基于超微电极的原位电化学拉曼光谱

原位电化学拉曼光谱是一种重要的光谱电化学技术.基于超微电极的原位电化学拉曼光谱将拉曼光谱反映的结构信息与电极表面的电化学过程从实验上严格对应和关联,为深刻理解电化学反应机理提供依据.本文综述了采用超微电极作为工作电极的原位电化学拉曼光谱的研究方法和应用进展,总结了应用超微电极作为工作电极开展电化学拉曼光谱实验的方法和具有表面增强拉曼活性的超微电极制备方法,展示了如何利用在超微电极表面获得的拉曼光谱与界面电化学过程的严格关联研究单个锌颗粒电化学氧化过程、吡啶分子在Au电极表面的电化学吸附过程,以及如何利用该技术能以高的信噪比和灵敏度同时测量光电流与分子反应这一特性研究对巯基苯胺选择性光氧化反应.采用超微电极作为工作电极的原位电化学拉曼光谱技术极大拓展了拉曼光谱技术的研究范围,有望成为探索(光)电化学反应的有力工具.     

电化学原位扫描显微红外反射光谱及其对铂表面CO吸附的红外成象

利用Fourier变换红外光谱仪 ,红外显微镜和X Y扫描平台 ,通过设计和研制原位红外显微池和计算机接口及控制软件 ,建立了电化学原位扫描显微红外反射光谱 .研究工作显示 ,这一新的空间分辨原位红外反射光谱技术不仅可以获得固 /液界面环境中表面微区振动光谱的信息 ,还可以用于电极表面红外成象 .获得的CO在Pt多晶电极表面吸附性能的化学图象在 10 -2 cm尺度上给出电极表面微区反应性能的不均一性及其分布 .     

单晶电极界面反应过程的电化学原位拉曼光谱研究

自20世纪70年代起,人们利用原位光谱技术（拉曼、红外等）对电化学界面进行了系统的研究,进而发展出原位谱学电化学的研究方向,由于其具有良好的表面灵敏度和能量分辨率,可以提供更多的表面反应信息,进而从微观上揭示反应机理. 伴随着纳米技术的兴起,表面增强拉曼光谱技术取得了快速的发展. 近来,壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy,SHINERS）技术更是得到人们的广泛关注. SHINERS的出现为研究单晶模型电极上的催化反应提供了一种非常好的原位光谱技术. 本文主要对原位电化学SHINERS技术在单晶电极界面研究的具体应用及其发展前景进行相关论述.     

红外光谱电化学

光谱电化学是目前电化学中最活跃的研究领域之一。它具有电化学技术易于控制表面性质、反应能量的优点,又具有光谱易于从微观角度观察电极-溶液界面上有关结构和键合的性质。当前应用的原位法(定位法,In Situ)是在保持研究体系原有环境的基础上从分子级     

β—Ni（OH）2电极的原位红外光谱研究

利用原位界面付里叶变换红外反射光谱法研究了β-Ni(OH)_2在3mol/L NaOH溶液中的电化学行为.原位红外反射光谱数据表明,电极电位大于0.5 V时.β-Ni(OH)_2层的表面转变为β-NiOOH.β-Ni(OH)_2层的氧化是从β-Ni(OH)_2/溶液界面开始的.而逆向的β-NiOOH层阴极还原则可能起始于Ni/β-NiOOH界面.用NaOD重水溶液代替NaOH水溶液可减少溶剂对光谱数据的干扰,谱图更清晰.     

利用原位红外光谱与微分电化学质谱联用技术研究在Pt以及PtRu电极上发生的甲醇氧化反应

利用电化学衰减全反射原位傅里叶变换红外光谱与微分电化学质谱联用技术,在流动电解池环境以及恒电位条件下研究了Pt电极和Pt电极通过表面电沉积Ru形成的PtRu电极（PtxRuy）上发生的甲醇氧化反应（反应电解质溶液为0.1 mol/L HClO4＋0.5 mol/L MeOH）. 在0.3-0.6 V（参比电极为可逆氢参比）实验用到的所有电极上,CO是唯一能从红外光谱观察到的与甲醇相关的表面吸附物;在Pt0.56Ru0.44电极上可以观察到CO吸附在Ru原子形成的岛上和CO线式吸附在Pt电极表面红外波段,而其他电极上只能观察到Pt表面上线式吸附的CO;甲醇氧化活性按Pt0.73Ru0.27〉Pt0.56Ru0.44〉Pt0.83Ru0.17〉Pt的顺序递减;在0.5V时,甲醇在Pt0.73Ru0.27电极上的氧化反应的CO2电流效率达到了50%.     

