Nos gustaría agradecer al Dr. Jonathan Newland para la fotografía en la figura 4B y para el procesamiento de imágenes de microscopio óptico para el vídeo, la señorita Jennifer Webb para el asesoramiento y visuales en las mediciones del ángulo de contacto, Srta Sze-yin Tan para la ventana disolvente datos de la Figura 2B , el Dr. Joseph Maxim para el asesoramiento en la espectroscopia Raman, y también miembros de la Warwick Electroquímica y Interfaces de grupo que han ayudado a desarrollar los protocolos descritos en el presente documento. También nos gustaría dar las gracias a José máximo, Lingcong Meng, Zoe Ayres y Roy Meyler por su participación en el rodaje del protocolo.

The authors declare that they have no competing financial interests.

Comenzando con una superficie de O-terminados se abogó porque la superficie H-terminado es electroquímicamente inestable, especialmente a altas potenciales anódicos 7,40,41. Cambio de la terminación de la superficie puede afectar a la cinética de transferencia de electrones de las parejas esfera interior, tales como la electrólisis del agua (usa en este documento para cambiar el pH de la solución local). Además, si el BDD contiene significativa NDC en los límites de grano es también posible que tras la aplicación de la extrema anódica / catódica potenciales preconizadas en la presente artículo para la generación de pH, grabado podría ocurrir en estos puntos débiles. Esto haría que la película se corroa y películas delgadas, con el tiempo delaminate, manifestándose en un perfil inestable generación de pH, como se ha visto con la película delgada de Au y Pt electrodos 17. Por lo tanto se adoptó un protocolo riguroso para evaluar la calidad del electrodo antes de su uso para evaluar el contenido de NDC como se discute en las Figuras 1 (Raman) y 2 (capacitANCE y la ventana de disolvente). También de importancia es el contenido de boro. Si el material se dopa por debajo del umbral metálico (&lt;10 20 B átomos cm -3), que será responsable empobrecido, a potenciales negativos del potencial planos a, resultando en una disminución en el rendimiento electroquímico 7,42. La forma más fácil para evaluar cualitativamente los niveles de dopaje metálico es buscar la presencia de una firma Fano que provoca asimetría en el pico sp 3, en los espectros Raman, tal como se muestra en la Figura 1 (AC). Esto es debido a la interferencia entre el estado de fonones discreto y el continuo electrónico y se observa a niveles de dopaje de boro&gt; 10 20 B 43 átomos cm -3. Espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) en última instancia, cuantifica el contenido de boro, pero es destructivo y más intensivo de usar. Nota como SIMS proporciona contenido total de boro que no tiene en cuenta las posibles reducciones en el número de libremente availablcorreos portadores de carga debido a la compensación o pasivación del boro aceptadores con los donantes adecuados, como el nitrógeno o el hidrógeno 44 45 respectivamente. Electroquímicamente, las diferencias de densidad de dopado pueden ser visualizados por el empleo de una esfera exterior de electrones rápida transferencia redox pareja cuyo formal de potenciales se encuentra dentro del intervalo de banda de O-terminados semiconductor BDD, como Ru (NH 3) 6 3 + / 2 + 46. