一种电催化原位穆斯堡尔谱样品池及应用

技术领域

本申请涉及一种电催化原位穆斯堡尔谱样品池及应用，属于电化学催化技术领域。

背景技术

铁、锡基催化剂在电催化领域发挥着重要的作用，而多种高分辨谱学原位表征的引入，可以明确催化剂的真实结构，监测催化剂的动态反应过程，明晰催化反应机理，是指导开发具有高性能的催化剂的关键。其中，原位XAS是识别催化位点的电子结构和配位结构最重要技术之一。但是由于催化反应过程和多相催化剂体系的复杂性，原位XAS通常只能提供催化中心的结构和价态的平均信息。

穆斯堡尔谱的能量分辨率极高，可以定量的获取铁/锡基催化剂活性中心的配位结构，自旋态，价态等信息。利用原位穆斯堡尔谱的优势，可以监测催化剂的动态反应过程，优化反应路径，对高性能催化剂的开发有指导意义。

因此，合适的原位池的设计是至关重要的，所设计的原位池需要尽可能的还原催化剂的真实反应状态，并且减少对γ射线的削弱。

发明内容

本发明旨在提供一种H型电催化原位穆斯堡尔谱样品池，该原位池避免了阳极的析氧反应所带来的影响，适合不同朝向的光源以及不同元素(Fe/Sn),也适用于常温常压下的不同电催化反应(CO

本申请的一个方面，提供一种电催化原位穆斯堡尔谱样品池，所述电催化原位穆斯堡尔谱样品池包括质子交换膜、工作电极池腔体、对电极池腔体；

所述工作电极池腔体与所述对电极池池腔体水平固定连接；

所述工作电极池腔体与所述对电极池池腔体相连的腔壁上设有通孔；

所述通孔处设有凹型槽，所述质子交换膜位于凹型槽内。

可选地，所述电催化原位穆斯堡尔谱样品池还包括密封圈，位于所述凹型槽内，所述质子交换膜的两侧均由垫圈固定。

可选地，所述工作电极池腔体内设有电解液、工作电极、参比电极、导气管；

所述工作电极、参比电极、导气管均位于电解液的液面以下；

所述对电极池池腔体内设有电解液、对电极；

所述对电极位于电解液的液面以下。

所有电极均通过导线与电化学工作站相连接，工作电极中上部由导电铜胶带缠绕之后，再与电极夹相接。

可选地，所述工作电极池腔体包括上端盖I；所述上端盖I设有用于安装参比电极、对电极及导气管的多个通孔；

所述对电极池腔体包括上端盖II，所述上端盖II设有用于安装对电极的安装孔；

所述对电极池腔体外侧面开设有延伸至所述工作电极池腔体内侧面的通孔，用于固定对电极池腔体和工作电极池腔体；

或所述工作电极池腔体侧面开设有延伸至所述对电极池腔体内侧面的通孔，用于固定对电极池和工作电极池。

可选地，所述工作电极池或对电极池腔体侧面均开有带螺纹的通孔，并且通过螺纹以及配套螺钉将工作电极池与对电极池连接，

可选地，所述工作电极池腔体的腔壁上设有盲孔，为光源照射区域。

工作电极的位置均靠近工作电极池开盲孔的位置，

可选地，所述盲孔设于所述工作电极池腔体的下腔壁的外端面时：

所述工作电极池腔体包括上端盖I；所述上端盖设有用于安装气液比调控旋钮的螺纹孔和与所述螺纹孔相适应的气液比调控旋钮；

所述盲孔与所述螺纹孔位于同一轴线位置。

该气液比调控旋钮可以调节高度，尽可能靠近工作电极并且固定工作电极，减少电极与旋钮之间的液体，减少γ射线在液体中的削弱。

可选地，所述工作电极位于所述下腔壁的内端面，与盲孔位置相适应，与所述光源照射的光路垂直。

可选地，所述盲孔设于所述工作电极池腔体的外侧壁时：

所述工作电极位于所述工作电极池腔体内、与所述光源照射的光路垂直；

所述对电池腔体的中上部设有通孔，使γ射线穿过对电极池时无需经过液体，减少液体对其的削弱；

所述通孔与所述盲孔相适应。

可选地，所述参比电极选自饱和甘汞电极、饱和银/氯化银电极中的至少一种；

所述对电极选自铂片、铂丝、铂网、碳棒中的一种。

可选地，所述电催化原位穆斯堡尔谱样品池的腔体材料选自高分子材料聚醚醚酮、聚四氟乙烯、尼龙、有机玻璃中的至少一种。

本申请的另一个方面，提供一种上述的电催化原位穆斯堡尔谱样品池在电催化反应中的应用，其特征在于，述电催化反应包括二氧化碳还原反应、氮气还原反应中的至少一种。

本申请能产生的有益效果包括：

本发明中H型电催化原位穆斯堡尔谱样品池拆卸简单，并且容易操作。

该原位池的特点在于将工作电极池与对电极池进行了分割，避免了对电极析氧反应的影响，在反应过程中存在气液两相的流动以及质子的迁移，模拟了真实的反应条件。在反应过程中，对电极池气液比调节旋钮极大的缩减了催化剂表面液体层的厚度，池子外侧的的盲孔也缩减了γ射线穿过腔体的厚度，减少了γ射线的衰弱，从而缩减了测试时长。另外也适用于不同光源元素以及不同方向的光源。

