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6.1 Geometrische und elektrochemische Analyse von Gold-Nanopillars 135
zu bestätigen. Das REM liefert scheinbar verlässlichere Resultate für die Oberflächenvergrößerung
als die Kapazitätsbestimmung mittels Zyklovoltametrie, wie auch Anandan
in seiner Veröffentlichung darlegt. Die Abweichung zwischen den beiden Methoden kann
damit begründet werden, dass der Ladestrom in der Doppelschicht scheinbar kein geeigneter
Parameter zur Bestimmung der elektroaktiven Oberfläche ist. Daher ist auch der
Trend zu extrem hohen Oberflächenvergrößerungen für die Nanostrukturen aus Forrers
Arbeit nicht realistisch. Vor allem das Fehlen ergänzender Methoden zur Bestimmung der
Vergrößerung in dieser Studie lässt den hohen Wert von 90 fraglich erscheinen. In einem
realistischen Bereich liegt dagegen die sechsfache Oberflächenvergrößerung aus Yangs Studie,
in der die Nanostrukturen allerdings wesentlich breiter und höher waren als die hier
untersuchten Gold-Nanopillars.
Diffusionskontrollierte Zyklovoltametrie an Gold-Nanopillar-Elektroden
Im diffusionskontrollierten System mit 1mM K4[Fe(CN)6] in1M KCl wurde aus den
Peakströmen von zwei Scangeschwindigkeiten eine Oberflächenvergrößerung in Höhe von
1, 08 ± 0, 03 ermittelt. Bei einem rein elektrochemischen Strom wäre dieser proportional
zur verwendeten Goldoberfläche, und es müsste sich ein höherer Vergrößerungsfaktor ergeben.
Allerdings waren die Peakströme mit Hexacyanoferrat für planares Gold und für
Gold-Nanopillars gleich hoch und daher unabhängig von der Oberfläche der untersuchten
Struktur. Hiermit war der Gesamtumsatz der redoxaktiven Substanz im Elektrolyten für
Gold-Nanopillars und planares Gold gleich hoch, was indiziert, dass die Ströme in diesem
System diffusionslimitiert waren. Bezogen auf die spezifische Oberfläche war die Reaktion
an den Pillaroberflächen jedoch vermindert, da offenbar nicht alle Regionen der Pillars
gleichermaßen an der elektrochemischen Reaktion beteiligt waren. Vermutlich trat für die
Gold-Nanopillar-Elektroden der von Forrer dargestellte Fall von eindimensionaler Diffusion
auf, wie er in Abb. 3.19(c) gezeigt ist [65] . Damit wären hauptsächlich die oberen
Partien der Nanopillars an der Reaktion beteiligt gewesen. Außerdem kann es zwischen
den Nanopillars relativ schnell zu einer diffusionsbedingten Verarmung der redoxaktiven
Substanz im Elektrolyten gekommen sein. Bei der Untersuchung von elf verschiedenen
Scangeschwindigkeiten zwischen 5 mV
s
und 10000 mV
s in K4[Fe(CN)6] konnte überdies nach-
gewiesen werden, dass sich die Abhängigkeit der Peakströme von der Scangeschwindigkeit
mit einer Wurzelfunktion fitten lässt. Diese Beobachtung deckte sich mit den Untersuchungen
von Anandan und belegt ebenfalls die erwarteten eindimensionalen Diffusionsmechanismen
an Gold-Nanopillar-Elektroden [66] . Für niedrige Scangeschwindigkeiten stimmen
die Abhängigkeiten der Peakströme für Pillars und planares Gold überein. Laufen die
Reaktionen schneller ab, werden für Gold-Nanopillars zunehmend größere Peakströme