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 2C, como los niveles de dopaje del aumento electrodo BDD, y el material se mueve a partir de semi-conductor metálico a la corriente aumenta y el pico a pico de separación disminuye a medida que la transferencia de electrones se vuelve más fácil. A niveles dopantes metálicos del electrodo debe mostrar un comportamiento similar a un electrodo clásica donde por un mediador como Ru (NH 3) 6 3+, difusión reversible CV limitados se registran en una macroelectrode en solutio estacionarianorte. Tenga en cuenta, en los niveles de boro dopante ~ 10 19 cerca de comportamiento reversible ha sido registrado, pero sólo para las superficies terminadas-H. Esto es debido a una interesante peculiaridad de esta superficie donde terminan-H hace que los niveles de energía de las bandas de valencia y de conducción en diamante para ser planteadas. Esto significa la transferencia de electrones desde la banda de valencia a H 3 O + es ahora posible, lo que resulta en el dopaje de transferencia de superficie y una conductividad superficial medible. Sin embargo, debido a la inestabilidad electroquímica de la superficie H-terminado, especialmente a altos potenciales anódicos, trabajando con electrodos de menor densidad de dopado terminados-H no es un enfoque viable a largo plazo 7,40,41. La capacidad de modificar el pH local del electrodo de medición tiene muchas aplicaciones diferentes, por ejemplo locales experimentos de titulación pH ahora convertido en posible cuando el pH puede ser modificado de manera sistemática y el impacto en el sistema electroquímico evaluó in situ </em&gt;. Iones metálicos enlazados pueden ser liberados por la disminución de pH que permite el electrodo sensor para evaluar tanto el contenido de metales gratis en el pH natural y el contenido total de metal al disminuir localmente valores muy ácidos, in situ 47-50. Esto es muy útil para las mediciones de origen. Además, las especies se pueden conmutar de no ser electroquímicamente detectable a detectable en virtud de cambiar el pH local, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno disuelto convierte completamente a la forma de sulfuro electroquímicamente detectable a valores de pH&gt; 9 16. En el ejemplo dado, por las geometrías de electrodos empleados , se demostraron cambios de pH más de 4 unidades (de 6,4 a 2,0 y 6,0 a 10,8). Cambios más grandes son posibles mediante el aumento de la corriente galvanostático y el cambio de las geometrías de electrodos. Por ejemplo, la disminución de la separación entre el generador y los electrodos detectores, y reducir el tamaño relativo del detector permitirá a valores de pH menor / mayor que deben alcanzarse. La hazañaure tamaño del electrodo BDD estará limitada por la resolución de la técnica de fabricación empleada. Nota, hay también un límite superior para el tamaño de la corriente capaz de ser pasado para la generación de pH estable. Esto es dictada por la corriente a la que se observa la evolución de gas significativa y formación de burbujas en el electrodo de generación.

