确定饮用水中铅薄膜掺硼金刚石电极

一组研究人员最近在《华尔街日报》发表了一篇论文欧洲杯足球竞彩,展示了使用的可行性(BDD)掺硼金刚石薄膜电极来检测微量铅^{2 +})的饮用水。

研究:制造的电影掺硼金刚石电极检测饮用水中微量铅含量。图片来源:金布里顿/ Shutterstock.com

背景

来自不同来源的重金属污染物排放,如农业和工业来源,进入自然水体大大导致了水污染和水的质量严重恶化,特别是饮用水。

在这些污染物中,铅^{2 +}是最有害的重金属污染物毒性很强,难以降解,容易积累在人体内。饮用水中,过度的铅^{2 +}内容可以影响人体的不可逆损害神经系统,生殖系统和内部器官。

铅也越来越关注^{2 +}饮用水中污染物增加了开发可靠的重要性分析技术监测水质,确保饮用水的安全。

BDD电极的结构。(一)数码照片;(b)拉曼光谱;(c, d)SEM图像两倍的放大。图片来源:吴、L et al .,材料欧洲杯足球竞彩

原子吸收光谱法、流动注射分析、液相色谱通常用于检测微量铅^{2 +}在水里。然而,这些分析方法都是昂贵的和极其复杂的,有限的水质监测他们的应用程序。

电化学分析技术,包括微分脉冲伏安法、方波溶出伏安法,适用于铅^{2 +}信号检测由于其快速响应和高灵敏度。

电化学检测器,检测电极的主要组件,它决定了检测器的分析能力。目前,金属薄膜电极,如金、锑薄膜电极,和汞膜电极通常用作检测电极。

然而,这些电极寿命短,稳定性差,需要发展新的电极材料。欧洲杯足球竞彩BDD,新型碳材料,可以用作检测电极,因为它具有半导体的功能性能和良好的化学和物理性质的钻石。

具体来说,良好的电化学性能,如高电势窗口,背景电流低,优异的化学稳定性和高硬度的bdd使其适合应用程序的高级氧化技术。因此,BDD-based电极对重金属分析可用于实现高可靠性和稳定水质监测。

然而,尚未进行充分研究使用BDD电极检测Pb的电影^{2 +}在饮用水。

这项研究

在这项研究中,研究者合成电影BDD电极来检测微量铅^{2 +}在水里。之后,研究人员系统地调查了电化学和显微结构的行为和Pb^{2 +}合成电影BDD电极的检测能力来评估这些电极监测重金属的可行性。

灯丝化学气相沉积(HFCVD)真空系统采用准备BDD电极的电影。多孔钛金属部分是利用BDD电极基板。最初,衬底清洗,放置在一个钻石种子溶液含有金刚石和乙醇为播种治疗10分钟。然后,基质干,转移到一个HFCVD室沉积。

随后,diboron三氧化溶解在乙醇作为掺杂硼源和带进HFCVD室使用氢气。氢和甲烷用作蚀刻气体和碳源,分别和氢:甲烷比设置为10:1000 sccm 30分钟在成核阶段。在成长阶段,氢气流量调整,以乙醇+三氧化二氢+ diboron:氢= 25:50:1000 sccm 7.5 h。

层的厚度是影响沉积时间和沉积速率的乘积。碳/氢(C / H)比,硼/碳(B / C)比值,沉积压力,和沉积在沉积过程中温度是2.4%,6000 ppm,三个KPa, 700^oC,分别。

扫描电子显微镜(SEM)被用来评估电极微观形态学,而电化学工作站是用来进行电化学测试。拉曼共焦显微镜来检测绑定的电极结构。

在电化学测量,10×10毫米²BDD电影被利用为工作电极,饱和丙三电极和铂表是用作参比电极和对电极,分别。

研究人员还进行了循环伏安法(CV)测试评估检测电极电位窗口、反应动力学,背景电流和电化学阻抗谱(EIS)观察电化学反应过程在10⁻²-10年⁵赫兹频率范围。此外,方波溶出伏安法检测Pb (SWASV)执行^{2 +}在水里。

浓缩时间和扫描频率对信号的影响BDD电极的响应。(一)Pb溶解峰值电流的值BDD电极^{2 +}在四个浓缩时间;(b)Pb溶解峰值电流的值BDD电极^{2 +}在四个扫描频率。图片来源:吴、L et al .,材料欧洲杯足球竞彩

观察

BDD薄膜电极制备成功用HFCVD过程。没有肉眼可见的缺陷,如开裂和剥落,观察电极表面。拉曼光谱证实成功的硼掺杂金刚石晶格的BDD的电影。钻石颗粒排列BDD电极表面出现阶段质量很高。

BDD电影主要含有硼和钻石阶段,适合扩大潜在的窗口,减少电极噪声。此外,非晶碳阶段在BDD电影接口是有效作为导电介质促进电子信号传输。

广泛的潜在的窗口显示的BDD电极2.2 V,有效地促进了Pb^{2 +}解散分析电极。此外,电极具有电化学活性面积4.38厘米²并显示极低的背景电流,提高了信号比和灵敏度和抑制BDD电极的电极噪声。

此外,6.54ω的低电荷转移电阻的电极保证电化学反应能顺利进展,导致信号响应的改善。这些因素共同促进了Pb^{2 +}剥离反应过程。

在微量铅^{2 +}检测测试,扫描频率和浓缩时间进行优化来获得一个更好的信号响应。扫描频率为50 Hz,浓缩时间150年代被选为优化溶解参数敏感性实验检测和抗干扰能力。

检测性能的BDD Pb^{2 +}。(一)五Pb的溶解曲线^{2 +}浓度;(b)Pb之间的线性拟合曲线^{2 +}浓度和溶解峰值电流;(c)溶解前后的峰值电流的干扰离子。图片来源:吴、L et al .,材料欧洲杯足球竞彩

合成电极表现出一个优秀的铅^{2 +}1.45 LµAµg的选择性⁻¹厘米⁻²在Pb^{2 +}5 - 30磅的浓度范围,低铅^{2 +}检出限的十亿分之2.62,和良好的抗干扰能力。总的来说,BDD电极演示了一种改进的检测性能和良好的电化学行为。

总而言之,这项研究的结果显示了使用BDD电极膜的可行性实现可靠和稳定的跟踪监测Pb^{2 +}在饮用水。

源

吴,L。刘,X。Yu, X。,等。制造的电影掺硼金刚石电极检测饮用水中微量铅含量。欧洲杯足球竞彩材料,2022年。https://www.mdpi.com/1996-1944/15/17/6013

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