一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池制造技术

本申请公开了一种用于非线性光谱原位检测电化学体系中电极界面动力学过程的薄层电化学反应池，属于光谱电化学反应技术领域，解决了现有技术中的电解池中入射光被电解液吸收影响二阶非线性信号强度以及只适用于特殊形状工作电极造成的电解池使用局限性的问题。本申请的薄层电化学反应池包括工作电极、对电极、参比电极、电解池、导电底座和导电柱，参比电极、对电极和导电柱设于电解池的前端，工作电极设于导电底座上且位于电解池内；导电柱的一端与导电底座接触，另一端伸出电解池外，作为工作电极的引线。本申请的薄层电化学反应池可用于非线性光谱原位检测电化学体系中电极界面动力学过程的研究。

A Thin Layer Electrochemical Reaction Cell for In-situ Nonlinear Spectroscopic Detection

【技术实现步骤摘要】
一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池
本申请涉及一种光谱电化学反应池，尤其涉及一种用于非线性光谱原位检测电化学体系中电极界面动力学过程的薄层电化学反应池。
技术介绍
电化学是涉及有关电荷传递或转移的化学过程。界面电荷转移的速率和机制很大程度上是由电位依赖的界面结构和性质所决定的，对于电极表面的电子结构、分子的吸附以及取向的认识对理解和控制电化学反应过程十分重要，因此，需要对电化学界面发生的动力学过程进行原位检测。现有技术中，传统的检测方法，例如，吸收光谱、红外光谱、拉曼和表面增强拉曼光谱、X-射线散射等原位检测手段，均不能区分溶液体相和电极本身的贡献，以致限制了其在固/液电化学界面的应用。原位二阶非线性光学方法，例如，二次谐波(SHG)和和频振动光谱(SFG)，具有界面选择性和灵敏性。在体相中，由于具有中心对称，不会产生二阶非线性响应；在界面上，由于分子受到上下两相的作用不同，导致中心对称被打破，产生二阶非线性响应。因此，原位二阶非线性光学方法能够从原子分子水平上原位、无损检测电极界面结构以及吸附物的结构和取向分布变化。目前，已经采用二阶非线性光学方法对有机分子在不同电极上的吸附和取向进行了一些研究。但是，对电化学中反应机理的研究相对较少，尤其是不能原位理解电催化反应的分子机制。这就需要采用非线性光谱和电化学联用的方法原位研究电极表面的吸附和取向分布，为理解和揭示电催化反应的作用机制提供重要的实验和理论依据。采用非线性光谱对电化学界面进行原位研究时，普遍存在的问题是：当入射光通过电解液到达电极表面时，容易被电解液吸收而降低光强，影响界面上产生的二阶非线性信号强度，给非线性光谱原位检测电化学界面带来困难。另外，设计的电解池通常只能采用特定的光谱手段进行检测，而且只适用于特殊形状的工作电极，造成了电解池的使用局限性。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，解决了现有技术中的电解池中入射光被电解液吸收影响二阶非线性信号强度以及只适用于特殊形状工作电极造成的电解池使用局限性的问题。本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：本申请提供了一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，包括工作电极、对电极、参比电极、电解池、导电底座和导电柱，参比电极、对电极和导电柱设于电解池的前端，工作电极设于导电底座上且位于电解池内；导电柱的一端与导电底座接触，另一端伸出电解池外，作为工作电极的引线。在一种可能的设计中，导电底座与电解池的底部螺纹连接。在一种可能的设计中，导电底座的顶部设有螺纹柱，电解池底部开设与螺纹柱配合的螺纹孔。在一种可能的设计中，螺纹孔的内壁设置防磨层。在一种可能的设计中，电解池底部开设通孔，通孔的内壁设置螺纹套，通孔和螺纹套构成螺纹孔。在一种可能的设计中，电解池为薄层空芯圆柱状，采用聚四氟乙烯制成。在一种可能的设计中，还包括设于电解池的顶部的光学窗口；薄层电化学反应池用于原位二次谐波研究电极和溶液界面问题，光学窗口为石英棱镜；薄层电化学反应池用于和频振动光谱研究电极和溶液界面问题，光学窗口为为氟化钙棱镜。在一种可能的设计中，电解池上设有流体进口和流体出口，用于电解液、反应气体或惰性气体的流通，流体进口和流体出口分别位于电解池的两侧。在一种可能的设计中，导电底座和导电柱均采用不锈钢制成。在一种可能的设计中，对电极与电解池的连接处、参比电极与电解池的连接处、流体进口和流体出口与电解池的连接处、光学窗口与电解池的连接处以及导电底座与电解池的连接处均采用密封圈进行密封。与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：a)本申请提供的用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池的厚度较薄，可以为微米级，例如，几个微米，从而能够减少电解液对光的吸收，提高对非线性光学信号的检测灵敏度。