[发明专利]电化学性能检测系统和光电化学性能检测系统

说明书

本发明公开了一种电化学性能检测系统，包括工作站和液体传输部件；工作站包括电化学池，电化学池上设置有弹性元件、第一通孔和第二通孔；弹性元件的伸缩方向与第一通孔的开口方向一致；第一通孔上设置有密封圈；第二通孔通过液体输送管道与液体传输部件连接，使得液体能够从第二通孔流入和/或流出电化学池。本发明还公开了一种光电化学性能检测系统，其包括上述电化学性能检测系统和光源部件；光源部件包括光束传导元件；光束传导元件被设置为伸入电化学池，并使得其所传导的光束通过第一通孔照射在样品上。本发明所涉及的检测系统大大解放人力，使用自动化的手段取代人工，极大地避免了人工操作引起的失误，更加可靠和稳定。

技术领域

本发明属于电化学和光电化学检测领域，尤其涉及一种电化学性能检测系统和一种光电化学性能检测系统。

背景技术

随着地球上石油、天然气和煤炭等化石资源的日渐枯竭，人类不断探索新型清洁能源的开发和利用。在新能源领域中，氢能以其在自然界中储量丰富，广泛地存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中，并且燃烧后只生成水的特性，被普遍认为是一种非常理想的新型清洁能源。然而传统的制氢方法要消耗巨大的常规能源，因此限制了氢能的使用。自上个世纪70年代，日本科学家Fujishima和Honda发现了以光催化材料作为媒介，利用取之不尽的太阳能来分解水而制备氢气和氧气的光催化技术，随之极大地促进了氢能源的开发和应用。伴随新能源新材料科技的发展，科学家将电化学原理与光照进行结合来共同催化和分解水而制备氢气和氧气，简称光电催化(PEC)。这一技术将产氢气和氧气分别在反应体系的工作电极和对电极上进行，有利于气体收集。同时通过施加外部偏压而形成内部电场，极大地提高了光生电子与空穴的分离效率。因此，光电催化技术逐渐在太阳能利用、环境保护和新型功能材料领域发挥起越来越大的作用。光催化剂种类繁多，不同材料的性能具有明显差异，如何快速而便捷地评价和筛选出性能优异并适合不同需求的催化剂逐渐成为研究热点。与此同时，电催化技术即通过太阳光伏发电结合电催化裂解水制氢的技术也获得广泛关注，与光电催化一样成为太阳能制氢的一个有效手段。而目前裂解水的最有效的电极材料是铂电极，但是铂电极的成本极为高昂，不是一种理想的工业化电极材料。所以开发廉价而且有效的裂解水的催化电极材料的研发也是清洁能源领域的重点之一。

1970年，Hanak首先提出“多样品实验”的概念，基本思想是通过一次实验合成完整覆盖多组分材料体系中不同成分组合的样品阵列，随后利用高效分析测试手段快速获取阵列中各样品的成分、结构以及性能数据，最后再通过计算机进行数据处理从而筛选出最优组合。2011年6月，美国总统巴拉克·奥巴马在卡耐基·梅隆大学的演讲中宣布实施“先进制造业伙伴关系”计划，材料基因组计划是其中的一个重要部分，其总体目标是：“将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍”。这一计划的实现主要通过构建计算工具平台、实验工具平台和数据库及信息平台。

评价薄膜催化电极的性能主要是通过构建光催化以及电催化反应平台。目前市场单点的电催化以及光催化的化学反应池有很多种，也比较成熟。但是单个反应池的缺点是当有不止一个样品的时候，每个样品的测试都需要安装，固定、加液、设置电化学扫描的参数、手动斩波、手动设置单色光进行IPCE(入射光转化为光电子的量子效率)测试等等，过程繁琐而漫长。目前市场上还没有可以进行批量测试的光电催化(电催化)评价装置，评价批量样品将是极为繁重的科研任务。尤其是高通量制备技术的发展，往往是几十个上百个样品的表征，人工重复表征多量样品的时候经常会因为疲倦而导致操作失误等等。

发明内容

目前评价和筛选催化剂的性能主要是通过构建光电催化和/或电催化实验平台，而通过结合材料基因组计划的“组合实验”思想，搭建具有集成自动化的高通量光电催化以及电催化的实验平台，将会更好地实现快速便捷地筛选和评价性能优异的催化剂材料。但是在高通量自动化过程中，首先要解决的问题是电解液的流入和流出，以及电化学池在样品上的定位如何避免电解液的泄露。