Reduction mechanisms of different oxidizing agents at diamond surfaces

“Electroless” oxidation, at room temperature, of boron-doped diamond (BDD) films with oxidizing agents as Ce4+, MnO4−, H2O2 or S2O82− is an efficient way to transform hydrogen terminations (C-H) into oxygen ones (C-O). To investigate the oxidation mechanism of diamond surfaces through these open current potential (OCP) processes, we study in the present work the reduction mechanisms of the different oxidizing agents at BDD surfaces. Current-voltage measurements were performed using a rotating disk electrode of diamond immersed in a solution containing one of the species. Two different mechanisms were evidenced: an electrochemical for Ce4+ and MnO4− and a chemical one based on the production of radicals under light exposure for H2O2 and S2O82−.

RésuméL’oxydation au potentiel de repos et à température ambiante, de films de diamant dopé au bore par immersion dans des solutions contenant des agents oxydants tels que Ce4+, MnO4−, H2O2 or S2O82−, est une méthode efficace pour transformer des terminaisons hydrogénées (C-H) en terminaisons oxygénées (C-O). Afin de comprendre le mécanisme d’oxydation de la surface du diamant au cours de ces procédés, nous avons étudié la réduction des différents agents oxydants à la surface du matériau. Des mesures courant-potentiel ont été effectuées avec une électrode tournante de diamant immergée dans une solution contenant l’un des oxydants. Deux mécanismes différents ont ainsi été mis en évidence : un processus électrochimique avec Ce4+ et MnO4− et un processus chimique avec H2O2 et S2O82− basé sur la formation d’espèces radicalaires sous l’effet de la lumière.