拉曼光谱测试技术在可充电铝离子电池储能机理的研究进展

拉曼光谱是一种无损的分析技术,可以提供样品化学结构和分子相互作用的详细信息。由光谱学方法与常规电化学方法相结合产生的电化学原位光谱是一种动态探测电极材料结构和相组成的强大技术,能够方便地提供电极界面分子的微观结构信息,这使得其在储能领域中有广阔的应用前景。拉曼光谱能够有效地原位表征可充电铝离子电池氯化铝基电解液中络合离子、不同正极材料在充放电过程中的变化规律。结合X射线衍射技术（XRD）或X射线光电子能谱技术（XPS）等表征技术,拉曼光谱能够有效地揭示可充电铝离子电池的储能机理,包括对电池电解液和电极材料的研究以及电极表面反应的原位监测,对电池材料和界面结构性质的研究可以为电池材料和微观结构的优化设计提供指导,对电极表面反应的原位监测,有助于对电极界面反应的机理进行深入的研究,从而指导正极材料结构改进,促进可充电铝离子电池的发展。     

碱性介质中甘氨酸在Pt电极上解离吸附和氧化反应的原位红外反射光谱研究

运用原位红外反射光谱研究了碱性介质中甘氨酸在Pt电极上的解离吸附和氧化反应行为,并利用纳米Pt膜电极的异常红外效应鉴定反应过程中生成的表面吸附物种.结果表明:甘氨酸在Pt电极上极易发生解离,生成强吸附于电极表面上的氰基负离子,该吸附物种在低于0V电位下能稳定存在,并抑制甘氨酸的进一步反应.当电位高于0.2V时,氰基负离子被氧化为氰酸根离子进入溶液,使甘氨酸发生氧化反应,生成氰酸盐和碳酸盐等产物.     

表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用及其应用

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）技术是利用金属薄膜光学耦合产生的物理光学现象建立的一种非常灵敏的光学分析手段. 近年发展的电化学表面等离子体共振（Electrochemical Surface Plasmon Resonance,EC-SPR）是将时间分辨表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用的一种新技术. 本文介绍了SPR和EC-SPR的基本原理,并重点阐述了时间分辨SPR光谱技术与电化学方法联用及应用,该技术已广泛地应用于反应动态过程研究、生物化学传感器、电极/溶液界面的表征、动力学常数的测定以及生物分子相互作用等领域.     

铂钌电极上乙醇解离吸附与氧化行为的原位SERS研究

应用电化学循环伏安法和原位表面增强拉曼光谱研究了乙醇在Pt-Ru电极上的解离吸附与氧化行为,首次获得了酸性介质中乙醇在Pt-Ru电极上解离吸附的表面拉曼光谱.实验表明:乙醇在粗糙铂和Pt-Ru电极上均能自发地解离出强吸附中间体CO,而且在Pt-Ru电极上,强吸附中间体CO氧化的过电位比在粗糙铂电极上降低了约140mV.初步证实酸性介质中乙醇在Pt-Ru电极上的氧化遵从双途径机理.本研究结果说明,表面增强拉曼光谱技术能拓展到有实用价值的电催化体系.     

