ITO导电玻璃作为电极的循环伏安曲线
氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃已广泛地用于液晶显示器(LCD)、太阳能电池、光电子以及各种光学领域. 近年来,具有良好的导电性、较宽的电位窗口、很好的透光性的ITO导电玻璃作为电极也开始广泛应用于电化学活性物质的研究. 基于Au纳米粒子(AuNPs)独特的物理化学性质, 其已广泛地应用于催化剂、传感器等很多领域. AuNPs修饰的ITO导电玻璃作为电极, 可以用来检测物质的电化学性质. 例如, Dai等直接用电沉积的方法在ITO导电玻璃表面修饰AuNPs, 并将其用于分析检测As(III).
苏州大学狄俊伟课题组用循环伏安法在ITO玻璃表面修饰AuNPs, 并应用于废水中亚硝酸根的检测、光折射率传感器、电化学生物传感器等方面. 另外, 还有Chen和高敏侠等通过单分子层自组装(SAMs)的方法, 在修饰了氨基硅烷的ITO导电玻璃表面自组装一层Au纳米粒子, 分别用于电化学发光和表面增强拉曼光谱(SERS)的基底. 所以, 沉积了Au的ITO电极具有较广泛的应用.
电沉积在ITO表面的Au在大小、形貌等方面会有所不同, 这与溶液组成、沉积电位以及ITO表面粗糙度等有关. 因此, 研究Au在ITO表面沉积的机理, 可在一定程度上控制Au在ITO表面沉积的尺寸和形貌. 金属电沉积的机理包括了二维成核或三维成核以及连续成核或瞬时成核,并且成核机理是由生长界面的结构所决定的, 依生长界面的结构而异.所以, 金属电沉积的机理不仅与沉积的金属种类有关, 也与基底类型及沉积电位有关.
通过研究循环伏安曲线, 可以判断电沉积过程中涉及的化学反应, 对把握成核机理有辅助的意义.Huang等认为Au在ITO表面的电沉积过程是由[AuCl4]-经过一步反应直接被还原为Au. Oyama和吴辉煌等研究表明室温离子液体中, Au在玻碳电极表面的沉积经历[AuCl4]-→[AuCl2]-→Au两步反应. 发现在仅包含HAuCl4和KCl的简单水溶液体系中, Au在ITO表面的电沉积过程也经历相同的两步过程, 受歧化作用的影响, 在扫描速率较小的情况下表现为只经历一步反应.
福州大学化学化工学院汤儆等人用循环伏安和电位阶跃法研究Au在氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃表面的电沉积过程的初期阶段. 发现在ITO表面Au的电沉积经历成核过程以及受[AuCl4]-扩散控制的晶核生长过程. 通过改变扫描速率分析循环伏安曲线的变化, 当扫描速率较快时, 发现Au在ITO表面的沉积过程经历[AuCl4]-→[AuCl2]-→Au两步进行; 当扫描速率较慢时, 受歧化反应作用影响而只表现为一步沉积[AuCl4]-→Au.通过电位阶跃实验, 验证了Au的两步沉积过程, 并求得[AuCl4]-的扩散系数为1.3×10-5cm2·s-1. 将成核曲线与理论曲线对照, 得出Au在ITO表面的沉积符合瞬时成核理论. 通过场发射扫描电镜(FE-SEM)对Au核形貌进行分析, 根据扫描电镜图可以得到阶跃时间和阶跃电位对电沉积Au的形貌的影响.