Monitoring ferrocyanide oxidation using hyphenated EC-Raman

Význam tématu

Elektrochemická hyphenace s Ramanovou spektroskopií umožňuje sledovat molekulární změny přímo na povrchu elektrod během redoxních procesů. Tento přístup poskytuje důležité informace o koncentraci a struktuře elektroaktivních látek v difuzní vrstvě, což je klíčové pro výzkum v oblasti senzorů, katalýzy a procesní analytiky.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je demonstrovat možnost monitorování reverzibilní oxidace ferrocyanidu na zlaté elektrodě při cyklické voltametrii s paralelním snímáním Ramanových spekter. Autoři popisují korelaci mezi změnou potenciálu a intenzitou charakteristických Ramanových pásů ferro- a ferricyanidu.

Použitá metodika

Experiment proběhl při kombinaci cyklické voltametrie (CV) a Ramanovy spektroskopie v reálném čase („EC-Raman“). Spektra se snímala každých 100 mV při integraci 5 s a 100 % laserovém výkonu během jedné CV při rychlosti 10 mV/s. K analýze dat byla využita softwarová platforma BWSpec a BWSpec Timeline.

Použitá instrumentace

• i-Raman Plus 532H (B&W Tek): přenosný Ramanův spektrometr s TE chlazeným CCD detektorem, rozsah 65–3400 cm⁻¹.
• Autolab PGSTAT204 (Metrohm Autolab): modulární potenciostat/galvanostat s možností rozšíření o EIS modul.
• Raman elektrochemická celel Redox.me: zlatá disková pracovní elektroda, drátěná platinová proti­elektroda, Ag/AgCl referenční elektroda.

Hlavní výsledky a diskuse

Referenční spektra ukázala dva pásy ferrocyanidu při 2056 cm⁻¹ (Eg) a 2096 cm⁻¹ (A1g) a jediný pás ferricyanidu kolem 2134 cm⁻¹ kombinující oba modální příspěvky. Během anodického skenu CV intenzity ferrocyanidových pásů klesaly, zatímco ferricyanidový pás se objevoval a rostl do maxima kolem 0,6 V. Při katodickém skenu se trend obrátil, což odráží reverzibilní redoxní přeměnu v difuzní vrstvě.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost sledovat dynamiku koncentrací elektroaktivních látek přímo na elektro­dovém rozhraní.
• Využití v optimalizaci redoxních katalyzátorů a senzorů.
• Pomoc při vývoji procesní kontroly v průmyslové analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace EC-Raman spektroskopie s pokročilou chemometrickou analýzou umožní kvantitativní sledování vícekomponentních systémů. Další rozvoj se očekává v oblasti mikrofluidních elektrochemických systémů a inline monitorování v reálném čase pro výzkum baterií a palivových článků.

Závěr

Hyphenovaná EC-Raman spektroskopie prokázala schopnost sledovat koncentrace ferro- a ferricyanidu v difuzní vrstvě při cyklické voltametrii. Metoda nabízí cenný vhled do elektrochemických procesů a rozšiřuje možnosti analýzy dynamických systémů.

Reference

1. Robinson J., Fleischmann M., Graves P.R. The Raman Spectroscopy of the Ferricyanide/Ferrocyanide System at Gold, β-Palladium Hydride and Platinum Electrodes. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1985, 182(1), 12.
2. Elgrishi N., Rountree K.J., McCarthy B.D. a kol. A Practical Beginner’s Guide to Cyclic Voltammetry. J. Chem. Educ. 2018, 95(2), 197–206.