Elección de material del electrodo es de gran importancia cuando se realiza cualquier estudio electroanalítica. En los últimos años, sp 3 de carbono (diamante) dopado con boro suficiente para hacer que el material &quot;-metal como&quot; se ha convertido en una opción popular para una amplia gama de aplicaciones electroanalíticas debido a su excelente electroquímica (y térmicas y mecánicas) 1,2 propiedades , 3. Estos incluyen resistencia a la corrosión bajo solución, temperatura y presión condiciones extremas 4 ventanas de disolvente ultra-anchas, corrientes de fondo bajos, y la reducción de ensuciamiento, en comparación con otros materiales de los electrodos usados ​​comúnmente 5-7,3. Sin embargo, el aumento no diamantes carbono (NDC: sp 2) resultados de contenido en una ventana disolvente disminuyendo, aumentando las corrientes de fondo 7,8, cambios en la integridad estructural y la sensibilidad hacia las diferentes especies redox esfera interior, por ejemplo. oxígeno 9-12. Nota para loMe aplicaciones, la presencia NDC es visto como una ventaja 13. Además, si el material no contiene suficiente de boro se comportará como una de tipo p semi-conductor y mostrar sensibilidad reducida a las especies redox en la ventana potencial reductor, donde el material es más agotado de portadores de carga 7. Por último, la química de la superficie de diamante dopado con boro (BDD) también puede desempeñar un papel en la respuesta electroquímica observada. Esto es especialmente cierto para las especies esfera interior que son sensibles a la química de superficie y bajar de diamante dopado donde un hidrógeno (H -) - superficie terminada puede hacer aparecer una BDD electrodo semiconductor &quot;-metal como&quot; 7. Para tomar ventaja de las propiedades superiores de BDD, a menudo es esencial que el material se dopa suficientemente y contiene tan poco como sea posible NDC. Dependiendo del método adoptado para hacer crecer el TDC, las propiedades pueden variar 14,15. Este artículo primero sugiere un material y un elegidoguía de protocolo de caracterización rochemical para evaluar BDD idoneidad electrodo antes de su uso (es decir, el boro suficiente, mínimo NDC) y luego describe una aplicación basada en el cambio de pH localmente electroquímicamente utilizando el electrodo protocolo verificada. Este proceso se aprovecha de la resistencia superficial de NDC libre BDD hacia la corrosión o la disolución en virtud de la aplicación de los potenciales extremas aplicado (o corrientes) durante largos períodos de tiempo. En particular, el uso de un electrodo de BDD para generar protones estable (H +) o hidróxido (OH -) flujos debido a la electrólisis (oxidación o reducción, respectivamente) de agua en las proximidades de un segundo (sensor) 16,17 se describe en el presente documento. De esta manera es posible controlar el entorno de pH del sensor de una manera sistemática, por ejemplo, para experimentos de titulación pH, o para fijar el pH en un valor donde el proceso electroquímico es más sensible. Este último es especialmente útil paraaplicaciones en las que el sensor se coloca en la fuente, por ejemplo, río, lago, el mar y el pH del sistema no es óptimo para la medición electroquímica de interés. Dos ejemplos recientes incluyen: (i) generación de un bajo pH localizado, en una solución de pH neutro, para la electrodeposición y extracción del mercurio 17; en cuenta BDD es un material preferido para la electrodeposición de metales debido a la ventana catódica extendida 9,18,19. (ii) La cuantificación de la forma electroquímicamente detectable de sulfuro de hidrógeno, presente a un pH alto, por aumentar localmente el pH de neutro a fuertemente alcalina 16.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="373">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:117px;">Pt Wire</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;">Counter Electrode</td>
		</tr>
		<tr height="100">
			<td height="100" style="height:100px;width:117px;">Saturated Calomel Electrode</td>
			<td style="width:64px;">IJ Cambria Scientific Ltd.</td>
			<td style="width:75px;">2056</td>
			<td style="width:117px;">Reference Electrode (alternatively use Ag|AgCl)</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">BDD Electrode</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;">Working Electrode</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:117px;">Iridium Tetrachloride</td>
			<td style="width:64px;">VWR International Ltd</td>
			<td style="width:75px;">12184.01</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Hydrogen Peroxide</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">H1009</td>
			<td style="width:117px;">(30% w/w) Corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Oxalic Acid&#160;</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">241172</td>
			<td style="width:117px;">Harmful, Irritant</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:117px;">Anhydrous Potassium Chloride</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">451029</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:117px;">Sulphuric Acid</td>
			<td style="width:64px;">VWR International Ltd</td>
			<td style="width:75px;">102765G</td>
			<td style="width:117px;">(98%) Corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Potassium Nitrate</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">221295</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:117px;">Hexaamine Ruthenium Chloride</td>
			<td style="width:64px;">Strem Chemicals Inc.</td>
			<td style="width:75px;">44-0620</td>
			<td style="width:117px;">Irritant</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Perchloric Acid</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">311421</td>
			<td style="width:117px;">Oxidising, Corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">2-Propanol</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">24137</td>
			<td style="width:117px;">Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Nitric Acid</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">695033</td>
			<td style="width:117px;">Oxidising, Corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Sputter/ Evapourator</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;">With Ti &#38; Au targets</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:117px;">Raman</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;">514.5 nm laser</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:117px;">Annealing Oven</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;">Capable of 400&#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Ag paste</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">735825</td>
			<td style="width:117px;">or other conductive paint</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:117px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:75px;"></td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">pH Buffer solutions</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">38740-38752</td>
			<td style="width:117px;">Fixanal buffer concentrates</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:117px;">Phenolphthalein Indicator</td>
			<td style="width:64px;">VWR International Ltd</td>
			<td style="width:75px;">210893Q</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:117px;">Methyl Red Indicator</td>
			<td style="width:64px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:75px;">32654</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of boron doped diamond electrode quality and application to in situ modification of local ph by water electrolysis