Ru膜上Pt层的自发沉积及其在电化学表面增强红外光谱中的应用

采用自发沉积法在Ru膜上生成超薄Pt层(简称Ru/Pt膜), 即在开路状态下将电化学还原后的Ru膜浸于除去氧的H2PtCl6溶液中进行自发沉积. 电化学伏安法测量表明, 随着电还原-自发沉积循环次数的增加, 该Ru/Pt膜电极所含Pt组分增加, 且CO吸附层的电氧化峰电位较Pt膜电极上的明显负移. 应用现场衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)可轻易检测到在该膜电极Pt和Ru位上吸附CO的振动谱峰. 所制Ru/Pt膜电极不仅对CO的电催化氧化具有协同效应, 还可应用于现场ATR-SEIRAS的研究中.     

Extending in situ attenuated-total-reflection surface-enhanced infrared absorption spectroscopy to ni electrodes

Surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS) in the attenuated-total-reflection configuration (ATR-SEIRAS) has been applied for the first time to Ni electrodes. SEIRA-active Ni electrodes were obtained through initial chemical deposition of a 60-nm-thick Au underlayer on the reflecting plane of an ATR Si prism followed by potentiostatic electrodeposition of a 40-nm-thick Ni overlayer in a modified Watt's electrolyte. The Ni nanoparticle film thus obtained exhibited exceptionally enhanced IR absorption for the surface probe molecule CO while maintaining unipolar and normally directed bands. With the advantages of ATR-SEIRAS, free H2O molecules coadsorbed with CO at the Ni electrode were revealed, and their role in the electrooxidation of the CO adlayer at the Ni electrode is discussed. In addition, the conversion of bridge to linearly bonded CO at Ni electrode in a neutral solution was clearly identified upon electrooxidation of the CO adlayer. ATR-SEIRAS was also used to characterize the adsorption configuration of a pyridine adlayer at the Ni electrode. Both A1 and B1 modes of adsorbed pyridine were detected with comparably large intensities, essentially maintaining the spectral feature of pyridine molecules rather than that of "alpha-pyridyl species", which strongly suggests an "edge-tilted pyridine" configuration present at the Ni electrode, a configuration intermediate between the "end-on pyridine" and "edge-on alpha-pyridyl" adsorption modes reported in the literature.     

Seeded-growth approach to fabrication of silver nanoparticle films on silicon for electrochemical ATR surface-enhanced IR absorption spectroscopy

Ag nanoparticle films (simplified as nanofilms hereafter) on Si for electrochemical ATR surface enhanced IR absorption spectroscopy (ATR-SEIRAS) have been successfully fabricated by using chemical deposition, which incorporates initial embedding of Ag seeds on the reflecting plane of an ATR Si prism and subsequent chemical plating of conductive and SEIRA-active Ag nanofilms. Two alternative methods for embedding initial Ag seeds have been developed: one is based on self-assembly of Ag colloids on an aminosilanized Si surface, whereas the other the reduction of Ag+ in a HF-containing solution. A modified silver-mirror reaction was employed for further growth of Ag seeds into Ag nanofilm electrodes with a theoretically average thickness of 40-50 nm. Both Ag seeds and as-deposited Ag nanofilms display island structure morphologies facilitating SEIRA, as revealed by AFM imaging. The cyclic voltammetric feature of the as-prepared Ag nanofilm electrodes is close to that of a polycrystalline bulk Ag electrode. With thiocyanate as a surface probe, enhancement factors of ca. 50-80 were estimated for the as-deposited Ag nanofilms as compared to a mechanically polished Ag electrode in the conventional IRAS after reasonable calibration of surface roughness factor, incident angles, surface coverage, and polarization states. As a preliminary example for extended application, the pyridine adsorption configuration at an as-deposited Ag electrode was re-examined by ATR-SEIRAS. The results revealed that pyridine molecules are bound via N end to the Ag electrode with its ring plane perpendicular or slightly tilted to the local surface without rotating its C2 axis about the surface normal, consistent with the conclusion drawn by SERS in the literature.     

