本發(fā)明屬于碳中和測(cè)試，尤其涉及一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、利用可再生能源發(fā)電將溫室氣體co2還原(co2rr)為碳基燃料和高附加值化學(xué)品被認(rèn)為是關(guān)閉人為碳循環(huán)的一種有希望的方式，為了加快co2rr技術(shù)的發(fā)展，需要解決相對(duì)較低的能源效率和較差的反應(yīng)選擇性等主要障礙。

2、該技術(shù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)來(lái)自于負(fù)電位下析氫反應(yīng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，以及質(zhì)子-電子協(xié)同轉(zhuǎn)移步驟緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，隨著電位的負(fù)掃，質(zhì)子和反應(yīng)物co2在陰極表面持續(xù)消耗，會(huì)出現(xiàn)顯著的濃差極化，這在很大程度上限制了電催化co2轉(zhuǎn)化率。值得注意的是，上述所有挑戰(zhàn)都涉及陰極附近的電極-電解質(zhì)界面及擴(kuò)散層內(nèi)物質(zhì)分布隨著電位變化情況，如何對(duì)微環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行優(yōu)化是更深層次的核心問(wèn)題。

3、針對(duì)產(chǎn)物分析，氣相色譜和核磁共振是最常用的定量分析技術(shù)，但是受限于其柱分離時(shí)間，只能分析平均化的產(chǎn)物效率，難以提供co2rr反應(yīng)中近電極表面物種隨電位、電流激勵(lì)而快速演變的時(shí)間分辨信息，亟需發(fā)展高靈敏度的原位表征方法和原位測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)co2rr反應(yīng)物和產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)演變信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，包括電化學(xué)電解池系統(tǒng)、第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜，所述電化學(xué)電解池系統(tǒng)通過(guò)真空系統(tǒng)與第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜連接；

3、所述電化學(xué)電解池系統(tǒng)包括電解池、陰極電解液循環(huán)單元以及陽(yáng)極電解液循環(huán)單元；

4、所述電解池中的陽(yáng)極電解液采用01.m?cshco3，陰極電解液則采用持續(xù)通入50sccm?co2飽和的0.1m?cshco3，陽(yáng)極采用pt網(wǎng)作為對(duì)電極發(fā)生析氧反應(yīng)，陰極采用以速度磁控濺射的300nm?cu，基底采用多孔ptfe薄膜作為工作電極，并在陰極腔室內(nèi)插入ag/agcl參比電極控制反應(yīng)電位；

5、所述陽(yáng)極電解液循環(huán)單元用于進(jìn)行陽(yáng)極電解液循環(huán)；

6、所述陰極電解液循環(huán)單元用于進(jìn)行陰極電解液循環(huán)，并將反應(yīng)產(chǎn)生的一部分待測(cè)物質(zhì)(主要是檢測(cè)氫氣)吹掃到毛細(xì)管中直接進(jìn)入第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)；

7、所述第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜用于檢測(cè)電解池中經(jīng)揮發(fā)進(jìn)入其中的除氫氣外的其他產(chǎn)物；

8、所述第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜用于檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。

9、進(jìn)一步的技術(shù)方案，陰極電解液循環(huán)單元和陽(yáng)極電解液循環(huán)單元的循環(huán)流速都設(shè)置為128ml?min-1。

10、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述陰極電解液循環(huán)單元包括陰極循環(huán)泵、陰極電解液儲(chǔ)液罐和吹掃單元，所述陰極循環(huán)泵的進(jìn)液口與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述陰極循環(huán)泵的出液口與電解池中的陰極電解液入口連接，且電解池的陰極電解液出口與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述吹掃單元與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，用于將陰極電解液儲(chǔ)液罐中的氣體吹入第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜中。

11、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述吹掃單元包括co2儲(chǔ)罐和氣泵，通過(guò)氣泵將co2儲(chǔ)罐中的co2氣體吹入陰極電解液儲(chǔ)液罐中，從而將陰極電解液儲(chǔ)液罐中的反應(yīng)產(chǎn)物吹入第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜，且co2以50sccm的速率通入陰極電解液儲(chǔ)液罐中。

12、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述陽(yáng)極電解液循環(huán)單元包括陽(yáng)極循環(huán)泵和陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐，所述陽(yáng)極循環(huán)泵的進(jìn)液口與陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述陽(yáng)極循環(huán)泵的出液口與電解池中的陽(yáng)極電解液入口連接，且電解池中的陽(yáng)極電解液出口與陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐連接。

13、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜包括采樣區(qū)、電離區(qū)和飛行檢測(cè)區(qū)，所述第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜包括電離區(qū)和飛行檢測(cè)區(qū)。

14、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了一套全新的質(zhì)譜檢測(cè)體系，具有秒級(jí)別時(shí)間分辨率以及不需要去卷積的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，同時(shí)可以準(zhǔn)確追蹤銅電極上電催化co2還原的實(shí)時(shí)反應(yīng)物消耗速率及九種產(chǎn)物生成速率的變化趨勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，包括電化學(xué)電解池系統(tǒng)、第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜，所述電化學(xué)電解池系統(tǒng)通過(guò)真空系統(tǒng)與第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，陰極電解液循環(huán)單元和陽(yáng)極電解液循環(huán)單元的循環(huán)流速均設(shè)置為128ml?min-1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極電解液循環(huán)單元包括陰極循環(huán)泵、陰極電解液儲(chǔ)液罐和吹掃單元，所述陰極循環(huán)泵的進(jìn)液口與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述陰極循環(huán)泵的出液口與電解池中的陰極電解液入口連接，且電解池的陰極電解液出口與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述吹掃單元與陰極電解液儲(chǔ)液罐連接，用于將陰極電解液儲(chǔ)液罐中的氣體吹入第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜中。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，所述吹掃單元包括co2儲(chǔ)罐和氣泵，通過(guò)氣泵將co2儲(chǔ)罐中的co2氣體吹入陰極電解液儲(chǔ)液罐中，從而將陰極電解液儲(chǔ)液罐中的反應(yīng)產(chǎn)物吹入第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜，且co2以50sccm的速率通入陰極電解液儲(chǔ)液罐中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，所述陽(yáng)極電解液循環(huán)單元包括陽(yáng)極循環(huán)泵和陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐，所述陽(yáng)極循環(huán)泵的進(jìn)液口與陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐連接，所述陽(yáng)極循環(huán)泵的出液口與電解池中的陽(yáng)極電解液入口連接，且電解池中的陽(yáng)極電解液出口與陽(yáng)極電解液儲(chǔ)液罐連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，所述第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜包括采樣區(qū)、電離區(qū)和飛行檢測(cè)區(qū)，所述第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜包括電離區(qū)和飛行檢測(cè)區(qū)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于碳中和測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種原位電化學(xué)紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)，包括電化學(xué)電解池系統(tǒng)、第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜，所述電化學(xué)電解池系統(tǒng)通過(guò)真空系統(tǒng)與第一反射飛行時(shí)間質(zhì)譜和第二反射飛行時(shí)間質(zhì)譜連接；所述電化學(xué)電解池系統(tǒng)包括電解池、陰極電解液循環(huán)單元以及陽(yáng)極電解液循環(huán)單元。該系統(tǒng)提供了一套全新的質(zhì)譜檢測(cè)體系，具有秒級(jí)別時(shí)間分辨率以及不需要去卷積的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，同時(shí)可以準(zhǔn)確追蹤銅電極上電催化CO<subgt;2</subgt;還原的實(shí)時(shí)反應(yīng)物消耗速率及九種產(chǎn)物生成速率的變化趨勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣昆,葉可
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9