时间分辨原位电化学响应信号采样方法及系统

本技术涉及信号采样，具体涉及一种时间分辨原位电化学响应信号采样方法及系统。

背景技术：

1、电化学与电催化在制氢、燃料电池、二氧化碳转化等多种可再生能源体系中具有广泛应用，其反应过程通常涉及电荷转移、结构重构、中间物种的生成与转化等多种复杂动态行为，因此需要通过原位表征手段对相关物种、结构及其演变行为进行实时探测，以揭示其反应机制与动力学特征，从而指导高效催化剂与反应体系的设计。随着原位表征技术的发展，研究者逐渐对表征手段的时间分辨能力提出了更高要求，尤其关注微秒至毫秒等较短时间尺度下瞬态过程的动力学解析。

2、原位表征涉及到对电极体系在原位电化学反应下响应信号的采样，现有能够实现高时间分辨响应信号采样的方法，是向待测电极体系输出恒定电位，并结合on-off模式调控电路通断以实现脉冲调制，同时触发时间分辨响应信号采样。

3、然而，以上方法中，信号基线的准确性受中间物种弛豫速率与断路时间匹配程度的显著影响。若断路时间不足，待测电极体系无法充分弛豫至初始状态；若断路时间过长，则可能导致待测电极体系状态进一步变化而偏离下一周期所需的初始状态。因此，一方面，在相同脉宽条件下，由于中间物种弛豫过程的不完全可逆性，信号基线会随周期逐渐漂移；另一方面，在不同脉宽条件下，由于待测电极体系弛豫程度不同，采样初始状态存在差异，从而导致不同脉宽条件下获得的信号基线不可比，限制了采样结果的准确性、稳定性与可比性。

4、综上所述，现有采样方法中，由于相同脉宽条件下的信号基线会随周期漂移，不同脉宽条件下的信号基线不可比，从而限制了采样结果的准确性、稳定性与可比性。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种时间分辨原位电化学响应信号采样方法及系统，用以解决现有采样方法中，由于相同脉宽条件下的信号基线会随周期漂移，不同脉宽条件下的信号基线不可比，从而限制了采样结果的准确性、稳定性与可比性的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种时间分辨原位电化学响应信号采样方法，包括：

3、向待测电极体系的工作电极发送高电位与低电位交替的阶跃电位信号；

4、向所述待测电极体系发送通断信号；

5、向响应信号采样装置发送触发信号，所述触发信号用于触发所述响应信号采样装置对所述待测电极体系在原位电化学反应下的时间分辨响应信号进行周期性采样；

6、所述触发信号和所述通断信号同步，且所述触发信号和所述通断信号的周期均与所述阶跃电位信号的周期一致；

7、在每一周期内，所述通断信号依次包括待测电极体系电路的第一导通区间、第一断开区间、第二导通区间和第二断开区间，各区间时长是基于对所述通断信号的波形编辑控制的；

8、所述第一导通区间位于所述高电位的区间内，所述高电位至所述低电位的切换时刻位于所述第一断开区间内，所述第二导通区间位于所述低电位的区间内，所述低电位至所述高电位的切换时刻位于所述第二断开区间内。

