專利名稱：電化學(xué)池、電化學(xué)接口設(shè)備、參比電極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電分析化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及電化學(xué)池、電化學(xué)接口設(shè)備、參比電極及制備方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)和光譜學(xué)的結(jié)合誕生了光譜電化學(xué)技術(shù)。它是在一個電化學(xué)池內(nèi)以電化學(xué)為激發(fā)信號，以光譜技術(shù)對電激發(fā)信號的響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測的一種聯(lián)用技術(shù)?，F(xiàn)有的光譜電化學(xué)技術(shù)多為透射式，主要實現(xiàn)方式為將網(wǎng)柵電極(透明電極)作為工作電極置于電化學(xué)池的電解液中，在工作電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時，入射光垂直穿過透明電極或從透明電極表面平行穿過其上層電解液，再運用適宜的光譜儀器采集分析上述透射光。但是，在實施本發(fā)明創(chuàng)造時，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述光譜電化學(xué)技術(shù)采用的網(wǎng)柵電極(透明電極)并未形成產(chǎn)業(yè)化銷售，需要設(shè)計者自行制作。而市售的普通工作電極由于為非透明電極，因此無法應(yīng)用于在光譜電化學(xué)技術(shù)中。同時，光譜儀器采集到的透射光幾乎不包含工作電極表面的信息，因此，依靠現(xiàn)有的設(shè)備很難采集到工作電極表面的信息，更不用說工作電極表面的成像信息了。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例目的在于提供電化學(xué)池、電化學(xué)接口設(shè)備、參比電極及制備方法，以解決上述一系列問題?！N電化學(xué)池，用于實現(xiàn)反射入射光，包括電極套以及整體形狀呈長方體形的池體；所述池體正中心設(shè)置有中心通孔，所述中心通孔一端設(shè)置有內(nèi)螺紋；所述池體對稱設(shè)置有兩個圓孔，所述兩個圓孔與所述中心通孔相連通，并且，所述兩個圓孔的軸線均與所述中心通孔的軸線相垂直；所述電極套外壁上設(shè)置有與所述內(nèi)螺紋相適配的外螺紋，所述電極套正中心設(shè)置有工作電極通孔。一種參比電極，與上述的電化學(xué)池配套使用，包括基底系統(tǒng)、管套和固定物質(zhì)，所述基底系統(tǒng)包括銀絲和導(dǎo)電銅棒，其中所述管套具有小口端和契合孔端；所述導(dǎo)電銅棒的第一部分置于所述管套中，第二部分露于所述契合孔端外；所述銀絲內(nèi)置于所述管套中，一端與所述第一部分固定連接，另一端呈螺旋狀；所述固定物質(zhì)用于固定連接所述導(dǎo)電銅棒與所述管套的契合孔端，以及填充所述
小口端。一種電化學(xué)接口設(shè)備，包括上述的電化學(xué)池，以及上述的參比電極。一種制備參比電極的制備方法，包括、
將Ag絲的一端繞成螺旋狀，超聲清洗干凈；采用恒電流方法在經(jīng)過超聲清洗的Ag絲上電鍍一層AgCl ；按質(zhì)量體積比I : 2. 2分別稱量尿素和甲醛，攪拌溶解后用稀KOH溶液調(diào)節(jié)pH值范圍在8-9之間，在70-80°C下水浴攪拌加熱聚合反應(yīng)一小時，冷卻至室溫，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的KCl，攪拌至分散溶解，得到脲醛樹脂液；將電鍍有AgCl層的螺旋狀銀絲與所述導(dǎo)電銅棒固定連接以形成所述基底系統(tǒng)；從所述契合孔端放入所述基底系統(tǒng)，并令所述導(dǎo)電銅棒的第二部分露于所述契合孔端外；在所述脲醛樹脂液中滴入稀鹽酸并迅速攪拌，待脲醛樹脂液溫度升高時，將其從所述小口端注入，以契合好導(dǎo)電銅棒與所述契合孔端，以及將所述小口端填補充實。由上可見，上述電極套可用于安放市售普通的工作電極，在裝配時，工作電極安裝在電極套的工作電極通孔中，電極套旋入池體的中心通孔，上述參比電極和對電極分別安裝在電化學(xué)池池體的兩個圓孔中。