محلول می شوند، از بین برد.

کاربرد ناحیه لایه دوگانه در الکترود پلاتین

در محدوده لایه دوگانه، فعالیت زیاد سطح پلاتین که ناشی از اوربیتال های پر نشده d ی باشد را می توان به عنوان یک مزیت در تشخیص گونه های موجود در تکنیک های کروماتوگرافی بوسیله روش Pulse Amperometric Detection یا PAD استفاده نمود.

در این روش آنالیت هایی که معمولا الکترو فعال نیستند هنگامی که پتانسیل الکترود پلاتینی در ناحیه لایه دوگانه قرار دارد، بر روی پلاتین جذب سطحی می شوند.

در ادامه پتانسیل به سمت ناحیه اکسید شدن پلاتین پویش شده و در این مرحله جریانی متشکل از جریان اکسایش پلاتین و آنالیت مشاهده می شود.

برای پیدا کردن مقدار آنالیت یک بار این فرآیند بدون حضور آنالین در محلول انجام شده و اختلاف جریان در دو حالت بیانگر میزان آنالیت در محلول می باشد.

در پایان پتانسیل به سمت نواحی جذب سطحی H یا نواحی منفی تر پویش می شود تا تمام ناخالصی ها و گونه های مزاحم از سطح جدا شده و پلاتین از آلودگی ها پاک گردد.

تکنیک PAD مثال خوبی برای استفاده از ویژگی های منحصر به فرد پلاتین بوده و درک نحوه جذب و واجذب گونه ها بر سطح پلاتین می باشد.

فعال سازی سطح الکترود پلاتین

تمیز بودن سطح الکترود در هنگام واکنش الکتروشیمیایی از اهمیت بالایی برخوردار است.

اما تقریبا غیر ممکن است که از آلوده شدن الکترودها جلوگیری به عمل آورد مگر اینکه در محفظه ای ایزوله و تحت خلاء به انجام آزمایش پرداخت که این امر مستلزم صرف هزینه های زیاد و تهیه تجیزات خاصی می باشد.

یک روش کاربردی برای تمیز کردن سطح الکترود پلاتین توسط روش ولتامتری چرخه ای به شرح زیر می باشد:

در این روش الکترود پلاتین را در محلول ۱ مولار سولفوریک اسید قرار داده و پتانسیل را در ناحیه ۰٫۲- تا ۱+ ولت نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl پویش می کنیم.

چرخه های پویش پتانسیل را تا حدی انجام میدخیم که پیک های مربوط به جذب H (پیک های سمت راست شکل بالا) به صورت منظم و تکرار پذیر در هر چرخه تکرار شده و الکترود به تعادل برسد.

در این روش برای دست یابی به بهترین نتیجه باید از آب دیونیزه و بسیار خالص استفاده نمود و همچنین از دمیدن گاز نیتروژن یا آرگون در محلول  برای خارج کردن اکسیژن استفاده شود. جریان گاز در طول زمان آزمایش برای حصول نتیجه بهتر باید برقرار باشد.

در پایان به یاد داشته باشید که در استفاده از الکترودهای جامد، ترکیب شیمیایی و ساختار سطح الکترود در نتیجه واکنش بسیار موثر می باشد.

برای مشاهده الکترودهای تولیدی لطفا اینجا کلیک نمایید.