等离子体调控丝网印刷碳电极增强表面反应性与电子传递的研究

《Surfaces and Interfaces》：Plasma-Tailored SPCEs for Enhanced Surface Reactivity and Electron Transfer: Toward Improved Electrodes

本综述系统探讨了氧等离子体处理对丝网印刷碳电极（SPCE）表面特性的优化作用。通过1/3/5分钟梯度处理，证实等离子体技术可有效引入含氧官能团，提升电极亲水性、加速电子传递动力学（ket）并降低电荷转移电阻（Rct）。研究结合XPS/SEM/CV/EIS等表征手段，建立了以cos(θ)/Rct为核心的电化学性能预测模型，为高性能电化学传感器设计提供了绿色高效的表面工程策略。

　　

亮点

表面形貌与化学组成分析

通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对原始电极（SPCE）与等离子体处理电极（1分钟/3分钟/5分钟SPCE）进行表面形貌分析。如图1和图S1-S2所示，原始SPCE呈现相对均匀、致密的碳颗粒结构，具有丝网印刷工艺的典型特征。等离子处理后，电极表面变得更为粗糙且呈现颗粒化特征。

表面与电化学参数的关联分析

为探究润湿性与电化学动力学的协同效应，我们提出性能模型，将电化学活性面积（ECSA）和电子传递速率常数（k_et）与电荷转移电阻（R_ct）和接触角余弦值（cos(θ)）关联。该模型表明氧等离子处理通过改变表面形态和增强电极亲水性，同步优化电极-电解质界面相互作用与电荷传输性能。具体而言，等离子处理使SPCE的R_ct显著降低。

重复性与稳定性

通过循环伏安法（CV）评估等离子处理电极的重复性与稳定性。重复性测试显示所有电极的峰值电流标准偏差（n=5）均低于3%，表明该方法具有优异的重现性。稳定性测试发现含氧官能团在20天内保持稳定，为实际应用提供可靠性保障。

结论

本研究提出了一种简单可扩展的氧等离子处理策略，显著提升丝网印刷碳电极（SPCE）的电化学性能。表面分析证实含氧官能团的成功引入，有效增强电极亲水性与极性基团含量。接触角测量显示电极从疏水性向亲水性转变，表明电极-电解质界面相互作用得到优化。