El boro de diamante dopado (BDD) electrodos han mostrado una promesa considerable como un material de electrodo, donde muchas de sus propiedades reportadas como ventana extendida disolvente, las corrientes de fondo bajo, resistencia a la corrosión, etc., surgen de la naturaleza catalíticamente inerte de la superficie. Sin embargo, si durante el proceso de crecimiento, sin diamantes-carbono (NDC) se incorpora en la matriz de electrodos, las propiedades electroquímicas cambiarán a medida que la superficie se vuelve más catalíticamente activo. Como tal, es importante que el electrochemist es consciente de la calidad y propiedades electroquímicas resultante clave del electrodo de BDD antes de su uso. En este trabajo se describe una serie de medidas de caracterización, incluyendo la microscopía Raman, capacitancia, ventana de disolvente y la electroquímica redox, para determinar si el electrodo BDD contiene insignificante NDC es decir insignificante sp 2 de carbono. Una aplicación se pone de relieve que se aprovecha de la catalíticamente inertey la naturaleza resistente a la corrosión de una superficie NDC-libre, es decir, protones locales estable y cuantificable y la producción de hidróxido debido a la electrólisis del agua en un electrodo de BDD. Un enfoque para medir el cambio local de pH inducido por la electrólisis del agua usando óxido de iridio electrodos recubiertos con TDC también se describe en detalle.

