專利名稱：內外反射可切換的表面紅外光譜池裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于紅外光譜技術領域，具體涉及一種表面紅外光譜池裝置，可應用于電化學 表面紅外光譜研究，也可用于表面紅外吸收效應的評估。
技術背景電化學表面科學是當今電化學和表面化學研究的前沿交叉領域。各種高靈敏度和特異 性的現場光譜、掃描微探針和石英微天平等技術的應用和發展促進了電化學表面科學的應 用和發展。在電極表面的現場光譜研究方法中，表面紅外光譜[1]是除表面增強拉曼光譜[2] 外另一種提供電極界面分子結構信息的重要分析工具。表面紅外光譜通常具有兩種模式 內反射模式(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、電位響應快；溶液傳質阻力小；電流分布均勻；可檢測吸附 態物種等優點。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物種并且能夠實現 跟蹤反應歷程，檢測反應中間體等優點。若將內外反射紅外光譜技術聯用可以提供更多有 關反應機理等的信息。目前兩種模式只能單獨使用，即各自需要不同的光路系統和電解池 裝置，因而不易實現內反射模式和外反射模式之間簡便轉換。同時需指出的是，由于納米 結構薄膜的采用，在表面紅外光譜中可出現所謂的表面增強紅外吸收效應，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 了設計內外反射可切換的表面紅外光譜附件系統的必要性。本發明提出一種新型表面紅外光譜池系統，該系統簡單易行，即內反射技術和外反射 技術利用相同的光路系統和光譜池裝置，可以實現內反射模式和外反射模式之間簡便轉 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.
發明內容
本發明的目的在于提出一種新型內外反射合一的表面紅外光譜池裝置，要求該裝置簡 單易行，可以簡便實現內反射模式和外反射模式之間轉換。本發明提出的表面紅外光譜池裝置，其結構如圖l所示，該光譜裝置由內反射模式對 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。本發明提出的新型表面紅外光譜池系統，可用于內反射模式，又可用于外反射模式， 方便實現內外反射之間的轉換。本裝置可用以檢測電化學實時紅外光譜信號，結構簡單穩 定，方便易行。
下面結合附圖和具體實例對本新型表面紅外光譜池系統進一步說明。 圖l是本新型表面紅外光譜光學裝置結構示意圖。 圖2是本裝置中內反射模式的一個實例光譜圖。 圖3是本裝置中內反射模式的另一個實例。圖4是對應圖3電流和vCOh vOH和vCOB積分強度隨電極電位變化關系圖。圖5是本裝置中外反射模式的一個實例光譜圖。圖6是本裝置中外反射模式的另一個實例。圖7是對應圖6電流和vCOL和vC02積分強度隨電極電位變化關系圖。圖中標號l為內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為內反射模式硅紅外窗口或者外反射氟化鈣紅外窗口。
具體實施方式
本裝置具體結構主要由電解池、參比電極、對電極、硅半圓柱(內反射模式)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)內反射模式①首先在硅片表面化學鍍上金納米薄膜，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，這就組成了電化學光譜測試的三電極體系。圖2是內反射模式中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是內反射模式中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中的動力學紅外光譜圖，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是對應圖3中Pt電極在CO飽和的0.1 MHC104溶液中(實線)禾口O.l MHCKV溶液中 (虛線)電流以及vCOL、 vOH和vCOB積分強度隨電極電位變化關系圖。vCOL、 vOH和vCOb 積分強度隨著CO在Pt表面的氧化逐漸地變弱。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(實線)和O.l MHCKV溶液中 (虛線)電流以及vCOl和vC02積分強度隨電極電位變化關系圖。
權利要求
1、一種內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、 根據權利要求l所述內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
本發明屬于紅外光譜技術領域，具體為一種內外反射可切換的表面紅外光譜池裝置。該光譜裝置由內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可用于內反射模式又可用于外反射模式，轉換方便。本裝置可用以檢測電化學實時紅外光譜信號，結構簡單穩定，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 優先權日2007年7月26日
發明者嚴彥剛, 蔡文斌, 薛曉康 申請人:復旦大學