專利名稱：內(nèi)外反射可切換的表面紅外光譜池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面紅外光譜池裝置，可應(yīng)用于電化學(xué) 表面紅外光譜研究，也可用于表面紅外吸收效應(yīng)的評估。
技術(shù)背景電化學(xué)表面科學(xué)是當(dāng)今電化學(xué)和表面化學(xué)研究的前沿交叉領(lǐng)域。各種高靈敏度和特異 性的現(xiàn)場光譜、掃描微探針和石英微天平等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展促進(jìn)了電化學(xué)表面科學(xué)的應(yīng) 用和發(fā)展。在電極表面的現(xiàn)場光譜研究方法中，表面紅外光譜[1]是除表面增強(qiáng)拉曼光譜[2] 外另一種提供電極界面分子結(jié)構(gòu)信息的重要分析工具。表面紅外光譜通常具有兩種模式 內(nèi)反射模式(ATR-FTIR)和外反射模式(IR-RAS)。ATR-FTIR模式需要在紅外窗口上覆蓋一層可導(dǎo)電的金屬納米薄膜作為工作電極， ATR-FTIR具有溶液電阻小、電位響應(yīng)快；溶液傳質(zhì)阻力??；電流分布均勻；可檢測吸附 態(tài)物種等優(yōu)點(diǎn)。IR-RAS模式具有電極種類可為金屬(含單晶和多晶)等各類本體電極，也可 在此基礎(chǔ)上電鍍上另一層納米金屬薄膜;IR-RAS可檢測溶液相和吸附態(tài)物種并且能夠?qū)崿F(xiàn) 跟蹤反應(yīng)歷程，檢測反應(yīng)中間體等優(yōu)點(diǎn)。若將內(nèi)外反射紅外光譜技術(shù)聯(lián)用可以提供更多有 關(guān)反應(yīng)機(jī)理等的信息。目前兩種模式只能單獨(dú)使用，即各自需要不同的光路系統(tǒng)和電解池 裝置，因而不易實(shí)現(xiàn)內(nèi)反射模式和外反射模式之間簡便轉(zhuǎn)換。同時需指出的是，由于納米 結(jié)構(gòu)薄膜的采用，在表面紅外光譜中可出現(xiàn)所謂的表面增強(qiáng)紅外吸收效應(yīng)，對其的合理評 估往往需要采用同一光路通過對比納米薄膜上與本體金屬上的吸收紅外信號大小，也凸現(xiàn) 了設(shè)計內(nèi)外反射可切換的表面紅外光譜附件系統(tǒng)的必要性。本發(fā)明提出一種新型表面紅外光譜池系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡單易行，即內(nèi)反射技術(shù)和外反射 技術(shù)利用相同的光路系統(tǒng)和光譜池裝置，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)反射模式和外反射模式之間簡便轉(zhuǎn) 換。1. M. Osawa, In他"必ooA 。/歸rario冊/ 5]pe"rascopy; Chalmers J. M., Griffiths, P. R., Eds.; John Wiley & Sons: Chichester, UK， 2002; Vol. 1, p. 785.2. Z,Q. Tian, B. Ren， D.-Y. Wu, P/z>^. C/ em. 5 2002, 706. 9467 (feature article)3. S.-G. Sun, In Cata/戸^ 五/ec的cato/，-j1 W 7Va"o/wWc/e Sw/^ces; Wieckowski, A., Savinova, E. R., Vayenas, C. G., Eds.; Marcel Dekker: New York, 2003; Chapter 21.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型內(nèi)外反射合一的表面紅外光譜池裝置，要求該裝置簡 單易行，可以簡便實(shí)現(xiàn)內(nèi)反射模式和外反射模式之間轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提出的表面紅外光譜池裝置，其結(jié)構(gòu)如圖l所示，該光譜裝置由內(nèi)反射模式對 電極(鉑片)或外反射模式工作電極(本體電極)1、參比電極(飽和甘汞電極或者可逆 氫電極)2、外反射模式對電極(鉑片)3、電解池4、內(nèi)反射模式硅半圓柱紅外窗口或者 外反射模式氟化鈣半圓柱紅外窗口5組成。其中，內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電 極l、參比電極2和外反射模式對電極3組成三電極體系，置于電解池4中，內(nèi)反射模式硅紅 外窗口或者外反射模式氟化鈣紅外窗口位于電解池4下部。外反射工作電極的直徑為8 mm 12mm，硅半圓柱或氟化鈣半圓柱的直徑為15-25mm，高為20-26mm。本發(fā)明提出的新型表面紅外光譜池系統(tǒng)，可用于內(nèi)反射模式，又可用于外反射模式， 方便實(shí)現(xiàn)內(nèi)外反射之間的轉(zhuǎn)換。本裝置可用以檢測電化學(xué)實(shí)時紅外光譜信號，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn) 定，方便易行。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本新型表面紅外光譜池系統(tǒng)進(jìn)一步說明。 圖l是本新型表面紅外光譜光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本裝置中內(nèi)反射模式的一個實(shí)例光譜圖。 圖3是本裝置中內(nèi)反射模式的另一個實(shí)例。圖4是對應(yīng)圖3電流和vCOh vOH和vCOB積分強(qiáng)度隨電極電位變化關(guān)系圖。圖5是本裝置中外反射模式的一個實(shí)例光譜圖。圖6是本裝置中外反射模式的另一個實(shí)例。圖7是對應(yīng)圖6電流和vCOL和vC02積分強(qiáng)度隨電極電位變化關(guān)系圖。圖中標(biāo)號l為內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電極；2為參比電極；3為外反射模式對電極；4為電解池；5為內(nèi)反射模式硅紅外窗口或者外反射氟化鈣紅外窗口。