當(dāng)裝配好后，中心通孔與電極套之間形成一個圓柱形空心作為電解池，由于兩個圓孔與中心通孔相連通，因此，上述參比電極和對電極可與電解池中的電解液相接觸。在實際工作時，可將入射光以一定角度從側(cè)面照射在電極套中豎直放置的工作電極的表面上，經(jīng)工作電極反射后，可被光譜儀器接收。由于經(jīng)過工作電極反射，所以光譜儀器接受的光線包含工作電極表面的信息，從而解決了依靠現(xiàn)有的設(shè)備很難采集到工作電極表面的信息的問題。因此，本發(fā)明實施例提供的電化學(xué)池、電化學(xué)接口設(shè)備以及參比電極適用于現(xiàn)場電化學(xué)顯微光譜成像分析。并且，同時實現(xiàn)了將市售的普通工作電極應(yīng)用于在光譜電化學(xué)技術(shù)中的目的。另外，由于所述池體對稱設(shè)置的兩個圓孔的軸線均與中心通孔的軸線相垂直，因此，在實際工作時，工作電極豎直放置，則參比電極和對電極需要水平放置。傳統(tǒng)的參比電極均為內(nèi)參液電極，體積較大，且需要豎直固定進(jìn)行使用，這樣傳統(tǒng)的參比電極將無法與本發(fā)明實施例所提供的電化學(xué)池配套使用。而本發(fā)明實施例提供的參比電極為固態(tài)電極，因此可水平放置，從而可與本發(fā)明實施例所提供的電化學(xué)池配套使用。


圖la-d為本發(fā)明實施例提供的池體結(jié)構(gòu)圖；圖2a_c為本發(fā)明實施例提供的電極套結(jié)構(gòu)圖；圖3a為本發(fā)明實施例提供的池體與電極套裝配示意圖；圖3b為本發(fā)明實施例提供的池體與電極套相配合形成電解池示意圖；圖4a為本發(fā)明實施例提供的參比電極結(jié)構(gòu)圖；圖4b為本發(fā)明實施例提供的參比電極實物圖；圖5a為本發(fā)明實施例提供的參比電極連續(xù)使用的穩(wěn)定性曲線圖；圖5b為本發(fā)明實施例提供的參比電極間歇使用的穩(wěn)定性曲線圖；
圖6a為本發(fā)明實施例提供的鐵氰化鉀[K3Fe (CN)6]溶液的循環(huán)伏安特性曲線圖；圖6b為圖6a對應(yīng)的電化學(xué)特性曲線圖；圖7a為本發(fā)明實施例提供的在普魯士藍(lán)膜電鍍過程中工作電極的反射光譜曲線圖；圖7b為本發(fā)明實施例在普魯士藍(lán)膜電鍍過程中工作電極的顯微成像圖。
具體實施例方式為了引用和清楚起見，下文中使用的技術(shù)名詞的說明、簡寫或縮寫總結(jié)如下Ag :銀；
AgCl :氯化銀。為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實施例提供的電化學(xué)池至少包括電極套以及整體形狀呈長方體形的池體101。圖la-d示出了上述池體101的一種結(jié)構(gòu)池體101正中心設(shè)置有中心通孔102，中心通孔102 —端設(shè)置有內(nèi)螺紋103 ；池體101對稱設(shè)置有兩個圓孔104，兩個圓孔104通過小孔105與中心通孔102相連通，并且兩個圓孔104的軸線均與中心通孔102的軸線相垂直。更具體的，在本發(fā)明實施例中，上述池體101的加工材料可為聚四氟乙烯，其尺寸為 60mm (長)X 60mm (寬)X 45mm (高)。在池體10160mmX60mm面的正中心開有直徑為20mm的中心通孔102穿透池體101。中心通孔102的下端加工有一段長度為20mm的內(nèi)螺紋103，內(nèi)螺紋103規(guī)格可為M21. 4X1-7H。同時，池體101兩側(cè)對稱開有直徑7mm、長度17mm的圓孔104，圓孔104前端鉆有直徑Imm的小孔105與中心通孔102相通。這兩個圓孔104可分別放置對電極和本發(fā)明下述將介紹的(全固態(tài))參比電極。圖2a_c示出了上述電極套的一種結(jié)構(gòu)電極套外壁上設(shè)置有與池體101的內(nèi)螺紋103相適配的外螺紋201，并且，電極套正中心設(shè)置有工作電極通孔202。工作電極通孔202可用于安放市售普通的工作電極。更具體的，在本發(fā)明實施例中，上述電極套由聚四氟乙烯為加工材料加工而成。在加工電極套時，可先加工出直徑為21. 4mm，長度為40mm的圓柱體，在其上端進(jìn)一步用車床車出直徑為20mm，長度為IOmm的柱體203，并在柱體203端面上加工出寬度為Imm的倒角以方便與電化學(xué)池的中心通孔102相配合。然后，在距柱體203上端面IOmm處車有長度為20mm，規(guī)格為M21. 4X l_7h的外螺紋201，以與上述池體101中心通孔102處的內(nèi)螺紋103相匹配。另外，在柱體203的中心軸鉆直徑為6. 5mm的工作電極通孔202。工作電極通孔202可與現(xiàn)有的工作電極很好的配
