一种固液相原位红外探测用双功能反应装置

1.本实用新型涉及光谱电化学检测技术领域，具体是一种固液相原位红外探测用双功能反应装置。


背景技术：

2.红外光谱技术可以探测催化剂表界面功能团的固有分子振动，提供丰富的表界面化学信息，而且测试方法简单、快速、无需标记、无需对样品进行损伤性预处理，广泛应用于多相催化机理研究的原位表征。原位电化学-红外光谱检测过程中，因液相电解质严重削弱红外信号强度，而工况状态下存在气/固/液多相复杂产物的吸附、再吸附干扰，对红外光谱的检测灵敏度提出了极高的要求。
3.现有检测设备中原位电化学池的加工难度大，且受样品和电解液的多样性限制检测装置应用范围，检测具有重复性。现有的薄层流动电化学池设计也被用于降低二次吸附干扰，提高信噪比，但是只能将气体溶解在电解液中进行反应，因为气体溶解度低，反应效率低下。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种固液相原位红外探测用双功能反应装置，双功能反应装置能够充分利用同步辐射红外光源优势，模拟真实的电化学过程，组装拆卸方便，检测方法简单。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种固液相原位红外探测用双功能反应装置，所述双功能反应装置包括底座，底座上紧固设有池体，底座与池体之间设有工作电极，池体上紧固设有上盖板，上盖板上设有用于同步辐射红外光通过的安装杆，工作电极上设有气体扩散电极，气体扩散电极的两侧紧固设有聚四氟乙烯垫片。
7.所述气体扩散电极包括气体扩散电极ptee层、气体扩散电极碳层和催化剂层，气体扩散电极ptee层上依次设有气体扩散电极碳层、催化剂层。
8.进一步的，所述底座的一侧设有气体泵入插槽，另一端设有气体泵出插槽，底座上位于圆心处设有与气体泵入插槽、气体泵出插槽连通的圆孔，底座上设有阵列分布的第一通孔，底座与池体卡合连接，池体、底座、工作电极、上盖板、气体扩散电极通过螺栓连接。
9.进一步的，所述池体的一端设有蓄液凹槽，另一端设有矩形孔，矩形孔内设有阵列分布的第二通孔，第二通孔上设有紧固螺栓，池体上设有连通矩形孔与蓄液凹槽的贯穿孔，池体的下端设有开槽，矩形孔内设有上盖板，上盖板上设有第三通孔。
10.进一步的，所述上盖板上设有与上盖板螺纹连接的安装杆，安装杆上设有信号通道，安装杆的一端紧固设有红外视窗，红外视窗与工作电极之间形成为圆形平面结构的电解液浅槽，池体的一侧设有电解液泵入插槽，另一端设有电解液泵出插槽，电解液泵入插槽、电解液泵出插槽与蓄液凹槽连通。
11.进一步的，所述气体扩散电极为疏水碳布。
12.进一步的，所述池体上设有第一电极插槽和第二电极插槽，第一电极插槽上连接有参比电极，第二电极插槽上连接有对电极，第一电极插槽与电解液泵入插槽连通，第二电极插槽与电解液泵出插槽连通，参比电极、对电极与外部电化学工作平台连接。
13.进一步的，通过紧固螺栓穿过第三通孔、第二通孔、气体扩散电极和底座上的第一通孔。
14.本实用新型的有益效果：
15.1、本实用新型双功能反应装置，通过平面红外视窗和气体扩散电极垫片设计，调整垫片厚度达到微米级即可实现与同步辐射红外测试端口的良好耦合，能够充分利用同步辐射红外光源在微区的高亮度、高通量、高准直特性，同时碳布也有利于红外信号的出射，便于探测器接受到有效信号，获得高信噪比的红外谱学信号；
16.2、本实用新型双功能反应装置，能够有效避免气体在电解液中溶解度太低，模拟真实的气体还原流动池电化学检测环境，直观地鉴别能量转换过程中的反应中间体，用于原位研究能量转换过程中的反应中间产物的演变研究；
17.3、本实用新型双功能反应装置，原位电化学池不存在特定的视窗设计，加工成本低廉，组装拆卸方便。
附图说明
18.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
19.图1是本实用新型双功能反应装置结构示意图；
20.图2是本实用新型工作电极结构示意图；
21.图3是本实用新型池体俯视图；
22.图4是本实用新型参比电极与对电极爆炸结构示意图；
23.图5是本实用新型红外信号曲线示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.一种固液相原位红外探测用双功能反应装置，如图1、图3所示，双功能反应装置包括底座2，底座2上设有圆孔，圆孔设置在底座2的圆心处，底座2的一侧设有气体泵入插槽10，另一端设有气体泵出插槽11，圆孔与气体泵入插槽10、气体泵出插槽11连通，底座2上设有阵列分布的第一通孔，第一通孔位于底座2的四角处，图中未示出第一通孔。
