Structural Effect on Electrochemical Properties of Nanoporous Ruthenium Oxide

Abstract

In this thesis, porosity effect of electrode surface toward electrochemical reaction behavior was studied. Previously, porous ruthenium oxide (RuO_(2)) electrode was fabricated to enhance the current response for the glucose oxidation. Briefly, we obtained selective amperometric response for the ascorbic acid (AA), rather than glucose, using the same RuO_(2) materials just by controlling the roughness of the electrode. It was clear that as the number of deposition cycles of ruthenium oxide increased, the roughness of the electrode increased. At porous electrode surface current response of sluggish electron transfer (ET) reaction (e.g., glucose oxidation) was larger compared to that of fast ET reaction (e,g., AA oxidation). On the other hand, at the relatively flat electrode the current responses of both slow and fast ET reaction were similar. Therefore it was possible to decrease the glucose oxidation signal with maintaining the AA oxidation signal using the less rough RuO_(2) electrode accompanied by changing the applied potential. Amperometric AA sensor experiments were carried out at relatively flat RuO_(2) electrode. Interferents such as 4-acetamidphenol (AP), dopamine (DA), uric acid (UA), and glucose were detectable negligibly on this electrode which means it showed selective detection of AA rather than glucose. The calculated sensitivity was 324.6 μA mM^(-1) cm^(-2) with a linear range of 0.0-10.0 mM AA. The detection limit of 1.2 μM and response time of 1.1 s were also observed. This results demonstrate that controlling the roughness and/or porosity of electrode surface is effective way to change the selectivity of the targeting species in complex sample (e.g., blood) without the sophisticated modification.;이 논문에서는 루테늄 산화물을 전착시키는 CV 횟수를 조절함으로써 전극표면의 거칠기 인자 혹은 다공성 정도가 전자전달속도가 다른 물질의 전자전달 반응에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 연구하였다. 이전 연구에서는 다공성이 큰 루테늄 산화물 전착전극을 만들어 전자전달속도가 느린 것으로 알려진 포도당 산화에 적합한 센서를 만들었던 것과 달리, 이번 연구에서는 동일한 루테늄 산화물을 전착시키는 CV 횟수를 감소시켜서 다공성을 조절함으로써 전자전달속도가 포도당보다 빠른 것으로 알려진 아스코르브산에 선택적인 감응결과를 얻었다. 연구 결과, 루테늄 산화물을 전착시키는 CV 횟수를 증가시킬수록 루테늄 산화물의 거칠기 및 다공성 인자가 증가하였다. 또한 전극 물질의 다공성이 증가할수록 전자전달속도가 느린 반응(예: 포도당의 산화)에 대한 전류감응이 전자전달속도가 빠른 반응(예: 아스코르브산의 산화)에 대한 전류감응보다 크게 증가하는 경향을 보였다. 반대로 전극 물질의 다공성이 감소할수록 전자전달속도가 빠른 반응과 전자전달속도가 느린 반응의 전류감응의 상대적 차이는 감소하였다. 따라서 비교적 다공성이 작은 루테늄 산화물 전극을 이용하여 인가전압을 조절하면 전자전달속도가 느린 포도당 산화 반응의 감응 대신 아스코르브산에 대한 선택적 감응을 유지하는 조건을 만들 수 있었다. 다공성이 작은 루테늄 산화물 전극을 이용하여 아스코르브산에 대한 센서 연구를 진행한 결과 루테늄 산화물 전극은 생리적 조건에서 아스코르브산을 선택적으로 감지하였고 포도당, 4-acetamidophenol, 도파민, 요산 등의 방해종 영향을 받지 않았다. 이 전극은 아스코르브산의 산화에 대해 324.6 μA mM^(-1) cm^(-2)의 높은 감도를 보여주었으며, 0.0-10.0 mM의 아스코르브산의 농도구간에 대해 직선적으로 비례하는 전류감응을 보여주었다. 또한 1.2 μM의 낮은 검출 한계와 1.1 s의 빠른 응답 시간을 보여주었다. 결과적으로 이 연구는 단순히 전극표면의 다공성을 조절하는 것만으로도, 복잡한 시료에서 특정물질에 대한 선택적 감응력을 효율적으로 변화시키는 것이 가능함을 보여주었다.