9、在一个实施例中，所述向响应信号采样装置发送触发信号，包括：

10、对所述触发信号的波形进行编辑，得到编辑后触发信号；

11、向所述响应信号采样装置发送编辑后触发信号；

12、所述编辑后触发信号与各周期内的任意预设时刻对齐。

13、在一个实施例中，还包括：

14、对多个周期采样的时间分辨响应信号进行平均处理，得到平均响应信号。

15、在一个实施例中，所述时间分辨响应信号的采样间隔在1微秒至1毫秒之间。

16、在一个实施例中，所述高电位为所述待测电极体系的目标表征电位；

17、所述低电位为所述待测电极体系恢复至预设初始状态的恢复电位。

18、在一个实施例中，所述高电位与所述低电位之间的电位差，是基于所述待测电极体系的响应特征得到的。

19、在一个实施例中，所述时间分辨响应信号包括光谱信号、电信号和电子显微表征信号中的至少一种。

20、在一个实施例中，在所述时间分辨响应信号为所述电子显微表征信号的情况下，所述方法还包括：

21、向电子束门控装置发送所述通断信号和/或所述触发信号。

22、第二方面，本技术实施例提供一种时间分辨原位电化学响应信号采样系统，包括：电化学工作站、电路控制单元、信号发生装置和响应信号采样装置；

23、所述电化学工作站，用于：向待测电极体系的工作电极发送高电位与低电位交替的阶跃电位信号；

24、所述电路控制单元，用于：向所述待测电极体系发送通断信号；

25、所述信号发生装置，用于：向所述响应信号采样装置发送触发信号，所述触发信号用于触发所述响应信号采样装置对所述待测电极体系在原位电化学反应下的时间分辨响应信号进行周期性采样；

26、所述触发信号和所述通断信号同步，且所述触发信号和所述通断信号的周期均与所述阶跃电位信号的周期一致；

27、在每一周期内，所述通断信号依次包括待测电极体系电路的第一导通区间、第一断开区间、第二导通区间和第二断开区间，各区间时长是基于对所述通断信号的波形编辑控制的；

28、所述第一导通区间位于所述高电位的区间内，所述高电位至所述低电位的切换时刻位于所述第一断开区间内，所述第二导通区间位于所述低电位的区间内，所述低电位至所述高电位的切换时刻位于所述第二断开区间内。

29、在一个实施例中，所述信号发生装置，还用于：

30、对所述触发信号的波形进行编辑，得到编辑后触发信号；

31、向所述响应信号采样装置发送编辑后触发信号；

32、所述编辑后触发信号与各周期内的任意预设时刻对齐。

33、本技术提供的时间分辨原位电化学响应信号采样方法及系统，向待测电极体系的工作电极发送高电位与低电位交替的阶跃电位信号，向待测电极体系发送通断信号，向响应信号采样装置发送触发信号，触发信号用于触发响应信号采样装置对待测电极体系在原位电化学反应下的时间分辨响应信号进行周期性采样，触发信号和通断信号同步，且触发信号和通断信号的周期均与阶跃电位信号的周期一致，在每一周期内，通断信号依次包括待测电极体系电路的第一导通区间、第一断开区间、第二导通区间和第二断开区间，各区间时长是基于对通断信号的波形编辑控制的，第一导通区间位于高电位的区间内，高电位至低电位的切换时刻位于第一断开区间内，第二导通区间位于低电位的区间内，低电位至高电位的切换时刻位于第二断开区间内。本技术中，由于第一导通区间位于高电位的区间内，则在第一导通区间内，工作电极处于高电位激发状态；由于高电位至低电位的切换时刻位于第一断开区间内，则在第一断开区间内，中间物种处于自发弛豫状态；由于第二导通区间位于低电位的区间内，则在第二导通区间内，待测电极体系能够在下一周期开始前恢复至预设初始状态；由于第二断开区间位于第二导通区间之后且位于下一周期开始之前，因此在第二断开区间内，能够将当前周期与下一周期进行隔离。由上可知，本技术在每一周期引入高电位激发、断开自发弛豫、低电位恢复及周期隔离相结合的分段控制策略，且通过低电位恢复，实现对待测电极体系预设初始状态的主动调控，避免仅依赖自发弛豫所带来的不确定性，从而能够抑制相同脉宽条件下随周期累积的信号基线漂移，同时，通过周期隔离，使得待测电极体系的状态变化对预设初始状态的影响可忽略不计，从而使得下一周期仍旧以预设初始状态作为起始状态，避免不同脉宽条件下信号基线不可比。综上所述，本技术能够抑制相同脉宽条件下的信号基线随周期漂移，避免不同脉宽条件下信号基线不可比，从而提升采样结果的准确性、稳定性与可比性。