화학적으로 수식된 전극

화학적으로 수식된 전극()은 다양한 전기화학적 기능을 위해 표면이 수정된 전기 전도체이다. 화학적으로 수식된 전극은 전도체의 특성을 목표 기능에 맞게 변화시키기 위해 특정 화학 물질의 박막이나 층을 추가하는 전극 시스템의 고급 접근 방식을 사용하여 만들어진다.Alkire, R., Kolb, D., & Lipkowski, J., Chemically modified electrodes, Germany: Wiley-VCH, Weinheim, 2009

수식된 전극에서 산화-환원 물질은 전극에서 반응 기질로 전자를 전달함으로써 전기 촉매 작용을 수행한다.Murray R. W., Goodenough J. B. and Albery W. J., Modified Electrodes: Chemically Modified Electrodes for Electrocatalysis, The Royal Society, 1981, pp. 253-265, https://www.jstor.org/stable/36940

전극의 표면을 수식하는 것은 1979년 이래로 전기화학 분야에서 가장 활발한 연구 분야 중 하나였으며, 전극이 주변 환경과 상호작용하는 방식을 제어할 수 있는 수단을 제공한다.

 설명 
화학적으로 수식된 전극은 전극의 기능에 따라 특정 화학 물질로 만들어진 분자 단분자층 또는 마이크로미터 두께의 층을 갖는다는 점에서 다른 유형의 전극과 다르다. 이 박막은 전극의 표면에 코팅된다. 그 결과 물리적 성질, 화학적, 전기화학적, 광학적, 전기적, 수송 및 기타 유용한 특성 측면에서 특별하고 새로운 화학적 특성을 가진 수식 전극이 탄생한다.Durst, R., Baumner, A., Murray, R., Buck, R., & Andrieux, C., Chemically modified electrodes: Recommended terminology and definitions, IUPAC, 1997, pp 1317-1323, http://old.iupac.org/publications/pac/1997/pdf/6906x1317.pdf

화학적으로 수식된 전극과 일반적인 전극은 전자 전달에 크게 의존한다. 전자 전달은 전하가 화학막을 통해 전극으로 이동하는 전기화학적 과정을 일컫는 일반적인 용어이다. "피복도"(coverage)라는 용어는 화학적으로 수식된 전극 표면의 얇은 화학막 내 특정 유형의 화학적 부위의 면적당 몰수(mol/m^2)를 나타내는 데 사용된다.

 화학적으로 수식된 전극의 개발 목적 

전기화학 과학 분야의 발전은 이 분야의 과학자들이 더 이상 조사를 계속하기 위해 노출된 표면(bare surfaces)을 사용하는 것이 무의미하다고 느낄 때까지 점점 더 철저해졌다. 그 이유는 전극과 관련된 연구에서 전기 전도체로 사용되는 재료에 자연적으로 존재하지 않는 특정 화학적 및 물리적 특성이 요구되었기 때문이다. 이러한 딜레마를 해결하기 위해 그들은 사용하는 재료를 맞춤화하기 위해 화학적 수식을 사용했다. 원자, 분자 및 나노입자를 재료의 표면에 부착하여 전자적 및 구조적 특성을 수정함으로써 기능성을 변화시킨다.

 화학적으로 수식된 전극의 응용 

초기 단계에서 화학적으로 수식된 전극은 원래 제작 목적인 전기화학적 조사를 위한 표면 조정 기술에만 적용되었다. 그 후, 화학적으로 수식된 전극은 전극의 성능을 조정하는 강력한 경로를 제공했다. 전극의 수식은 전기분석법에서 다음과 같은 과정을 용이하게 했다.
 전극의 선택성 제공
 오염 방지
 종의 농축
 전기 촉매 특성 개선
 복잡한 시료에서 간섭의 접근 제한

또한 다음과 같은 다른 목적을 위한 경로도 제공했다.
 에너지 변환 연구
 전기화학적 과정에 영향을 미치는 현상 연구
 부식의 저장 및 보호
 분자 전자공학 개발
 전기변색 소자 개발

화학적으로 수식된 전극이 사용되는 연구 분야는 다음과 같다.
기초 전기화학 조사 전극과 전해질 사이의 전자 전달.
전극 표면의 정전기학 정지해 있거나 느리게 움직이는 전하.
중합체 전자전달계 및 이온 전달 한 종이나 원자에서 다른 종으로의 전자 이동, 특히 중합체에 중점을 둠.
전기화학 시스템 및 장치의 설계 시스템이나 장치에 필요한 모든 사양을 갖춘 화학적으로 수식된 전극을 사용하는 시스템 및 장치의 제작.

 전극의 화학적 수식 방법 
전극의 표면은 다음과 같은 방법으로 수식될 수 있다.

(1) 흡착 (화학흡착) 화학 화합물의 형성 과정과 동일한 종류의 원자가력을 사용하는 방법으로, 막이 전극 표면에 강력하게 흡착되거나 화학흡착되어 단분자층 피복을 형성한다. 이 접근 방식은 기질과 결합된 자기 조립 단분자막(SAMs)을 포함하며, 여기서 분자들은 전극 표면에 자발적으로 화학흡착되어 그 위에 형성된 층들의 미세한 초격자 구조를 생성한다.

231px|섬네일|right|그림 1. SAM 구조의 표현

(2) 공유 결합 화학제를 사용하여 화학적 수식제의 하나 이상의 단분자층과 전극 표면 사이에 공유 결합을 형성하는 방법이다. 이 방법에서 흔히 사용되는 제제로는 유기 규소와 염화 시아누르가 있다.Colorado State University Fort Collins Department of Chemistry, Chemically modified electrodes, 1994, http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA279821 

(3) 중합체 막 코팅 전극 표면에 전자 전도성 및 비전도성 중합체 막을 고정하기 위해 다음 중 하나를 사용하는 방법이다.
 화학흡착 및 접촉 용액에서의 낮은 용해도
 다공성 전극에서의 물리적 고정
이 방법에는 자기 조립 단분자막에서 화학종(기질)을 제거하여 원래의 기질 구조와 독립적으로 전극 표면에 분자가 흡착되도록 하는 과정이 포함된다.
중합체 막은 유기 화합물, 유기 금속 또는 무기물일 수 있으며, 화학적 수식제를 포함하거나 나중의 공정에서 중합체에 화학 물질을 추가할 수 있다.

(4) 복합재 화학적 수식제를 전극 매질 재료와 혼합하는 방법이다. 이 방법의 예로는 전자 전달 매개체 (화학적 수식제)를 탄소 페이스트 전극 (전극 매질)의 탄소 입자와 혼합하는 것이 있다.

탄소 페이스트, 유리질 탄소 페이스트, 유리질 탄소 등의 전극이 수식되었을 때 화학적으로 수식된 전극이라 부른다. 화학적으로 수식된 전극은 유기 및 무기 종의 분석에 사용되어 왔다.

 각주 

분류:전극