26.底座2上紧固设有池体3，池体3采用聚醚醚酮树脂，具有耐强碱的优点，底座2与池体3卡合连接，底座2上固定设有工作电极1，工作电极1位于底座2与池体3之间。
27.池体3的一端设有蓄液凹槽12，另一端设有矩形孔，矩形孔内设有阵列分布的第二通孔，第二通孔上设有紧固螺栓31，池体3上设有贯穿孔，贯穿孔连通矩形孔与蓄液凹槽12，矩形孔内设有上盖板4，上盖板4的四角处设有第三通孔，上盖板4上设有安装杆5，安装杆5
与上盖板4螺纹连接，安装杆5上设有信号通道15。
28.安装杆5的一端紧固设有红外视窗14，安装杆5的一端穿过上盖板4位于蓄液凹槽12内，使红外视窗14与工作电极1之间形成电解液浅槽13，电解液浅槽13为圆形平面结构，池体3的一侧设有电解液泵入插槽8，另一端设有电解液泵出插槽9，电解液泵入插槽8、电解液泵出插槽9与蓄液凹槽12连通。
29.如图2所示，工作电极1上设有气体扩散电极，气体扩散电极为疏水碳布，气体扩散电极的两侧紧固设有聚四氟乙烯垫片24，气体扩散电极包括气体扩散电极ptee层21、气体扩散电极碳层22和催化剂层23，气体扩散电极ptee层21上依次设有气体扩散电极碳层22、催化剂层23，气体扩散电极碳层22上溅射有催化剂层23。
30.如图3所示，池体3上设有第一电极插槽34和第二电极插槽35，第一电极插槽34上连接有参比电极36，第二电极插槽35上连接有对电极37，第一电极插槽34与电解液泵入插槽8连通，第二电极插槽35与电解液泵出插槽9连通，参比电极36为ag/agcl参比电极，对电极37采用铂丝对电极，先将参比电极36、对电极37套上密封圈，再分别插入第一电极插槽34和第二电极插槽35后拧紧，参比电极36上设有外螺纹38，对电极37上也设有外螺纹38，参比电极36、对电极37与外部电化学工作平台连接。
31.将电解质泵入导管和泵出导管套上密封圈，再分别插入电解液泵入插槽8、电解液泵出插槽9并拧紧螺纹固定，将电解液通过循环泵入蓄液凹槽12内，将气体泵入圆孔内，池体3的下端设有开槽，开槽用于放置底座2和引线。
32.通过紧固螺栓31穿过第三通孔、第二通孔、气体扩散电极和底座2上的第一通孔，固定反应装置，调节上盖板4上的安装杆5，使红外视窗14与池体3的下表面平行，待测样品与红外视窗14之间通过微米厚度的聚四氟乙烯垫片24形成微米级电解液薄层。
33.使用时，先将待测样品ag纳米颗粒溅射于气体扩散电极碳层22上，具体操作如下：称量粉末样品10mg，依次加入30μlnafion、300μl水、300μl异丙醇后，超声10min混合均匀，用胶头滴管移入喷枪喷壶内，喷枪与气泵相连，调节喷嘴出样口，通过气压将样品液溅射在4*4cm气体扩散电极碳层22上，溅射完成后进行干燥处理，形成厚度约为1μm样品层，安装工作电极1，将底座2/池体3和上盖板4用紧固螺栓31固定，安装参比电极36和对电极37。
34.将同步辐射红外光从信号通道15聚焦在待测样品表面，采集红外光谱为一次背景谱。启动外部循环装置中的循环泵将1m koh电解液和高纯co2气体分别泵入蓄液凹槽12和圆孔内，形成稳定的循环电解液和气氛后，将同步辐射红外光重新聚焦在待测样品表面，以一次背景谱为背景采集红外光谱为二次背景谱。调节安装杆5控制红外视窗14和待测样品之间的电解液膜厚度，使厚度为微米量级，将同步辐射红外光重新聚焦在待测样品表面，以二次背景谱为背景采集红外光谱为三次背景谱，将参比电极36、对电极37和工作电极1的引线分别与外部电化学工作平台连接，通电后设置电势、扫描时间，待测样品电化学信号达到稳定后，修改电化学检测参数，采集电化学数据。
35.为了检测电化学工况状态下的红外光谱信号，本实例中采用恒电势法，分别将电压固定在：0.1v和0.5v vs.rhe，并且在施加电压下保持1min，以三次背景谱为背景进行红外光谱采集。
36.如图5所示，在0.1v电压下已经可以观察到波数～1976cm-1
和～2024cm-1
出现两个红外信号峰，可能分别对应反应中间产物*co
bridge
和*co
atop
，在0.5v时，此红外信号峰强增
加，说明此红外信号峰对应着待测样品在电化学过程中的反应中间产物。为了验证上述结论，还可以将co2气氛进行同位素替换，如将氛围更换成进行上述同样的操作，根据同位素的红外信号峰随施加电压的出现位置以及位移情况，可以排除其他吸附的红外信号峰，进一步明确反应中间产物结构，推断反应中间产物的演变情况。
37.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
38.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。