附图说明

图1为实施例1中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池设计图。

图2为实施例1中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池剖面图。

图3为实施例1中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池实物图。

图4为实施例2中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池设计图。

图5为实施例2中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池剖面图。

图6为实施例2中盲孔位于样品池底面的原位穆谱池实物图

其中：

1、工作电极池I；2、对电极池I；3、气液比调节旋钮；4、盲孔I；5、圆形凹槽；6、工作电极池II；7、对电极池II；8、盲孔II；9、压块；10、质子交换膜。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

实施例1

电催化CO

参照图1～3所示，带有气液比调节旋钮的为工作电极池，不带的为对电极池。工作电极由工作电极池顶盖与腔体之间的空隙插入，并且位于气液比调节旋钮的正下方，参比电极以及导气管由工作电极池顶盖上方较小的通孔垂直插入直至电解液液面以下。对电极由对电极池顶盖上方较小通孔垂直插入。

具体设计方法如下：

(1)腔体：材料选择稳定性较好，耐高温，耐电解液的，有一定机械强度以及透光性的的聚醚醚酮。

(2)腔体内部空腔：腔体上方顶盖开有通孔，用于固定参比电极、对电极以及导气管，工作电极池I1上方带有内螺纹的通孔螺合带有外螺纹的气液比调节旋钮3，用于固定工作电极。工作电极池底部开有盲孔I4，用于缩短射线所需穿过的腔体厚度。对电极池I2侧面开有带内螺纹的通孔，延伸至工作电极池侧面，通过螺钉固定结合。

(3)密封垫圈位于工作电极池与对电极池相结合的腔体内测所开的圆形凹槽5内。

(4)质子交换膜10位于两个密封垫圈中间。

(5)工作电极一侧涂有5mg/cm

(6)工作电极涂有催化剂的一侧朝上，未涂催化剂的一测紧贴腔体底部。中上部缠绕导电铜胶带，由工作电极池顶盖与腔体之间的空隙迁出，连接电极夹与电化学工作站连接。

(7)饱和甘汞电极由工作电极池上方所开通孔垂直插入至液面以下。铂片由对电极池上方所开通孔垂直插入至液面以下。导气管由工作电极池顶盖上方通孔插入至电解液液面以下，接近工作电极涂有催化剂的一侧。

(8)原位穆斯堡尔谱所涉及的γ射线在工作电极池所开盲孔下方从下往上照射。

改变施加电位，记录相对应的穆谱信号。

实施例2

电催化CO

参照图4～6所示，参照图5中，对电极池II7，工作电极池II6，工作电极，参比电极以及导气管由工作电极池顶盖上方的通孔垂直插入直至电解液液面以下。对电极位于对电极池。

具体设计方法如下：

(1)腔体：材料选择稳定性较好，耐高温，耐电解液的，有一定机械强度以及透光性的聚四氟乙烯。

(2)腔体内部空腔：腔体上方顶盖开有通孔，用于固定参比电极、工作电极以及导气管。对电极池II7中上部开有通孔，工作电极池II6外侧开有盲孔II8，用于缩短射线所需穿过的腔体厚度。对电极池侧面开有带内螺纹的通孔，延伸至工作电极池侧面，通过螺钉固定结合。

(3)密封垫圈位于工作电极池与对电极池相结合的腔体内测所开的圆形凹槽5内。压紧块9位于对对电极池中下部，用于压紧密封垫圈。质子交换膜10位于两个密封垫圈中间。

(4)工作电极一侧涂有5mg/cm

(6)工作电极涂有催化剂的一侧朝左，未涂催化剂的一测紧贴工作电极池右侧盲孔对应位置。中上部缠绕导电铜胶带，连接电极夹与电化学工作站连接。

(7)饱和甘汞电极由工作电极池上方所开通孔垂直插入至液面以下。铂片由对电极池上方插入至液面以下。导气管由工作电极池顶盖上方通孔插入至电解液液面以下，接近工作电极涂有催化剂的一侧。

(8)原位穆斯堡尔谱所涉及的γ射线在工作电极池所开盲孔右侧从右至左穿过样品池。

改变施加电位，记录相对应的穆谱信号。

本专利可用于

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。