Espectros y electroquímicos características Raman fueron obtenidos para representativas electrodos macrodisc BDD con diferentes densidades de dopado, y ambos niveles significativos y insignificantes de NDC, las Figuras 1 y 2. Las Figuras 1A y B muestran datos típicos Raman para NDC que contiene microcristalina película delgada BDD y grano más grande BDD independiente, dopado por encima del umbral metálico, respectivamente. La presencia de NDC es identificable por los picos anchos marcados entre 1400 y 1600 cm -1; no hay tal pico visible en la figura 1C, que muestra la típica firma de Raman-NDC libre, independiente BDD. En los tres espectros en la Figura 1 es posible observar un pico agudo a 1.332 cm -1, este es el pico de la firma del sp 3 de carbono (diamante); asimetría de la línea de base alrededor de este pico se conoce como una &quot;resonancia Fano&quot;Y si está presente indica que la muestra se dopa adecuadamente (10 B 20 átomos cm -3) para su uso en estudios electroquímicos. Este es el caso para los tres electrodos que se muestran aquí. En la Figura 2 los datos de ejemplo para estudios electroquímicos (capacitancia, ventana de disolvente y los CV grabados en el mediador redox Ru (NH3) 6 3+) se presentan tanto para NDC-contener y NDC-libre de BDD, dopada por encima del umbral metálico. Las curvas de capacitancia en la figura 2A indican claramente que NDC contiene BDD exhibe una corriente capacitiva mayor que NDC libre BDD. Las capacidades de cada uno se ha calculado como se describe en el texto y se cotizan en la figura 2A como 10.8 mF cm -2 (NDC contienen) y 6,3 mF cm -2 (NDC gratis) TDC. Alta calidad, bajo NDC-contenido, se espera que los electrodos de BDD tener una capacitancia &lt;&lt; 10 mF cm -2. Del mismo modo, la Figura 2B comparan las ventanas solventes de exemplar NDC contiene y NDC-gratis electrodos TDC. Se puede observar que para un electrodo NDC-que contiene el inicio de H 2 O oxidación y reducción que se ha traído en forma significativa, la reducción de la ventana de disolvente. También hay que resaltar la aparición de picos anódicos debido a la oxidación del NDC y un pico catódico, debido a la ORR que es catalizada en NDC pero no en sp 3 de carbono. Para un electrodo de alta calidad con BDD insignificante NDC se espera que la ventana de disolvente sea &gt;&gt; 3 V en una solución acuosa de KNO 3. En la figura 2C la respuesta CV de electrodos con TDC con una variedad de niveles de dopaje se investigó utilizando el mediador redox Ru (NH 3) 6 3+. Para electrodos con TDC dopados por encima del umbral metálico, se espera que la separación entre la tensión anódica y picos de corriente catódica para estar cerca de 59 mV, de acuerdo con la ecuación de Nernst; However, como el nivel de dopado disminuye el material se agota de portadores de carga que resulta en un aumento en el pico a pico de separación. A macrodisc BDD, recubierto en IrO x, se utilizó para grabar los datos en la Figura 3, mientras que todos los diamantes (BDD aislado en el diamante) 39 electrodos duales y un epoxi sellado BDD electrodo de disco anillo se utilizaron para los experimentos de generación de pH en la figura 4A. Los datos en la Figura 3 ilustra el proceso de deposición y caracterización para un pH IrO sensible x película sobre BDD. En la figura 3A se muestra un CV típica registrada en la solución x deposición de la IRO. El potencial empleado para la posterior deposición IrO x puede ser identificado a partir de la posición del pico de corriente oxidativo, como se ilustra aquí. Figura 3B es una CV ejemplar en ácido sulfúrico de una IRO x electrodepósito de películaed en BDD. La forma de la CV es característico de una película depositada con éxito con la densidad de corriente pico de proporcionar información sobre espesor de la película. Una densidad de corriente más alta indica una película más gruesa. La estabilidad de la película es el espesor dependiente; demasiado delgada y la respuesta pH irá a la deriva, demasiado grueso y el tiempo de respuesta de la película será lenta y la película puede desprenderse. Se ha demostrado un valor para la densidad de corriente de pico ~ 0,7 mA cm -2 para indicar una película estable con una respuesta pH excelente. La respuesta OCP de la capa de IrO x sobre un electrodo de BDD hacia diferentes tampones de pH se muestra en la Figura 3C. La deriva entre las mediciones es pequeño como se evidencia por el tamaño de las barras de error y la pendiente es super-Nernst (&gt; 59 mV) como se esperaba para este tipo de película. Finalmente, la Figura 4 ilustra el uso de un electrodo de pH para la generación de