八
口 ο參見圖3a，在裝配時，池體和電極套通過螺紋旋合實現(xiàn)裝配。具體的，工作電極安裝在電極套的工作電極通孔202中，電極套旋入池體的中心通孔102中。參比電極和(鉬柱)對電極分別安裝在池池體101的兩個圓孔104中。
當(dāng)裝配好后，參見圖3b，中心通孔102與電極套之間形成一個圓柱形空心作為電解池以盛放電解液，通過電極套的旋進(jìn)旋出可以控制電解池的容積。為防止漏液現(xiàn)象，裝配時采用封口膜密封住有縫隙部位。由于兩個圓孔104與中心通孔102相連通，因此，參比電極和對電極可與電解池中的電解液相接觸。在實際工作時，電極套中的工作電極豎立放置，由于圓孔104的軸線與中心通孔102的軸線相垂直，因此，參比電極和對電極處于水平放置狀態(tài)?？蓪⑷肷涔庖砸欢ń嵌葟膫?cè)面照射在工作電極的表面上，經(jīng)工作電極反射后，反射光被光譜儀器接收。由于經(jīng)過工作電極反射，所以光譜儀器接收的光線包含了工作電極表面的信息，從而解決了依靠現(xiàn)有的設(shè)備很難采集到工作電極表面的信息的問題。因此，本發(fā)明實施例提供的電化學(xué)池適用于現(xiàn)場電化學(xué)顯微光譜成像分析，其同時還實現(xiàn)了將市售的普通工作電極應(yīng)用于在光譜電化學(xué)技術(shù)中的目的。需要說明的是，傳統(tǒng)的參比電極均為內(nèi)參液電極，體積較大，且需要豎直固定進(jìn)行使用，其對擺放要求苛刻。光譜電化學(xué)多為精細(xì)的光譜信息，要求配套組件不能對光譜產(chǎn)生干擾，所以需要將參比電極放在不干擾光譜測定的位置。因此，本發(fā)明實施例所提供的電化學(xué)池在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，將參比電極的擺放位置設(shè)計成水平擺放。這樣，傳統(tǒng)的參比電極就無法與之配套使用了。為此，本發(fā)明實施例提供了一種全固態(tài)參比電極。由于全固態(tài)參比電極為固態(tài)形式，因此可水平放置，從而可與上述電化學(xué)池配套使用。圖4a_b示出了全固態(tài)參比電極的一種結(jié)構(gòu)，包括電極基底系統(tǒng)，管套403和固定物質(zhì)404。上述基底系統(tǒng)又包括導(dǎo)電銅棒401和銀絲402，而管套403兩端分別是小口端405和契合孔端406 ;其中導(dǎo)電銅棒401的第一部分置于管套403中，第二部分露于契合孔端406外；銀絲402內(nèi)置于管套403中，一端與導(dǎo)電銅棒401的第一部分固定連接(焊接)，另一端呈螺旋狀；在本發(fā)明其他實施例中，銀絲402上可電鍍AgCl。固定物質(zhì)404用于固定連接導(dǎo)電銅棒401與管套403的契合孔端406，以及填充上述小口端405。更具體的，導(dǎo)電銅棒401的第一部分直徑為3mm,而其第二部分直徑為I. 5mm (第二部分作為與電化學(xué)工作站引線連接端銅柱)；上述銀絲402的螺旋端的螺旋線內(nèi)徑為2mm，不同螺旋之間的間隔為2mm，螺旋數(shù)目5個；管套403為由聚四氟乙烯材料加工而成的圓管套，長度為40mm，直徑為5mm。其內(nèi)通徑采用鉆孔的加工方式。一端開有直徑2_，長度5_的圓柱孔徑作為小口端405。另一端孔徑(契合孔端406)的尺寸為直徑3mm,長度35mm。固定物質(zhì)404為含質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%KC1的脲醛(UF)樹脂，因其是一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的親水材料，能容納一定的水分并可提供離子通道。本發(fā)明實施例還公開了制備上述全固態(tài)參比電極的制備方法，其主要包括以下幾項一, Ag/AgCl 絲的制作(I)，將Ag絲的一端在合適尺寸的金屬桿上纏繞成螺旋狀并保證尺寸的準(zhǔn)確，超、聲清洗干凈，用濾紙擦干；(2)，采用恒電流方法在經(jīng)過超聲清洗的Ag絲上電鍍一層AgCl ；更具體的，將經(jīng)過超聲清洗的Ag絲連接電化學(xué)工作站作為工作電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以鉬柱電極作為對電極，在lmol/L的HCl電鍍液中，采用恒電流的方法鍍膜30分鐘，以電鍍上AgCl層。