相应地，上述薄层电化学反应池中工作电极的形状也是薄片状，根据实验要求，可以方便更换为其它各种类型的金属或半导体薄片，用于研究各种具有导电性的基片的界面上发生的变化，造价低廉、易安装、易清洗、密封性好、适用范围广。b)本申请提供的用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，导电底座通过螺纹连接于电解池内，因此，可以将导电底座向上旋进，缩短工作电极和光学窗口之间的距离，减少电解液的厚度，达到几微米的厚度，形成薄层电解液。当光通过电解液后，由于经过的距离短，减少了电解液对光的吸收，从而可以实现对薄层电化学体系中电极表面发生的动力学过程的研究。c)本申请提供的用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，螺纹柱不与聚四氟乙烯制成的电解池直接连接，而是通过防磨层或防磨螺纹套与电解池连接，从而能够减少导电底座的反复拆卸造成的螺纹孔内部螺纹的磨损。本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本申请实施例一的用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池的结构示意图。附图标记：1-固定架，2-光学窗口，3-电解池，4-密封圈，5-工作电极，6-导电底座，7-对电极，8-导电柱，9-参比电极，10-流体进口，11-流体出口。具体实施方式下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。实施例一本实施例提供了一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，参见图1，包括工作电极5(例如，铂片电极)、对电极7(例如，铂丝或铂柱电极)、参比电极9(例如，Ag/AgCl或Ag/Ag+电极)、电解池3、导电底座6和导电柱8，其中，参比电极9、对电极7和导电柱8设于电解池3的前端，工作电极5设于导电底座6上且位于电解池3内；导电柱8的一端与导电底座6接触，另一端伸出电解池3外，作为工作电极5的引线。在实际应用中，可以将上述电解池3分别与恒电位仪、二次谐波光谱装置或和频振动光谱等装置连接，对电化学反应进行研究。具体来说，上述电解池3与恒电位仪连通后，可控制所用工作电极5的电势；进行开路电压、循环伏安曲线、电势阶跃等基本电化学测量。电化学池与二次谐波光谱装置连用，可用于判断工作电极5的旋转各向异性；原位检测工作电极5界面上二次谐波信号随电势的变化情况；研究电势阶跃下，分子在电极表面吸附、取向的动力学变化过程。电化学池与和频振动光谱连用，可以实时测量固定频率的红外激光入射时，电极界面和频信号强度随电势的变化；还可以实时测量某一电势下，电极界面的和频信号随红外入射激光频率的变化，从而对工作电极5界面上分子基团的取向变化进行研究，以确定分子的取向如何影响电化学反应过程的进行。需要说明的是，现有的电化学反应池的结构通常是在电解池正中心设置带有螺纹的通孔，并将工作电极设计成带螺纹的聚四氟乙烯空芯圆柱，在其内部嵌有工作电极，工作电极的厚度为1mm以上，也就是说，工作电极的厚度为毫米级，采用铜接线柱作为工作电极的引线。将上述工作电极通过螺纹安装在电解池的通孔中，这种方式设计出的电解池只能适用于特定形状的工作电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，其特征在于，包括工作电极、对电极、参比电极、电解池、导电底座和导电柱，所述参比电极、对电极和导电柱设于电解池的前端，所述工作电极设于导电底座上且位于电解池内；所述导电柱的一端与导电底座接触，另一端伸出电解池外，作为工作电极的引线。

【技术特征摘要】
1.一种用于非线性光谱原位检测的薄层电化学反应池，其特征在于，包括工作电极、对电极、参比电极、电解池、导电底座和导电柱，所述参比电极、对电极和导电柱设于电解池的前端，所述工作电极设于导电底座上且位于电解池内；所述导电柱的一端与导电底座接触，另一端伸出电解池外，作为工作电极的引线。2.根据权利要求1所述的薄层电化学反应池，其特征在于，所述导电底座与电解池的底部螺纹连接。3.根据权利要求2所述的薄层电化学反应池，其特征在于，所述导电底座的顶部设有螺纹柱，所述电解池底部开设与螺纹柱配合的螺纹孔。4.根据权利要求3所述的薄层电化学反应池，其特征在于，所述螺纹孔的内壁设置防磨层。5.根据权利要求3所述的薄层电化学反应池，其特征在于，所述电解池底部开设通孔，所述通孔的内壁设置螺纹套，所述通孔和螺纹套构成螺纹孔。6.根据权利要求1所述的薄层电化学反应池，其特征在于，所述电解池为薄层空...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贞，白锐朋，董斌，薛曼，郭源，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11