BDD. En la Figura 4A, el pH me cambieelectrodo de BDD asured en una IRO x recubierta se presenta para una gama de corrientes aplicadas a la generación pH BDD electrodo colocado cerca, ya sea en formato de banda de anillo o, como se ilustra en la Figura 4. Para diferentes corrientes aplicadas, el pH se puede cambiar localmente y cuantificable, a partir de un valor inicial (casi neutro) para ya sea ácido o alcalino. Este proceso se puede observar visualmente como se ilustra en la figura 4B, donde se aplica una densidad de corriente adecuada a un electrodo de BDD para cambiar el pH de cerca de neutro a&gt; 10.5. En presencia de fenolftaleína (indicador de pH) esto se traduce en la solución que va desde incoloro a rosa, en las proximidades del electrodo. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53484/53484fig1.jpg" /> Figura 1. Los datos de Raman típicos grabados con un láser de 514 nm en (A) que contiene NDC delgada BDD microcristalina película unida al sustrato de crecimiento (dopdensidad hormiga 1,9 × 10 20 átomos de boro cm -3) y (B, C) ​​de grano más grande autoportante BDD, la densidad media de dopante 1,9 × 10 20 × 10 y 3 20 B átomos cm -3, respectivamente. NDC es evidente en (A) y (B) debido a la presencia de los picos etiquetados NDC entre 1.400 y 1.600 cm -1, (C) contiene insignificante NDC. Los tres electrodos muestran una &quot;resonancia Fano&quot; y por lo tanto están adecuadamente boro dopados para estudios electroquímicos 7. Reproducido en parte de la referencia [4c] con permiso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53484/53484fig2.jpg" /> Figura 2. electroquímico caracterización. Todos los datos representativos en ( <strong&gt; A, B) se grabó en aislante diamante encajonado O terminados en electrodos de BDD dopados por encima del umbral metálico es decir, 10 de 20 B átomos cm -3 39. (A) las curvas de capacitancia para NDC libre BDD donde C = 6.3 mF cm -2 (negro), y para NDC contiene BDD donde C = 10.8 mF cm -2 (rojo). (B) ventanas solventes representativos para NDC libre BDD, ventana de disolvente&gt; 3,95 V (negro) y para NDC contiene BDD, ventana de disolvente = 3,22 V (rojo). (C) CV registran en 1 mM Ru (NH 3) 6 3+ a 0,1 V seg -1 para el vidrio sellada autoportante BDD electrodos macrodisc de diferentes densidades de dopado de boro en el intervalo de 9,2 × 10 16 - 3 × 10 cm 20 átomos de B - 3. Reproducido en parte de la referencia [4c] con permiso. &lt;a href = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig2large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53484/53484fig3.jpg" /> Figura 3. Caracterización de IrO deposición x película sobre BDD y la respuesta de pH. (A) Currículum en IrO x solución antes de la deposición. La corriente máxima de oxidación proporciona un valor para el potencial de deposición, E dep, donde la formación de la película se encuentra para ser más eficiente. Uso de los potenciales&gt; E dep, da como resultado una película depositada inestable. (B) CV Característica de una IRO x película electrodepositada en 0,1 MH 2 SO 4 registrados a 0,1 V s-1; i p, a es típicamente ~ 0,7 mA cm -2. (C) Calibració pH Representanten curva (R 2 = 0,997) para electrodepositada IrO x en una independiente BDD electrodo. La pendiente muestra una respuesta súper Nernstiana (65,4 mV) a pH. Las pequeñas barras de error (n = 3) indican estabilidad de la película y la reproducibilidad en las mediciones. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53484/53484fig4.jpg" /> Figura 4. El uso de un disco independiente anillo de BDD y los electrodos de banda dual para el control de pH situ BDD electrodo de disco anular, diámetro del disco = 0.922 mm, separación = 0.262 mm, y la anchura del anillo = 0.150 mm.; BDD generador de electrodo de banda = 0,460 × 3 mm, detector = 0,09 × 3 mm, y la separación = 0,2 mm. (A) pH medido experimentalmente con respecto al tiempo en los electrodos detectores como functiel de aplicados galvanostáticas actuales (10 a 50 mu en el electrodo de disco y anillo de -0,5 a -8 mu para el electrodo de doble banda). Tenga en cuenta el pH estable generada durante largos períodos de tiempo. Reproducción de modificación de las referencias [9a] y [9b]. (B) la visualización simple de pH en la generación in situ utilizando solución indicadora de fenolftaleína; una corriente de -4.55 -0.58 mu (mA cm -2) se aplicó a un vaso de diámetro 1 mm sellados BDD macroelectrode. El color rosa indica pH≥10.5, solución incolora indica pH≤8.4 38. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53484/53484fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis at JoVE.com