铂电极上自组装铁原卟啉单分子层的表面增强振动光谱初探(英文)

应用现场表面增强拉曼光谱和衰减全反射表面增强红外光谱初步研究了0.1mol·L-1HClO4溶液中Pt电极表面铁原卟啉(FePP)自组装单层的电化学和结构特性.以514nm波长为激发线,得到了增强因子约为40的粗糙Pt电极上FePP在不同电位下的表面增强拉曼光谱.分析0.5～-0.3V(SCE)区间内谱峰变化,得到近似的吸附等温式,由此可估算出Fe3+/Fe2+的式量电位大约为-0.2V.原位表面增强红外光谱的测试结果表明,FePP分子主要以斜立方式吸附在Pt膜电极表面,其中一个环外羧酸根与电极表面相接触,而另一羧酸基团以氢键与相邻的FePP分子相连.这样的吸附结构在-0.1～0.9V(SCE)的电位区间内并没有显著的变化.     

镉电极上的衰减全反射表面增强红外光谱

利用两步“湿法镀膜”方法将ATR-SEIRAS的研究进一步拓展到ⅡB族Cd电极上. 选择吡啶(Py)作为模型分子, 初步比较了Py在不同金属电极表面上的吸附构型.     

Pt-Ru合金薄膜的电沉积制备及其电化学表面增强红外吸收光谱

在1mmol·L-1H2PtCl6+1mmol·L-1RuCl3+0.1mol·L-1H2SO4镀液中采用电沉积法在化学镀金膜的红外窗口Si反射面上制备Pt50Ru50合金电极.利用原子力显微镜(AFM)可以观察到制备的Pt50Ru50合金电极形貌呈现出100-200nm大小的颗粒.常规电化学分析方法得出该电极具有典型的合金特征,对CO和CH3OH具有很好的催化氧化作用.应用电化学现场衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)可以观察到该电极上Pt位和Ru位上CO的振动谱峰,且表现出Pt-Ru二元金属良好的协同催化性能.     

甲醇是极氧化的现场FTIR透射差谱研究

利用现场透射红外差谱方法研究了在无水1mol/LiClO~4甲醇溶液中甲醇在Pt电极上的阳极氧化。实验采用了细网格Pt电极和薄层电解池。各电位下的FTIR透射差谱反映了溶液中电极反应的变化。结果表明甲醇可被氧化成甲醛,且随电位的提高可进一步氧化成甲酸甲酯。     

Voltammetric and in situ infrared spectroscopy studies of hydroxyurea electrooxidation at Au(111) electrodes in HClO4 solutions

The oxidation of hydroxyurea (H₂NCONHOH, HU) at Au(111) single crystal and Au(111)-25 nm thin film electrodes is studied spectroelectrochemically in HClO₄ solutions using external reflection infrared and Surface Enhanced Infrared Reflection Absorption Spectroscopy under Attenuated Total Reflection conditions (ATR-SEIRAS). The in situ external reflection spectra prove the formation of dissolved carbon dioxide and adsorbed cyanate during the electrooxidation of HU. The enhanced surface sensitivity of the ATR-SEIRAS experiments facilitates the detection of adsorbed cyanate and allows the observation of other adsorbate bands tentatively ascribed to reaction intermediates involving partial oxidation of the HU molecules, some of them corresponding to nitrosyl groups.     

Amperometric detection of amino acids with a passivated copper electrode

The amperometric behaviour of a copper electrode towards amino acids is studied by means of a rotating disc electrode. A theoretical model describing the anodic background current in a buffer solution and the increase of the current caused by amino acids is checked experimentally. The influences of the amino acid concentration, the rotation speed of the electrode and the composition of the buffer solution are studied. It is proved that chemical dissolution of a passivating film on the electrode surface, which is enhanced by the complexation reaction between the amino acid and copper(II) ions, is the principle of the phenomena observed. The applicability to flow systems is demonstrated.     

阿昔洛韦在硼掺杂金刚石电极上的电化学行为及其与DNA相互作用的研究

利用硼掺杂金刚石(BDD)电极通过循环伏安法和微分脉冲伏安法研究了阿昔洛韦在0.10 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4)中的电化学行为及其与DNA的相互作用.与玻碳电极相比,阿昔洛韦在BDD电极上的循环伏安曲线在1.17 V处的氧化峰电流更大,背景电流较低.根据峰电位随溶液pH值和扫描速率的变化趋势考察了阿昔洛韦...