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原位电化学红外
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项目简介
原位电化学红外光谱是将电化学测量方法和红外光谱技术相结合，实时监测气-液-固三相界面处发生的反应，在分子水平上获得反应物、目标产物、电极表面成键、中间体等信息。根据入射模式不同将红外光谱分为透射模式（Transmission mode）和反射模式（Reflection mode），原位电化学红外常用的是反射模式，反射模式又可以分为IRAS或IRRAS外反射模式外反射模式和内反射模式。
外反射模式（图a）一般是将光滑电极（玻碳电极，光滑金属电极或FTO等）或将电催化剂滴涂或电沉积到光滑电极上，压到红外窗口上形成一层电解液薄层（1-10微米），红外光束穿过光学窗口经过电解液薄层，然后在电极表面反射红外光，最后到达红外检测器， 外反射模一般选用CaF2窗片，窗片的形状一般为厚度2mm左右的圆片；外反射模式的特点是可以直接测试片状样品，能看到溶液相的变化，但是信号不强、测试时间不能太长，不然薄层里的反应物会被消耗，而且电极最怕产气。
内反射模式进一步分为Kretschmann模式（又称为ATR-SEIRAS模式）和OTTO模式，ATR-SEIRAS模式（图b）是在ATR晶体（ZnSe, Si, Ge）平面上化学镀或真空镀一层岛状金属膜，在金属膜上底涂或电沉积催化剂，金属膜作为导电基底，同时作为表面增强剂，使催化剂表面吸附分子的红外信号会比没有金属膜时的信号增强10-1000倍。 这称为表面增强红外效应，即SEIRAS，特别适用于对吸附态、中间态的检测。
内反射Otto薄层模式（图c）与外反射构造类似，区别是内反射Otto薄层模式下一般选用ZnSe，Ge，Si等衰减全反射晶体窗片，窗片和催化剂之间存在狭缝，狭缝的宽度非常小，大约几十到几百个纳米，是基于ATR的反射原理，操作难度比较大。OTTO的优势是实现镜面光滑或粗糙表面催化剂（如碳纸或泡沫镍负载型）可以测内反射模式，可以测检测吸附态和溶液相里的信号。
目前原位电化学红外光谱技术主要应用在以下研究方向方向：
- 电催化研究：
- 研究电催化剂的表面吸附过程；监测电催化反应过程中的中间体；理解电催化机理和动力学；
- 电池和超级电容器：
- 在充放电过程中监测电极材料的变化；跟踪电合成反应中的反应物和产物；优化电合成条件，提高产率和选择性；
- 生物电化学：
- 研究生物分子在电极表面的吸附行为；监测生物电化学反应过程中的分子构象变化；
- 燃料电池和电解水：
- 研究燃料电池运行过程中的物质变化；优化电解水制氢和氧气的效率；
- 材料科学：
- 研究材料在电场作用下的结构变化；分析导电聚合物在电化学合成和加工过程中的变化。
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结果展示
为了在分子水平上深入了解EG - GA转化过程中的反应机理，作者在科学指南针进行了原位电化学红外光谱检测，设备型号是采用配备有液氮冷却的MCT检测器的Thermo Nicolet 8700。在 1.0 M KOH 和 1.0 M EG 中，以 100 mV 的间隔，在 0 至 1.2 V（相对于 RHE）的电位范围内记录了原位傅立叶变换红外光谱。1,660 cm-1 处的峰属于 2-羟基乙酰基（*OC-CH2OH）中间体，被认为是从 EG 到 GA 的转化过程中的关键中间体。1,236 cm -1 处的峰归属于 GA 的 C-O 伸缩振动。1,411 cm-1 处的键对应于 GA 中 COO- 的对称伸缩振动。1,326 和 1,580 cm-1 处的峰属于 GA 的 COO- 的对称伸缩和反对称伸缩，1,076 cm-1 处的峰可归因于来自草酮和 GA 物种的醛（-CHO）的 伸缩振动。1,307 和 1,340 cm-1 处的光谱带归属于草酸盐和碳酸盐（CO32-）。如图E和F所示， Pd67Ag33上的1,076和1,580 cm−1波段出现在0.5 V vs. RHE下，低于Pd (0.6 V vs. RHE)，表明Pd67Ag33在EG - GA转换中表现出减弱的能量势垒。同时，Pd和Pd67Ag33的原位FTIR光谱比较发现，GA(1,076、1,236、1,326、1,411和1,580 cm−1)在Pd67Ag33上的信号显著增强，而不良产物相关波段(1,307和1,340 cm−1)的强度没有明显变化。这一结果进一步阐明了Pd67Ag33上GA选择性的提高，与NMR结果一致。
样品要求
电催化体系粉末准备20 mg以上，电极片尺寸10*10mm，厚度不超过1mm，需要致密平整；电池体系粉末准备100mg以上；