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

Un protocolo se describe para la caracterización de los parámetros electroquímicos clave de un diamante dopado (BDD) electrodo de boro y solicitud ulterior de generación en los experimentos de pH situ.

Evaluación de dopado con boro Diamond Electrodo Calidad y Aplicación a<em&gt; In Situ</em&gt; Modificación del pH local por agua Electrólisis

Boron doped diamond (BDD) electrodes have shown considerable promise as an electrode material where many of their reported properties such as extended ...

assessment-boron-doped-diamond-electrode-quality-application-to-situ

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

14.7K vistas.  University of Warwick.  Un protocolo se describe para la caracterización de los parámetros electroquímicos clave de un diamante dopado (BDD) electrodo de boro y solicitud ulterior de generación en los experimentos de pH situ. 

Video: Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

The development of fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically encoded and synthetic fluorophores with sensing abilities allowed the visualization of biologically relevant species with high spatial and temporal resolution. Synthetic dyes are of particular interest thanks to their high tunability and the wide range of measureable analytes. However, these molecules suffer several limitations related to small molecule behavior (poor solubility, difficulties in targeting, often no ratiometric imaging allowed). In this work we introduce the development of dendrimer-based sensors and present a procedure for pH measurement in vitro, in living cells and in vivo. We choose dendrimers as ideal platform for our sensors for their many desirable properties (monodispersity, tunable properties, multivalency) that made them a widely used scaffold for several biomedical devices. The conjugation of fluorescent pH indicators to the dendrimer scaffold led to an enhancement of their sensing performances. In particular dendrimers exhibit reduced cell leakage, improved intracellular targeting and allow ratiometric measurements. These novel sensors were successfully employed to measure pH in living HeLa cells and in vivo in mouse brain.

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

Fluorescence sensors are powerful tools in life science. Here we describe a methodology to synthesize and use dendrimer-based fluorescent sensors to measure pH in living cells and in vivo. The dendritic scaffold enhances the properties of conjugated fluorescent dyes leading to improved sensing properties.

Síntesis, Entrega y Celular<em&gt; En vivo</em&gt; Aplicación de sensores de pH basadas en dendrímeros

The development of  fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically  encoded and synthetic fluorophores with sensing ...

Investigación

Química

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma sintering techniques. Polycrystalline ceramics possessing a unique morphology can be achieved by optimizing the process parameters, particularly spark plasma sintering heating rate. The phase and morphology of the synthesized ceramics were investigated in detail using X-ray diffraction, scanning electron microcopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the grains of these bulk Pr-doped SrTiO3 ceramics were enhanced with Pr-rich grain boundaries. Electronic and thermal transport properties were also investigated as a function of temperature and doping concentration. Such a microstructure was found to give rise to improved thermoelectric properties. Specifically, it resulted in a significant improvement in carrier mobility and the thermoelectric power factor. Simultaneously, it also led to a marked reduction in the thermal conductivity. As a result, a significant improvement (> 30%) in the thermoelectric figure of merit was achieved for the whole temperature range over all previously reported maximum values for SrTiO3-based ceramics. This synthesis demonstrates the steps for the preparation of bulk polycrystalline ceramics of non-uniformly Pr-doped SrTiO3.

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

Síntesis de dopado-Pr no uniformemente SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Cerámica y sus propiedades termoeléctricas

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The fibronectin protein film was immobilized on the silicon nitride (SiN) membrane that forms the SALVI detection area. During ToF-SIMS analysis, three modes of analysis were conducted including high spatial resolution mass spectrometry, two-dimensional (2D) imaging, and depth profiling. Mass spectra were acquired in both positive and negative modes. Deionized water was also analyzed as a reference sample. Our results show that the fibronectin film in water has more distinct and stronger water cluster peaks compared to water alone. Characteristic peaks of amino acid fragments are also observable in the hydrated protein ToF-SIMS spectra. These results illustrate that protein molecule adsorption on a surface can be studied dynamically using SALVI and ToF-SIMS in the liquid environment for the first time.

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work presents a protocol for liquid handling and sample introduction to a microchannel for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of protein biomolecules in an aqueous solution.

In Situ caracterización de proteínas hidratadas en agua por Salvi y TOF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

In Situ Caracterización de Shewanella oneidensis MR1 Biofilms por SALVI y ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

In Situ Characterization of Boehmite Particles in Water Using Liquid SEM

In situ imaging and elemental analysis of boehmite (AlOOH) particles in water is realized using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and Scanning Electron Microscopy (SEM). This paper describes the method and key steps in integrating the vacuum compatible SAVLI to SEM and obtaining secondary electron (SE) images of particles in liquid in high vacuum. Energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) is used to obtain elemental analysis of particles in liquid and control samples including deionized (DI) water only and an empty channel as well. Synthesized boehmite (AlOOH) particles suspended in liquid are used as a model in the liquid SEM illustration. The results demonstrate that the particles can be imaged in the SE mode with good resolution (i.e., 400 nm). The AlOOH EDX spectrum shows significant signal from the aluminum (Al) when compared with the DI water and the empty channel control. In situ liquid SEM is a powerful technique to study particles in liquid with many exciting applications. This procedure aims to provide technical know-how in order to conduct liquid SEM imaging and EDX analysis using SALVI and to reduce potential pitfalls when using this approach.

