Spectroelectrochemistry Applications Book

Význam tématu

Spektroelectrochemie kombinuje elektrochemii a spektroskopii, čímž umožňuje současné získávání elektrochemických i optických dat. Tento více­parametrový přístup nabízí hlubší vhled do dějů na elektro­dě, a proto nachází uplatnění v základním výzkumu i průmyslové analýze. Moderní systémy SPELEC a software DropView SPELEC zjednodušují nastavení experimentu a synchronizaci měření.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikace je představit klíčové aplikace spektroelectrochemie ve třech hlavních oborech:

• UV-Vis spektroelectrochemie (200–800 nm) pro studium elektronových přechodů, kinetiky i termodynamiky redoxních systémů.
• NIR spektroelectrochemie (800–2500 nm) pro analýzu vibrací vyšších harmonických, hodnocení elektrochromických materiálů a monitorování dopingu.
• Ramanova spektroelectrochemie (lasery 532, 638 a 785 nm) pro zjišťování strukturálních změn, orientace molekul a detekci stopových látek díky efektu SERS.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika kombinuje:

• Elektrochemii: potenciostat/galvanostat pro řízené redoxní experimenty.
• Spektroskopii UV-Vis a NIR: světelné zdroje a spektrometry pro měření odrazů, průhlednosti a difuzního odrazu.
• Ramanovu spektroskopii: monochromatické lasery (532, 638, 785 nm) a detektory pro sběr rozptýleného světla.
• Software DropView SPELEC: jediný integrovaný nástroj pro synchronizované zpracování spektroelectro­chemických dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Úvodní práce Kuwany (1964) iniciovala prudký rozvoj oboru. UV-Vis SEC se osvědčila při vysvětlování mechanismů redoxních reakcí, stanovení absorpčních koeficientů a difuzních parametrů. V biomedicíně pomáhá sledovat interakce DNA, enzymů či antitumorových látek. V materiálových vědách slouží k monitorování dopingu a určování energií zakázaných pásem u polovodičů a nanokrystalů. NIR SEC přináší informace o vibracích skupin CH, NH a OH a využívá se k vývoji elektrochromických zařízení a průmyslových protokolů. Ramanova SEC, zejména se SERS, nabízí jedinečnou finger-print analýzu kovových korozních produktů, karbonových materiálů i reakcí na elektrodách při výrobě energie a elektrokatalýze.

Přínosy a praktické využití metody

Spektroelectrochemie umožňuje:

• In situ sledování reakčních meziproduktů a konečných produktů.
• Kombinaci kinetických, termodynamických, strukturálních a konformačních informací.
• Zvýšení citlivosti a selektivity analýz díky SERS efektu.
• Optimalizaci elektrochemických procesů v bateriích, solárních článcích, senzorech i korozní ochraně.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další miniaturizace a integrace spektroelectrochemických buněk, rozšíření laserových vlnových délek, zlepšení citlivosti detekce meziproduktů i kombinace s dalšími separačními technikami. Software pro pokročilou analýzu dat a umělá inteligence umožní automatizované návrhy experimentů a rychlejší vývoj nových materiálů a katalyzátorů.

Závěr

Spektroelectrochemie představuje univerzální nástroj pro multidisciplinární výzkum a sledování elektrochemických procesů. Moderní integrované systémy zkracují čas přípravy i analýzy a otevírají cestu k novým aplikacím v průmyslu i klinické diagnostice.

Reference

1. Kaim W.; Fiedler J. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3373–3382
2. Kuwana T.; Darlington R. K.; Leedy D. W. Anal. Chem. 1964, 36, 2023–2025
3. Heras A.; Colina A.; Ruiz V.; López-Palacios J. Electroanalysis 2003, 15, 702–708
4. Zhangyu Y.; Tiande G.; Mei Q. Anal. Chem. 1994, 66, 497–502
5. Nowicka A. M.; Zabost E.; Donten M.; Mazerska Z.; Stojek Z. Bioelectrochemistry 2007, 70, 440–445
6. Syed S. N.; Schulze H.; MacDonald D.; Crain J.; Mount A. R.; Bachmann T. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5399–5407
7. Gonzalez-Dieguez N.; Colina A.; Lopez-Palacios J.; Heras A. Anal. Chem. 2012, 84, 9146–9153
8. He J. B.; Yuan S. J.; Du J. Q.; Hu X. R.; Wang Y. Bioelectrochemistry 2009, 75, 110–116
9. Olmo F.; Garoz-Ruiz J.; Colina A.; Heras A. Anal. Bioanal. Chem. 2020, 412, 6329–6339
10. Zhao X.; Nilges M. J.; Lu Y. Biochemistry 2005, 44, 6559–6564
11. Vogt S.; Schneider M.; Schäfer-Eberwein H.; Nöll G. Anal. Chem. 2014, 86, 7530–7535
12. Redman D. W.; Rose M. J.; Stevenson K. J. Langmuir 2017, 33, 9354–9360