Measuring Local pKa and pH Using Surface Enhanced Raman Spectroscopy of 4-Mercaptobenzoic Acid

化学 拉曼光谱 脱质子化 质子化 电解质 电化学 分析化学(期刊) 电极 拉曼散射 光谱学 无机化学 离子 物理化学 有机化学 量子力学 光学 物理
作者
Yu Yun Wang,Haotian Shi,Yichen Gong,Boxin Zhang,Bofan Zhao,Ruoxi Li,Stephen B. Cronin
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:39 (47): 16807-16811 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c02073
摘要

We report spectroscopic measurements of the local pH and pKa at an electrode/electrolyte interface using surface enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy of 4-mercaptobenzoic acid (4-MBA). In acidic and basic solutions, the protonated and deprotonated carboxyl functional groups at the electrode surface exist in the solution as -COOH and -COO-, which have different Raman active vibrational features at around 1697 and 1414 cm-1, respectively. In pH neutral water, as the applied electrochemical potential is varied from negative to positive, the acidic form of the 4-MBA (i.e., -COOH) decreases in Raman intensity and the basic form (i.e., -COO-) increases in Raman intensity. The change in local ion concentration is due to the application of electrochemical potentials and the accumulation of ions near the electrode surface. Under various applied potentials, the ratio of 1697 and 1587 cm-1 (pH-independent) peak areas spans the range between 0.7 and 0, and the ratio of the 1414 and 1587 cm-1 peak areas ranges from 0 to 0.3. By fitting these data to a normalized sigmoid function, we obtain the percentage of surface protonation/deprotonation, which can be related to the pKa and pH of the system. Thus, we can measure the local pKa at the electrode surface using the surface enhanced Raman signal of the 4-MBA.
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