Influence of Geometry on Thin Layer and Diffusion Processes at Carbon Electrodes

电极 扩散 循环伏安法 薄膜 扩散层 材料科学 碳纳米管 图层(电子) 电化学 分析化学(期刊) 化学 纳米技术 物理化学 有机化学 热力学 物理
作者
Qun Cao,Zijun Shao,Dale K. Hensley,Nickolay V. Lavrik,B. Jill Venton
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (8): 2667-2676 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.0c03315
摘要

The geometric structure of carbon electrodes affects their electrochemical behavior, and large-scale surface roughness leads to thin layer electrochemistry when analyte is trapped in pores. However, the current response is always a mixture of both thin layer and diffusion processes. Here, we systematically explore the effects of thin layer electrochemistry and diffusion at carbon fiber (CF), carbon nanospike (CNS), and carbon nanotube yarn (CNTY) electrodes. The cyclic voltammetry (CV) response to the surface-insensitive redox couple Ru(NH3)63+/2+ is tested, so the geometric structure is the only factor. At CFs, the reaction is diffusion-controlled because the surface is smooth. CNTY electrodes have gaps between nanotubes that are about 10 μm deep, comparable with the diffusion layer thickness. CNTY electrodes show clear thin layer behavior due to trapping effects, with more symmetrical peaks and ΔEp closer to zero. CNS electrodes have submicrometer scale roughness, so their CV shape is mostly due to diffusion, not thin layer effects. However, even the 10% contribution of thin layer behavior reduces the peak separation by 30 mV, indicating ΔEp is influenced not only by electron transfer kinetics but also by surface geometry. A new simulation model is developed to quantitate the thin layer and diffusion contributions that explains the CV shape and peak separation for CNS and CNTY electrodes, providing insight on the impact of scan rate and surface structure size. Thus, this study provides key understanding of thin layer and diffusion processes at different surface structures and will enable rational design of electrodes with thin layer electrochemistry.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
坚强的阳光菇完成签到 ,获得积分10
刚刚
jun完成签到,获得积分10
刚刚
香蕉灵槐完成签到,获得积分10
1秒前
GFR发布了新的文献求助10
2秒前
yyyyy驳回了seven应助
4秒前
yy发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
车厘子完成签到 ,获得积分10
6秒前
小喵不上课完成签到 ,获得积分10
8秒前
XYY完成签到,获得积分10
8秒前
英雷完成签到,获得积分10
9秒前
David完成签到 ,获得积分10
9秒前
jun发布了新的文献求助10
10秒前
zkyyinf_zero完成签到,获得积分10
12秒前
科研通AI6.2应助刘娟采纳,获得10
12秒前
13秒前
八九完成签到,获得积分10
14秒前
莫封叶完成签到,获得积分10
15秒前
YM完成签到,获得积分10
15秒前
Dr大壮完成签到,获得积分10
15秒前
王富贵完成签到,获得积分10
16秒前
xiaorui完成签到,获得积分10
17秒前
莫飞完成签到,获得积分10
17秒前
hhy完成签到,获得积分10
17秒前
wangliang0329完成签到,获得积分10
18秒前
聂先生完成签到,获得积分10
18秒前
仁爱的从雪完成签到,获得积分10
18秒前
我是sorry啊完成签到,获得积分10
18秒前
wyz完成签到 ,获得积分10
19秒前
19秒前
yuncong323完成签到,获得积分10
20秒前
wik完成签到 ,获得积分10
20秒前
一个美女完成签到,获得积分10
21秒前
tangtang完成签到 ,获得积分10
21秒前
愉快书琴完成签到,获得积分10
22秒前
23秒前
24秒前
缥缈的觅风完成签到 ,获得积分10
24秒前
不吃香菜完成签到,获得积分10
24秒前
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 生物化学 化学工程 物理 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6021996
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7638125
关于积分的说明 16167407
捐赠科研通 5169926
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2766616
邀请新用户注册赠送积分活动 1749705
关于科研通互助平台的介绍 1636716