pH敏感超薄氧化物-液态金属体系：基本传感机制探究
应用物理
2024-09-05 v2 材料科学
摘要
本文研究了以悬垂液滴形式存在的液态金属（共晶GaInSn）的pH响应，在pH 4至10范围内获得了92.96 mV的灵敏度。与电解质-位点结合表面59.1 mV的pH灵敏度基本极限不同，这种超能斯特（super-Nernstian）pH灵敏度源于自发的电化学反应，该反应与超薄（1-3 nm）Ga2O3-电解质界面处增强的离子交换相关，且纯粹由热力学驱动，使体系达到涉及镓酸盐和双镓酸盐离子的最低可能能量。通过引入离子交换因子x，推导了统一的能斯特（Nernst）方程以解释超能斯特pH灵敏度，并发现了pH灵敏度与Pourbaix pH-电势公式之间的直接联系。研究发现，59.1 mV的能斯特灵敏度仅出现在对称离子交换（x=1）反应中，而不对称离子交换则可能导致远超过能斯特灵敏度的响应。我们的发现具有重要的科学意义，可重新定义固态电化学传感器中离子传感的常规概念，并推动基于二维氧化物的电化学传感器的未来发展。
引用
@article{arxiv.2007.09843,
title = {pH-Sensitive Ultra-thin Oxide-Liquid Metal System: Understanding the Fundamental Sensing Mechanism},
author = {Atanu Das},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.09843},
year = {2024}
}