电极的析氧电位与析氢电位的电势差值,称为电极的电势窗口(Potential Window)。电化学电位窗口是衡量一个电极材料的电催化能力的重要指标,电化学窗口越大,特别是阳极析氧过电位越高,对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外,对于电分析性能来说,因为电极上发生氧化还原反应的同时,还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应,若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电位大于电极的析氢电位,在电极达到析氧或者析氢电位前,被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原,可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生,被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响,得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。
掺硼金刚石薄膜较宽的电势窗口,特别是较高的析氧电位,可以使得研究较高电位下的氧化还原反应成为可能,如可以通过分析氧化电位来进行有机物质的电分析,研究者已经成功将高析氧电位的特点应用于电分析,如茶碱,生物胺等,而用常规玻璃碳,碳纤维电极,由于高氧化电位的限制,其检测精度非常低甚至无法进行检测。此外,由于金刚石薄膜电极较高的析氧电位,可较高效率的产生强氧化性物质如羟基自由基,羟基自由基具有非常高的活性,能对有机物进行有效“催化焚烧”。下表列出了常用电极的析氧电位,可以看出BDD电极具有最高的析氧过电位。
表---常用阳极的析氧电位,V vs NHE
Anode |
析氧电位/V |
电解质环境 /mol·L |
Pt |
1.6 |
0.5 |
IrO2 |
1.6 |
0.5 |
Graphite |
1.7 |
0.5 |
PbO2 |
1.9 |
1 |
SnO2 |
1.9 |
0.5 |
Pb-Sn (93:7) |
2.5 |
0.5 |
TiO2 |
2.2 |
1 |
Si/BDD |
2.3 |
0.5 |