通過優(yōu)化的電鍍參數(shù)(表I)，電鍍上的AgCl層為黑色，致密光亮，不易脫落。表lAg/AgCl的優(yōu)化電鍍參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)池，其特征在于，用于實現(xiàn)反射入射光，包括電極套以及整體形狀呈長方體形的池體； 所述池體正中心設(shè)置有中心通孔，所述中心通孔一端設(shè)置有內(nèi)螺紋； 所述池體對稱設(shè)置有兩個圓孔，所述兩個圓孔與所述中心通孔相連通，并且，所述兩個圓孔的軸線均與所述中心通孔的軸線相垂直； 所述電極套外壁上設(shè)置有與所述內(nèi)螺紋相適配的外螺紋，所述電極套正中心設(shè)置有工作電極通孔。
2.如權(quán)利要求I所述的電化學(xué)池，其特征在于，所述池體的加工材料為聚四氟乙烯。
3.如權(quán)利要求I或2所述的電化學(xué)池，其特征在于，所述電極套的加工材料為聚四氟乙烯。
4.一種參比電極，其特征在于，與如權(quán)利要求1-3任一項所述的電化學(xué)池配套使用，包括基底系統(tǒng)、管套和固定物質(zhì)，所述基底系統(tǒng)包括銀絲和導(dǎo)電銅棒，其中 所述管套具有小口端和契合孔端； 所述導(dǎo)電銅棒的第一部分置于所述管套中，第二部分露于所述契合孔端外； 所述銀絲內(nèi)置于所述管套中，一端與所述第一部分固定連接，另一端呈螺旋狀； 所述固定物質(zhì)用于固定連接所述導(dǎo)電銅棒與所述管套的契合孔端，以及填充所述小口端。
5.如權(quán)利要求4所述的參比電極，其特征在于，所述銀絲上鍍有AgCl。
6.如權(quán)利5所述的參比電極，其特征在于，所述管套的加工材料為聚四氟乙烯。
7.如權(quán)利6所述的參比電極，其特征在于，所述固定物質(zhì)為含KCl的脲醛樹脂。
8.如權(quán)利7所述的參比電極，其特征在于，所述含KCl的脲醛樹脂具體為含質(zhì)量分?jǐn)?shù).20% KCl的脲醛樹脂。
9.一種電化學(xué)接口設(shè)備，其特征在于，包括 如權(quán)利要求1-3任一項所述的電化學(xué)池，以及如權(quán)利要求4-9任一項所述的參比電極。
10.一種制備如權(quán)利要求8所述的參比電極的制備方法，其特征在于，包括 將Ag絲的一端繞成螺旋狀，超聲清洗干凈； 采用恒電流方法在經(jīng)過超聲清洗的Ag絲上電鍍一層AgCl ； 按質(zhì)量體積比I : 2. 2分別稱量尿素和甲醛，攪拌溶解后用稀KOH溶液調(diào)節(jié)pH值范圍在8-9之間，在70-80°C下水浴攪拌加熱聚合反應(yīng)一小時，冷卻至室溫，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的KCl，攪拌至分散溶解，得到脲醛樹脂液； 將電鍍有AgCl層的螺旋狀銀絲與所述導(dǎo)電銅棒固定連接以形成所述基底系統(tǒng)； 從所述契合孔端放入所述基底系統(tǒng)，并令所述導(dǎo)電銅棒的第二部分露于所述契合孔端外； 在所述脲醛樹脂液中滴入稀鹽酸并迅速攪拌，待脲醛樹脂液溫度升高時，將其從所述小口端注入，以契合好導(dǎo)電銅棒與所述契合孔端，以及將所述小口端填補充實。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供了電化學(xué)池、電化學(xué)接口設(shè)備、參比電極及制備方法，以解決市售普通工作電極無法應(yīng)用于在光譜電化學(xué)技術(shù)中，并且，很難采集到工作電極表面的信息的問題。上述電化學(xué)池主要由池體和電極套組成。上述電極套可用于安放市售普通的工作電極。在使用時，輔助電極和參比電極從池體兩側(cè)接入，入射光以一定角度從側(cè)面照射在電極套中豎直放置的工作電極的表面上，經(jīng)工作電極反射后，可被光譜儀器接收。由于經(jīng)過工作電極反射，所以光譜儀器接受的光線包含工作電極表面的信息，從而解決了很難采集到工作電極表面的信息的問題，可用于現(xiàn)場電化學(xué)顯微光譜成像分析。同時實現(xiàn)了將市售的普通工作電極應(yīng)用于在光譜電化學(xué)技術(shù)中的目的。
文檔編號G01N27/30GK102636531SQ20121010330
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉剛, 吳守國, 王秋平 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)