[实用新型]一种原位电催化反应池及包括其的测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料结构-性能一体化原位表征领域，更具体涉及一种原位电催化反应池及包括其的测试装置。

背景技术

近年来，雾霾、沙尘等恶劣天气现象不断出现在我们的日常生活中，其中持续高发且越来越严重的雾霾成为人们普遍关注的焦点。雾霾的形成来自于多种因素，而汽车尾气和燃煤废气则是其中最为重要的来源。因此，如何发展新型绿色环保的能源技术对于改善现有环境显得尤为重要。就在刚刚闭幕的两会中提到的第十三个五年规划纲要草案中包含了未来五年计划实施的100个重大工程及项目，发展储能及分布式能源、提高新能源汽车产量、销量就位列其中。在这些技术中，电催化化学反应是实现这些能源技术很关键的一个组成部分。电催化反应是一类以电为驱动的催化反应，具体而言是使电极、电解质界面上的电荷转移加速反应的一种催化作用。因此，电催化反应涵盖了氧化、还原等多种反应体系，主要应用于有机污水的处理、重金属废水的降解、燃气废气的脱硫处理、汽车尾气的还原等等方面。

而在电催化反应体系中，作为电催化反应主体部分的电极催化剂的研究更是人们普遍关注的重中之重。这些电极催化剂包括有：常用的为商业Pt/C、Pd、 Au、Ag等贵金属及合金、过渡金属大环化合物(大环配体有酞菁、卟啉等，中心金属离子包括Fe、Co、Ni等)，杂原子掺杂碳材料(N、P、B、O、F等杂原子单掺杂或共掺杂)，过渡金属氧化物(尖晶石、钙钛矿等)，过渡金属氮(氧) 化物、过渡金属硫化物以及金属嵌入式的碳材料等等。这些材料都有其本身的优缺点，如最受欢迎的Pt电极却一直受到其高昂成本和利用率的限制，如何降低其用量和提高原子利用率是目前研究的重点。因此，研究电催化反应过程中电极材料的结构组成变化、明晰电化学反应过程中的活性位点，掌握其动力学反应机制，对进一步提高催化剂效率，降低其成本具有重要意义。

同步辐射X射线吸收谱技术在过去的电极材料研究中，与其他表征手段，如电子显微镜、X射线衍射仪、核磁共振仪等发挥了极其重要的作用。然而，随着对材料结构性能的进一步深入研究，从原子、分子尺度上实时、原位地获取电催化反应过程中催化剂的反应活性位点和反应动力学机制等动态信息显得更加重要。特别是受限于非原位测试中，对于类似高指数晶面这一类极特殊的催化机理，我们仍然无法给出很好的解释机理，这也对进一步优化催化剂的结构产生了极大的干扰。

因此发展基于X射线吸收谱的原位电催化技术不仅能够很好地再现电催化本征的反应特性，还能够实现充放电过程中同步采集催化剂和反应产物的电子结构和几何结构信息，从而为更好地理解其动力学机制提供更加有效的信息。发展基于同步辐射X射线吸收谱的原位电催化反应测试装置可以模拟真实电催化反应过程，还能够在线实时监测反应过程中催化剂、反应产物的每一种结构变化，真正建立并掌握其动力学反应机制，而发展同步辐射X射线吸收谱的原位电催化反应测试装置的重点就是制造方便测试的原位电催化反应池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种可应用于不同电化学反应体系中催化剂主体材料的实时的、在线测试的原位电催化反应池。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种原位电催化反应池，包括样品池。

样品池包括依次紧密贴合的第一池体、第二池体、样品压片和压板。

第一池体的前侧中心设有电解槽，顶部设有与电解槽相通的对电极插孔和参比电极插孔，左右两侧部稍低于电解槽的高度处分别设有第一进气口和第一出气口，第一进气口向内设有第一进气通路，第一出气口向内设有第一出气通路。

第二池体的前侧中心设有与电解槽外周尺寸一致的H型通孔，在H型通孔的后侧设有一个与电解槽的轮廓一致的沉槽，第二池体的顶部设有工作电极插孔，左右两侧部稍低于H型通孔的翼部处分别设有第二进气口和第二出气口，第二进气口向内设有第二进气通路，第二出气口向内设有第二出气通路。

样品压片通过螺钉将涂有样品的基底固定在H型通孔的腹部，螺钉的螺杆末端连通工作电极插孔。

压板的中部设有跑道型通孔，跑道型通孔的长度小于涂有样品的基底的宽度。

优选地，第一池体上还设有容纳垫圈的第一容置空间，第一容置空间设置在电解槽的外周，第一容置空间的开口方向与电解槽的槽口方向一致。

优选地，第二池体上还设有容纳垫圈的第二容置空间，第二容置空间设置在H型通孔的外周，第二容置空间的形状与第一容置空间的形状相同。