In Situ Characterization of Boehmite Particles in Water Using Liquid SEM

We present a procedure for real-time imaging and elemental composition analysis of boehmite particles in deionized water by in situ liquid Scanning Electron Microscopy.

In Situ Caracterización de partículas de bohemita SEM líquido con agua

In situ imaging and elemental analysis of boehmite (AlOOH) particles in water is realized using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Synthesis of Core-shell Lanthanide-doped Upconversion Nanocrystals for Cellular Applications

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical properties, which allow for the absorption of near-infrared (NIR) light and can subsequently convert it into multiplexed emissions that span over a broad range of regions from the UV to the visible to the NIR. This article presents detailed experimental procedures for high-temperature co-precipitation synthesis of core-shell UCNs that incorporate different lanthanide ions into nanocrystals for efficiently converting deep-tissue penetrable NIR excitation (808 nm) into a strong blue emission at 480 nm. By controlling the surface modification with biocompatible polymer (polyacrylic acid, PAA), the as-prepared UCNs acquires great solubility in buffer solutions. The hydrophilic nanocrystals are further functionalized with specific ligands (dibenzyl cyclooctyne, DBCO) for localization on the cell membrane. Upon NIR light (808 nm) irradiation, the upconverted blue emission can effectively activate the light-gated channel protein on the cell membrane and specifically regulate the cation (e.g., Ca2+) influx in the cytoplasm. This protocol provides a feasible methodology for the synthesis of core-shell lanthanide-doped UCNs and subsequent biocompatible surface modification for further cellular applications.

A protocol is presented for the synthesis of core-shell lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) and their cellular applications for channel protein regulation upon near-infrared (NIR) light illumination.

Síntesis de Core-shell dopados con lantánidos Upconversion nanocristales para aplicaciones celulares

Lanthanide-doped upconversion nanocrystals (UCNs) have attracted much attention in recent years based on their promising and controllable optical ...

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity and convenient colorimetric readout. However, high densities of nanoparticles are typically needed for detection. The available synthesis-based enhancement protocols are either limited to gold and silver nanoparticles or rely on precise enzymatic control and optimization. Here, we present a protocol to enhance the colorimetric readout of gold, silver, silica, and iron oxide nanoprobes. It was observed that the colorimetric signal can be improved by up to a 10000-fold factor. The basis for such signal enhancement strategies is the chemical reduction of Au3+ to Au0. There are several chemical reactions that enable the reduction of Au3+ to Au0. In the protocol, Good&#39;s buffers and H2O2 are used and it is possible to favor the deposition of Au0 onto the surface of existing nanoprobes, in detriment of the formation of new gold nanoparticles. The protocol consists of the incubation of the microarray with a solution consisting of chloroauric acid and H2O2 in 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid pH 6 buffer following the nanoprobe-based detection assay. The enhancement solution can be applied to paper and glass-based sensors. Moreover, it can be used in commercially available immunoassays as demonstrated by the application of the method to a commercial allergen microarray. The signal development requires less than 5 min of incubation with the enhancement solution and the readout can be assessed by naked eye or low-end image acquisition devices such as a table-top scanner or a digital camera.

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

In this work, a protocol for signal enhancement of nanoprobe-based biosensing is presented. The protocol is based on the reduction of chloroauric acid onto the surface of existing nanoprobes that consist of gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles.

Mejora de señal rápida Nanoprobe por síntesis de nanopartículas de oro In Situ

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

En el electrodo de referencia Lithiated Situ: Diseño de cuatro electrodos para espectroscopía de impedancia In-operando

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

Fabricación aditiva negativa del complejo en forma de carburos de boro

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...