[发明专利]一种电化学原位拉曼光谱测量用显微热台和样品池系统

说明书

一种电化学原位拉曼光谱测量用显微热台和样品池系统，包括热台主体、热台盖、密封舱、硅碳棒、样品池及底座；所述热台主体底部内侧设置绝缘层，绝缘层上设置保温层，所述密封舱和硅碳棒设置在保温层上部，并且硅碳棒围绕密封舱布置，硅碳棒与热台主体的内壁之间也设置有保温层；样品池置于密封舱内；热台主体底部外侧设置有供底座上支柱插入的底座安装孔、硅碳棒导线通孔、热电偶导线通孔和电极导线通孔。本发明将可通入保护气体和可动态添加样品的密封舱与样品池配合使用，以安装方便、发热量高的硅碳棒为加热体，还在热台盖上设计截面为L形的冷却气孔道，可随时通入冷却气对显微镜头进行冷却，这些设计为高温熔盐拉曼测试提供了有利条件。

技术领域

本发明属于电化学与光学分析技术领域，具体涉及一种电化学原位拉曼光谱测量用显微热台和样品池系统。

背景技术

光谱电化学是一种将电化学测试技术与各种光谱技术相结合的研究方法。按测试的方法可以将光谱电化学分为原位型(in situ)与非原位型(ex situ)两种。光谱电化学技术既具有光谱技术的高能量分辨率特点，又具有电化学测试技术高灵敏度的特点，尤其是电化学原位光谱技术由最初用于获得静态光谱(不随时间变化的)发展为获得动态光谱(时间分辨光谱)，使人们能在实验中动态获得光学信号和电学信号，这使从分子水平上鉴定、捕捉不稳定中间产物，监测中间产物的瞬间状态，研究电极表面特性、反应过程机理、电化学界面动力学，从而在电极反应的过程中获得多种有用的信息成为可能。

与其它研究物质结构的谱学方法相比，拉曼光谱法在熔盐结构中的研究具有信噪比高、信息量大等优势，特别是随着共焦拉曼、显微拉曼、共振拉曼等技术的进步，以及拉曼光谱仪器性能(探测器、激光器等)的提升，拉曼光谱技术的时间分辨率、空间分辨率、检测灵敏度大幅度提高。

目前存在几种不同类型的电化学原位拉曼测试装置：有的测试装置^[1]使用的炉体和电化学原位拉曼样品池，炉体在水平方向有3个石英质光学窗口，这三个窗口的特点是设置在炉体的侧部，它们被分别用于激光的进入、散射光的收集和降低高温背景的干扰，由于激光进口和散射光出口都在侧部，故需要采用透光性能好的石英样品池盛装待测物。

有的测试装置^[2]所采用的电化学原位拉曼样品池的激光是从下部沿竖直方向入射，然后从水平方向收集散射光，或者激光分别从与电极表面呈30°和60°入射，拉曼散射光在与电极表面垂直的方向收集^[3]，这种样品池的设计也要求盛装样品的样品池使用透光性质优异的材料，如石英。

在有的测试装置中，^[4-5]由于激光的入射方向与拉曼散射光的收集都是在样品池上方，在设计电化学原位拉曼样品池时采用了Au-Pd坩埚这种不需要特殊光学性质的样品池。

上述测试装置普遍存在以下几个方面的问题：一、在设计样品池时没有考虑样品的动态加入方式，往往需要在测试前将样品预先加入样品池后再对样品池进行密封，由于固体样品的熔化和样品在高温条件下的挥发，使得液面的高度会比熔化前固体样品的高度低，这对焦距有限的拉曼显微镜头来说是不利的；二、测试装置的加热体常采用金属电阻丝，而使用电阻丝加热时，为了达到较高的操作温度，往往需要长度较长的电阻丝，然而由于空间有限，这会带来许多不便；三、测试装置配备的显微镜头离高温区的距离较近，测量时由于拉曼显微镜头的焦距有限，因此镜头距离样品液面很近，这样所产生的大量热辐射会对拉曼显微镜头造成严重腐蚀，而之前的研究者们未考虑对镜头进行冷却保护的环节。

专利号为CN204405549U的中国专利提供一种熔盐电化学原位拉曼光谱测量用的显微热台和样品池^[6]，其中热台包含热台外壳、炉膛、热台盖及支柱和底座，并设计了与之配合使用的样品池。该专利对上述几种测试装置做出了较大改进和创新，并采用石英盖对坩埚样品池进行密封，但该样品池对保护气体的使用仍然存在较大限制，并且该专利采用金属电阻丝加热待测物。

发明内容