本技术介绍了一种高效且成本低廉的微米级环-盘电极制备方法。该技术首先通过局部加热和拉伸工艺制造微米级盘电极,随后采用涂覆法在盘电极外壁均匀涂覆预制碳胶,形成微米级环-盘电极。此方法制备的电极具有高收集率,适用于多种电化学应用。
背景技术
双通道电极在电化学领域具有显著优势,如提高信号质量、增强多功能性,可用于探究反应动力学、实现选择性检测,并支持实时监测。这些特性使其在多个应用领域中发挥重要作用,包括环境监测和生物传感器的传感器技术、锂离子电池和燃料电池的电极材料研究、电化学合成中的反应优化、材料腐蚀行为研究以及生物电化学反应的应用。双通道电极在推动电化学研究和产业发展方面展现了广阔的前景。
常见的双通道电极主要有旋转环盘电极(Rotating ring disk electrode,RRDE)、叉指阵列电极(Interdigitated Array Electrodes,IDA)、扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscopy,SECM)电极等。虽然它们在电化学领域都有着十分重要的作用,但却无法同时满足低成本、易制备、收集率较高、信噪比较大、检测灵敏度较高等需求。RRDE具有双通道工作模式,是电化学测量的重要工具之一,它被广泛应用于现代电分析化学、电极过程和均相化学反应的研究中。例如,RRDE被广泛用于氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO2
RR)、金属氧化物降解等研究中。然而RRDE在使用过程中所进行的强制对流会带来较大噪音,电流检测限较高,灵敏度较低。电极尺寸较大,两电极之间的间距较宽,导致该电极的收集率较低。且在使用过程中所需要的强制对流极大增加了检测噪音,降低了测试的信噪比。IDA具有较高的收集率和灵敏度,可被应用于电催化反应微观机制研究、痕量电分析神经递质活动研究、监测酶催化等不同领域。但制备高精度的IDA需要复杂的光刻工艺,成本高昂。SECM基于电化学原理工作,采用双恒电位仪连接探针、基底、对电极与参比电极,根据微小空间区域中物质氧化还原的电化学电流获得相关的反应信息。它可以被应用到固液界面、液液界面或液气界面的电化学反应研究中,SECM采用超微电极作为扫描探针,测量基片表面附近电化学反应产生的原位电流,以高空间分辨率研究局部电化学活性。但其设备成本更加昂贵,使其应用受限。
然而,现有的环-盘电极中盘电极的制备过程中极易出现电极绝缘壁与电极材料之间容易形成间隙,从而导致电极制备失败。现有的环-盘电极中环电极的制备主要依靠化学气相沉积或磁控溅射。该方法虽然可以获得较好的沉积材料与基底的附着,但该方法对仪器设备和操作条件的调控要求较高、工艺流程较为繁琐、耗时较长,尤其是磁控溅射设备的搭建和维护均需要较高的成本;更重要的是,磁控溅射法所获得的环电极厚度较小,该结果会直接影响微米级环-盘电极的电化学性能,降低收集率。
实现思路