Morphology and surface modification of boron-doped diamond electrodes in relation to electrochemical properties and interactions with organic compounds

Abstract

Boron doped diamond is nowadays a frequently used electrode material, however, the heterogeneity of its surface still raises questions on the interplay between the material, its surface composition and morphology, and its electric and electrochemical properties. This dissertation Thesis touches several aspects important for evaluation of performance of BDD electrodes for electroanalysis.First,it was devotedtostudies of twelve single-crystal BDD(SC- BDD) electrodes varying in crystal orientation ({113}, {115}, and {118}) and boron doping level (boron-to-carbon (B/C) ratio in the gas phase during deposition 250, 500, 1000, and 2000 ppm). Influence of surface pre-treatments on electrochemical properties of the SC-BDD electrodes was studied by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Oxidative pre-treatments resulted in hindered electron transfer kinetics of [Fe(CN)6]3−/4− and dopamine / dopamine-o-quinone redox probes. Rehydrogenationof the SC-BDD electrodes by cathodic pre-treatment was veryeffective, and dopamine showed high sensitivitytoevenminor changes in chemical composition of the BDD surface. Next, the effect of surface roughness on electrochemical performancewas investigatedon four prepared {110}-oriented SC-BDD electrodes (B/C 250, 500, 1000, and 2000 ppm). They...

Borem dopovaný diamant je v dnešní době často používaným elektrodovým materiálem, ale heterogenita jeho povrchu stále vyvolává otázky o souhře mezi samotným materiálem, složením a morfologií jeho povrchu, a jeho elektrickými a elektrochemickýmivlastnostmi. Tato disertační práce se zabývá několika aspektydůležitými prohodnocení schopností BDDelektrod v elektroanalýze. První část této práce byla věnována studiu dvanácti monokrystalickýchBDD elektrod lišících se v krystalové orientaci ({113}, {115} a {118}) a úrovni dopování borem (poměr boru a uhlíku (B/C) v plynné fázi 250, 500, 1000 a 2000 ppm). Byly studovány povrchové předúpravy a vliv těchto předúprav na elektrochemické vlastnosti monokrystalickýchBDD elektrod pomocí cyklické voltametrie a elektrochemické impedanční spektroskopie. Oxidativní předúpravy vedly ke značně potlačené kinetice přenosu elektronu redoxních sond dopamin / dopamin-o-chinon a [Fe(CN)6]3−/4− . Rehydrogenace těchto BDD elektrod pomocí katodické předúpravy byla velmi účinná, avšak dopamin vykazoval vysokou citlivost i k malým změnám v chemii BDD povrchu. Dále, čtyři monokrystalické BDD elektrodys krystalovou {110}-orientované monokrystalické BDD elektrody (B/C 250, 500, 1000 a 2000 ppm), vykazovaly relativně vysokou hrubost (> 50 nm) povrchu při B/C > 250 ppm. Mechanickým...