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原位电化学红外光谱

电催化原位电化学红外附件

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图1:电催化原位电化学红外附件

电化学原位红外光谱分析是红外分析技术的一个重要分支,能够定性分析电催化(如CO2电还原等)反应、各种类型电池(如锂离子、锂硫电池等)充放电过程中电极表面的产物或中间产物随时间(电位)不断变化的趋势,是研究电化学反应机理以及电化学反应动力学的重要手段之一。

一 基本原理:

内反射模式:

(1)在单晶硅(Si)上化学镀或真空镀一层纳米金膜,纳米金属膜具有表面增强效应。

(2)纳米金膜可作为导电基底,在导电基底上滴涂或电沉积上电催化剂,作为工作电极。

(3)表面增强红外,可得到电催化剂吸附态产物以及中间产物信息。

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图2:内反射模式基本原理

外反射模式:

(1)在基底电极(GCE)表面电沉积或滴涂电催化剂作为工作电极。

(2)工作电极距离晶体的距离可以调节。

(3)晶体可选GeZnSeCaF2Si等。

 blob.png

图3:外反射模式基本原理

二 附件组成:

(1)红外光谱仪主机适配底板,适配主流红外光谱仪。

(2)平面镜加曲面镜。

(3)入射角度调节系统。

(4)衰减全反射晶体。

(5)玻璃电化学池(单池或H型池)以及PEEK外反射池

(6)电极(玻碳电极、对电极、参比电极)

(7)距离调节系统。

 

三 主要特点:

(1)可变入射角光学台,30-80度连续可调,以保证不同电催化剂处于最大光通量状态。

(2)衰减全反射晶体上具有一层增透膜,光通量增大10%以上

(3)电化学池密封性能好,可通入反应气体。

(4)晶体拆卸简单,方便打磨清洗。

(5)晶体种类可选,如SiCaF2ZnSe等。

(6)电化学单池或H型池,切换方便。

(7)提供现场技术服务。

(7)可根据客户需求定制反应池并提供可行性方案。

 

四  ATR Crystal characteristics for FTIR sampling

Crystal

pH range

Spectrum range(cm-1)

Diamond

1-14

250/525-4000

Ge

1-14

575-5000

Silicon

1-12

1200-8900

ZnSe

5-9

525-15000

CaF2

5-8

1100-7700


 
应用案例

1.Likun Xiong, Xiang Zhang, and Yang Peng*.Breaking Linear Scaling Relationship by Compositional and Structural Crafting of Ternary Cu-Au/Ag Nanoframes for Electrocatalytic Ethylene Production. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202012631.

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Four major peaks can be explicitly discerned from the serial IR spectra between 1450 and 2150 cm-1. The band at 2075 cm-1 emerging from -0.5 VRHE is attributed to the C≡O stretching mode of linear-bonded CO adsorbates (COad,L)[26], reaching its maximum intensity at -1.0 VRHE and then decreasing again at lower potentials. This indicates the initial formation of CO intermediates and subsequent transmutation into other hydrocarbons at more negative bias.


2.Yanrong Xue,  Jinjie Fang,Zhongbin Zhuang*,A highly-active, stable and low-cost platinum-free anode catalyst based on RuNi for hydroxide exchange membrane fuel cells. NATURE COMMUNICATIONS https://doi.org/10.1038/s41467-020-19413-5

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In-situATR-SEIRAS spectra recorded during stepping the potential from 0.2 to −0.15 V vs. RHE in H2-saturated 0.1 M KOH electrolyte for a-b Ru/C, c-d Ru7Ni3/C and e-f Acid-Ru7Ni3/C.







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