一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于導(dǎo)電高分子聚合物摻雜反應(yīng)、金屬腐蝕與防護(hù)、電極固液界面吸附等研宄領(lǐng)域的電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜阻抗聯(lián)用分析裝置及方法。通過頻率域內(nèi)對電化學(xué)三電極體系中的工作電極同時進(jìn)行電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜阻抗測量研宄，確認(rèn)復(fù)雜固液界面反應(yīng)中電極表面產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或吸附物，對電化學(xué)等效電路中引入的中間產(chǎn)物有效性提供佐證。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)阻抗譜是給要研宄的電化學(xué)體系施加一個頻率不同的小振幅的交流電壓信號，測量交流電壓隨頻率的變化與電流信號的比值，或者是阻抗的相位角Φ隨頻率ω的變化，進(jìn)而可以分析電極過程動力學(xué)、雙電層和擴(kuò)散等，研宄電極材料、固體電解質(zhì)、導(dǎo)電高分子以及腐蝕防護(hù)等反應(yīng)過程和機(jī)理，但此技術(shù)無法識別在反應(yīng)過程中電極表面形成的中間產(chǎn)物(吸附、脫附)。紫外可見吸收光譜分析法是一種強(qiáng)大的材料表征技術(shù)，能提供物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)信息，每個吸收峰會和某一固定化學(xué)鍵相匹配，這些都是在電化學(xué)阻抗譜測量中得不到的信息。
[0003]因此，如果能把電化學(xué)阻抗譜和紫外可見吸收光譜分析法動態(tài)聯(lián)用，可以對電化學(xué)反應(yīng)模擬電路的建立提供有力的支持。因?yàn)樵谠S多復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理中，都會用中間產(chǎn)物對電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行模擬，紫外可見吸收光譜的引入，可以對模擬中引入的中間產(chǎn)物進(jìn)行確認(rèn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的測量裝置與分析方法，其特征在于該測量裝置包括電化學(xué)工作站、紫外可見吸收光譜儀、信號收集/分析儀、光譜電解池和微型計(jì)算機(jī)組成，通過在頻率域內(nèi)對電化學(xué)三電極體系中的工作電極同時進(jìn)行電化學(xué)阻抗和紫外可見分光測量研宄，確認(rèn)復(fù)雜固液界面反應(yīng)中電極表面產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或吸附物，對電化學(xué)等效電路中引入的中間產(chǎn)物有效性提供佐證。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟:
[0006]I)采用標(biāo)準(zhǔn)三電極體系，光譜電解池的光學(xué)窗口采用石英玻璃，工作電極與光學(xué)窗口平行，并垂直于入射光源；
[0007]2)用數(shù)據(jù)分析處理軟件對即時獲得的紫外可見特征光譜進(jìn)行分峰并做積分運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給信號分析儀；
[0008]3)對電化學(xué)系統(tǒng)建立等效電路模型；
[0009]4)對等效電路模型中的電化學(xué)阻抗參數(shù)(電阻，電容，電感)進(jìn)行數(shù)值模擬；
[0010]5)對紫外可見吸收光譜阻抗進(jìn)行數(shù)值模擬，對等效電路中出現(xiàn)的中間產(chǎn)物進(jìn)行確認(rèn)；
[0011]6)對比上述兩種阻抗的模擬結(jié)果，修正系統(tǒng)反應(yīng)歷程。
[0012]本發(fā)明中，對電化學(xué)系統(tǒng)等效電路模型的建立依據(jù)Randle電路規(guī)則。
[0013]本發(fā)明中，對等效電路模型中的電化學(xué)阻抗參數(shù)(電阻，電容，電感)的數(shù)值模擬采用最小二乘法擬合原理。
[0014]本發(fā)明中，數(shù)據(jù)分析處理軟件可以對得到的吸收光譜做扣除噪音背景、分峰、積分、數(shù)模轉(zhuǎn)換運(yùn)算。
[0015]本發(fā)明中，可見吸收特征峰強(qiáng)度(AIntensity)隨工作電極上施加電壓(AU =U0Sinot)的變化而變化，紫外可見光譜峰強(qiáng)度和電壓信號同時遵守因果性條件，線性條件，穩(wěn)定性條件。
[0016]本發(fā)明中，信號收集/分析儀測量分別測量和計(jì)算電壓與電流，電壓與紫外可見光譜峰強(qiáng)度隨正弦波頻率ω變化的比值，電壓與電流比值即為系統(tǒng)的電化學(xué)阻抗ΛΕ/AL.電壓與紫外可見光譜峰強(qiáng)度比值即為系統(tǒng)的紫外可見光譜阻抗Λ E/Λ Intensity。
[0017]本發(fā)明對于復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng):導(dǎo)電高分子聚合物摻雜、金屬腐蝕與防護(hù)、電極固液界面的反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)歷程研宄有很好的支持作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1為電化學(xué)阻抗、石英微天平阻抗同時測量裝置示意簡圖；圖中:1、紫外可見吸收光譜儀，2、紫外-可見吸收峰強(qiáng)度/電壓轉(zhuǎn)換儀，3、電化學(xué)工作站，4、信號分析/收集儀器，5、信號發(fā)生器，6、電化學(xué)電解池。
具體實(shí)施方案
[0019]實(shí)施例1:
[0020]用真空蒸鍍法在新鮮解離的云母片表面沉積一層厚度為10nm的金薄膜，隨后在H2SO4 0.5M，苯胺0.15M的溶液中用電化學(xué)方法在金薄膜上沉積厚度為50nm的聚苯胺薄膜，將聚苯胺薄膜依次用PH I和3的硫酸溶液沖洗干凈，轉(zhuǎn)移到光譜電解池中并注入K2SO4 0.01M, pH3的電解液，按照圖1的方式連接光譜電解池、電化學(xué)工作站、紫外可見吸收光譜儀、信號收集/分析儀，啟動電化學(xué)阻抗和光譜儀工作程序，在電化學(xué)阻抗測試的同時進(jìn)行紫外-可見光譜阻抗測量，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電壓振幅10mV，頻率60k-0.0lHz,分別在-0.1,-0.2,-0.3,-0.4V vs Ag/AgCl電壓進(jìn)行電化學(xué)阻抗、紫外_可見光譜阻抗同時測量。對聚苯胺的電化學(xué)阻抗的結(jié)果按照電化學(xué)等效電路進(jìn)行數(shù)值模擬，用紫外-可見光譜阻抗結(jié)果鑒定電化學(xué)等效電路中引入的中間產(chǎn)物，確認(rèn)聚苯胺氧化還原反應(yīng)在PH3條件下的反應(yīng)機(jī)理和歷程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法。其特征在于該測量裝置包括電化學(xué)工作站、紫外可見分光光度儀、信號收集/分析儀、光譜電解池和微型計(jì)算機(jī)組成，通過在頻率域內(nèi)對電化學(xué)三電極體系中的工作電極同時進(jìn)行電化學(xué)阻抗和紫外可見分光測量研宄，確認(rèn)復(fù)雜固液界面反應(yīng)中電極表面產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或吸附物，對電化學(xué)等效電路中引入的中間產(chǎn)物有效性提供佐證。
2.按權(quán)利要求1所述的電化學(xué)阻抗、紫外可見吸收光譜阻抗同時測量裝置，其特征步驟依次如下: 1)采用標(biāo)準(zhǔn)三電極體系，光譜電解池的光學(xué)窗口采用石英玻璃，工作電極與光學(xué)窗口平行，并垂直于入射光源； 2)用數(shù)據(jù)分析處理軟件對即時獲得的紫外可見特征光譜進(jìn)行分峰并做積分運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給信號分析儀； 3)對電化學(xué)系統(tǒng)建立等效電路模型； 4)對等效電路模型中的電化學(xué)阻抗參數(shù)(電阻，電容，電感)進(jìn)行數(shù)值模擬； 5)對紫外可見吸收光譜進(jìn)行數(shù)值模擬，對等效電路中出現(xiàn)的中間產(chǎn)物進(jìn)行確認(rèn)； 6)對比上述兩種阻抗的模擬結(jié)果，修正系統(tǒng)反應(yīng)歷程。
3.按權(quán)利要求1和2所述的一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法，其特征在于，光譜電解池的光學(xué)窗口采用石英玻璃，工作電極與光學(xué)窗口平行，并垂直于入射光源。
4.按權(quán)利要求1和2所述的一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法，其特征在于，用自開發(fā)數(shù)據(jù)分析處理軟件可以對即時獲得的吸收光譜做扣除噪音背景、分峰、積分、數(shù)模轉(zhuǎn)換運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給信號分析儀。
5.按權(quán)利要求1和2所述的一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜阻抗聯(lián)用的分析裝置及方法，其特征在于，可見吸收特征峰強(qiáng)度(AIntensity)隨工作電極上施加電壓(AU =U0Sinot)的變化而變化。
6.按權(quán)利要求1或2所述的一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜阻抗聯(lián)用的分析裝置及方法，其特征在于，在測量電化學(xué)阻抗的過程中，即時獲得相應(yīng)頻率的紫外可見吸收光譜阻抗。
7.按權(quán)利要求1和2所述的一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法，其特征在于，在電化學(xué)阻抗測量的過程中，即時獲得相應(yīng)頻率的吸收特征峰強(qiáng)度(質(zhì)量)阻抗。本發(fā)明對于復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng):導(dǎo)電高分子聚合物摻雜、金屬腐蝕與防護(hù)、電極固液界面的反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)歷程研宄有很好的支持作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜聯(lián)用的分析裝置及方法。本發(fā)明的測量裝置是將現(xiàn)有的電化學(xué)工作站和紫外可見吸收光譜儀通過信號收集/分析儀器連接，通過頻率域內(nèi)對電化學(xué)三電極體系中的工作電極同時進(jìn)行電化學(xué)阻抗和紫外可見吸收光譜阻抗測量研究，確認(rèn)復(fù)雜固液界面反應(yīng)中電極表面產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或吸附物，對電化學(xué)等效電路中引入的中間產(chǎn)物有效性提供佐證。本發(fā)明對于復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)：導(dǎo)電高分子聚合物摻雜、金屬腐蝕與防護(hù)、電極固液界面的反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)歷程研究有很好的支持作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01N27-26, G01N21-31
【公開號】CN104569090
【申請?zhí)枴緾N201410839722
【發(fā)明人】王曉東, 呂志榮, 葉嘉明, 周海夢
【申請人】浙江清華長三角研究院蕭山生物工程中心
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日