Oxidation of Electrodeposited Copper on Boron Doped Diamond in Acidic Solution: Manipulating the Size of Copper Nanoparticles Using Voltammetry

Abstract

The in situ deposition of copper, in acidic solution onto a Boron Doped Diamond electrode, using cyclic voltammetry is explored and produced surfaces are imaged using Atomic Force Microscopy. A uniformly dense covering of copper nanoparticles is produced when the potential of a freshly polished BDD electrode is swept from 0 V in a negative direction. For example, in 1 M H 2 SO 4 with a Cu(II) concentration of 1 mM, nanoparticles of height 10.1 nm, diameter 74.6 nm and a density of 16.1 particles per mm 2 are created when the potential is swept to À 0.35 V. The higher the concentration of Cu(II) in solution or the larger the magnitude of the end potential the larger the nanoparticles are and the more densely they are spread. When the direction of the scan is reversed and a positive potential sweep carried out evidence from the observed cyclic voltammograms and AFM images shows that copper is being incompletely stripped from the electrode surface. If the potential is then cycled continuously ten times, as would happen when the process is used for electroanalytical purposes, then an irregular and irreproducible deposit is observed. One can infer from this evidence that the incompletely stripped copper is electrochemically active and therefore adversely affecting subsequent deposition processes. Comparison to existing literature shows that the discrete application of particular deposition and stripping potentials is a much better way to produce a deposit of copper nanoparticles than application of potential through cyclic voltammetry.

Electrochemical aspects of Pt–Cu and Cu modified boron‐doped diamond

“…The deposition potential was held at −0.8 V (vs. Ag/AgCl) until 60 mC charge was passed through the surface. This potential was chosen as it produces uniformly dense copper nanoparticles on the electrode surface . The Cu/BDD electrode then was removed, rinsed gently with ultrapure water and dried with N 2 .…”

Electrochemical Biosensor Based on Boron-Doped Diamond Electrodes with Modified Surfaces

“…An oxidative response was observed at the Ni-BDDE for each analyte, particularly notable of the adenine as the oxidation overpotential was reduced to below 0.5 V versus SCE and was otherwise unobserved at the unmodified electrode. Other metal nanoparticles modified BDD electrode, such as antimony [65], bismuth [66], cobalt [67], copper [68][69][70], and platinum [71][72][73], have been widely investigated. The benefits and use of nanoparticles in electroanalysis are discussed in more detail in the extensive review by Welch and Compton [74] in 2006 that was recently updated by Campbell and Compton [75].…”

Influência do eletrólito na eletrodeposição de nanopartículas de Cu sobre eletrodo de diamante dopado com boro

“…Com relação ao processo de deposição (processo II c ) e dissolução (processo II a ) massiva de Cu sobre eletrodo de DDB, a dependência da corrente de pico tanto catódico (i pc ) como anódico (i pa ) em função da raiz quadrada da velocidade de varredura (v 1/2 ) (Figura não apresentada) indica que a transferência de massa de Cu é controlada por difusão, segundo a equação de Randles Sevcik. 35 Analisando-se os processos Ia e IIa, verificou-se um aumento da corrente anódica em função do aumento da velocidade de varredura. Este comportamento está diretamente associado à oxidação das espécies de Cu que foram formadas durante a varredura negativa de potencial, uma vez que o fluxo de espécies de Cu para a superfície do DDB envolvidas no processo redução foi consideravelmente maior à medida que aumentou a velocidade de varredura.…”

“…A influência do eletrólito pode ser associada pela complexação dos íons metálicos por ligantes do eletrólito, pela adsorção dos ânions do eletrólito ou, ainda, pela participação do eletrólito no transporte de massa, reduzindo o transporte por migração do íon eletroativo. 30 Apesar de encontrar na literatura trabalhos correlatos focando os estudos eletroquímicos de Cu sobre filmes de DDB, do nosso conhecimento, 21,22,[31][32][33][34][35] não foi evidenciado um estudo com o mesmo enfoque e abordagem propostos neste trabalho. Além disso, este trabalho merece uma atenção especial destacada pela criteriosa apresentação dos resultados desde a preparação e a caracterização morfológica e estrutural dos filmes de DDB, as quais são fundamentais para se garantir a reprodutibilidade e confiabilidade das respostas eletroquímicas.…”