具體實(shí)施方式
本裝置具體結(jié)構(gòu)主要由電解池、參比電極、對電極、硅半圓柱(內(nèi)反射模式)和氟化 鈣半圓柱(外反射模式)組成。硅半圓柱和氟化鈣半圓柱的直徑為20 mm，高為25 mm。 具體的制備步驟如下，(1)內(nèi)反射模式①首先在硅片表面化學(xué)鍍上金納米薄膜，接著在金納米薄膜的表面電鍍上鉑薄膜層作 為工作電極。②鉑薄膜電極表面覆蓋上硅橡膠圈，以防電解質(zhì)外溢，并且裝入電解池中。 ③將參比電極和對電極插入到電解池中，這就組成了電化學(xué)光譜測試的三電極體系。(2)外反射模式
①首先在金本體電極表面電鍍上致密鉑薄膜層作為工作電極。②氟化鈣半圓柱表面覆 蓋上硅橡膠圈，裝入電解池中，并使工作電極緊貼住氟化鈣平面。③將參比電極和對電極 插入到電解池中，這就組成了電化學(xué)光譜測試的三電極體系。圖2是內(nèi)反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中的表面紅外光譜圖，樣品光 譜采于-0.2 V(vs. SCE)，參比光譜采于0.8 V。該裝置檢測到了吸附在Pt表面CO的信號(2072 cm—1， vCOu 1854 cm—1, vCOB)，同時還檢測到了共吸附水的信號(3663 cm—、 vOH; 1629 cm1, 5HOH)。圖3是內(nèi)反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中的動力學(xué)紅外光譜圖，參比 光譜采于0.9V，光譜采集的時間分辨率為0.175s，電位掃描速率為50mV/s。圖4是對應(yīng)圖3中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中(實(shí)線)禾口O.l MHCKV溶液中 (虛線)電流以及vCOL、 vOH和vCOB積分強(qiáng)度隨電極電位變化關(guān)系圖。vCOL、 vOH和vCOb 積分強(qiáng)度隨著CO在Pt表面的氧化逐漸地變?nèi)?。圖5是外反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中的紅外光譜圖，樣品光譜采 于-0.2V (vs. SCE)，參比光譜采于0.8V。該裝置檢測到了吸附在Pt表面CO的信號(2066 cm—、 vCOj，同時還檢測到了CO氧化產(chǎn)物C02的信號(2344 cm—1， vC02)。 '圖6外反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中的動力學(xué)紅外光譜圖，參比光 譜采于0.9V，光譜采集的時間分辨率為0.301 s，電位掃描速率為5 mV/s。圖7外反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHCKV溶液中(實(shí)線)和O.l MHCKV溶液中 (虛線)電流以及vCOl和vC02積分強(qiáng)度隨電極電位變化關(guān)系圖。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)外反射可切換的表面紅外光譜池裝置，其特征在于該光譜裝置由內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電極(1)、參比電極(2)、外反射模式對電極(3)、電解池(4)、內(nèi)反射模式硅半圓柱紅外窗口或者外反射模式氟化鈣半圓柱紅外窗口(5)組成；其中，內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電極(1)、參比電極(2)和外反射模式對電極(3)組成三電極體系，置于電解池(4)中，內(nèi)反射模式硅紅外窗口或者外反射模式氟化鈣紅外窗口位于電解池(4)下部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述內(nèi)外反射可切換的表面紅外光譜池裝置，其特征在于所述外反射 工作電極(3)的直徑為8mm 12mm，硅半圓柱或氟化鈣半圓柱的直徑為15-25 mm，高為20-26 mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于紅外光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種內(nèi)外反射可切換的表面紅外光譜池裝置。該光譜裝置由內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電極、參比電極、外反射模式對電極、電解池、內(nèi)反射模式硅半圓柱紅外窗口或者外反射模式氟化鈣半圓柱紅外窗口組成。其中，內(nèi)反射模式對電極或外反射模式工作電極、參比電極和外反射模式對電極組成三電極體系，置于電解池中，內(nèi)反射模式硅紅外窗口或者外反射模式氟化鈣紅外窗口位于電解池下部。本裝置提出的表面紅外光譜池系統(tǒng)可用于內(nèi)反射模式又可用于外反射模式，轉(zhuǎn)換方便。本裝置可用以檢測電化學(xué)實(shí)時紅外光譜信號，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，方便易行。
文檔編號G01N21/75GK101131351SQ20071004425
公開日2008年2月27日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者嚴(yán)彥剛, 蔡文斌, 薛曉康 申請人:復(fù)旦大學(xué)