CN109060900B - 一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片、其制备及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于红外光谱技术领域，更具体地，涉及一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片、其制备和应用。其以衰减全反射晶片为基底，在所述基底的表面设置有掺硼金刚石薄膜层，所述掺硼金刚石薄膜层的电阻率为10‑3～1Ω·cm；红外光以一定角度入射至所述衰减全反射晶片内表面，该内表面与所述掺硼金刚石薄膜层相邻，所述红外光在该内表面上发生折射和反射，折射后的红外光进入所述掺硼金刚石薄膜层，且在所述掺硼金刚石薄膜层内发生全发射。该晶片实现良好导电作用的同时又使得红外信号检测成为可能，可实现待测分子在BDD电极表面电化学过程中的原位电化学检测，在电化学、原位红外检测领域具有广阔的应用前景。

Description

一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片、其制备及应用
技术领域
本发明属于红外光谱技术领域，更具体地，涉及一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片、其制备和应用。
背景技术
电化学催化氧化或还原过程中会产生各种中间产物，有些中间产物存在时间短，一些常规的非原位检测技术如高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱法(GC)等，无法实时并原位检测到中间产物，因有些中间产物在还未取样检测前便已经不存在。因此原位检测在此情况下便显得至关重要。红外光谱法是检测物质官能团的信息、机理分析的有效手段。
常见的红外光谱检测技术包括透射模式和反射模式，其中红外透射检测技术利于分析溶液组分而无法给出电极表面物质的信息。而反射光谱技术则，在研究电极表面产生的物质时更有优势，尤其是衰减全反射(ATR)技术，因其测试简便，对检测样品不造成任何损害，是一种应用广泛的技术。
自20世纪80年代以来，通过红外光谱技术原位检测物质电化学降解过程被广泛研究，但是电极材料的选取一直是个难点。有人在衰减全反射(ATR)晶体元件表面沉积Au、Ag、Pt等金属颗粒或薄膜，作为工作电极进行电化学反应，同时使得ATR上的红外检测信号增加，实现原位信号检测。金属电极、碳素电极和金属氧化物电极是电催化中常用的阳极材料，但其存在诸多问题，如催化活性不高、析氧电位低、电极电导率低、使用寿命短等。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于红外原位电化学检测的掺硼金刚石薄膜(BDD)修饰的ATR晶片，其目的在于使红外光在该晶片的ATR晶体内部发生折射和反射，在BDD膜内发生全反射增强红外信号，并使BDD薄膜具备一定的导电性，BDD膜作为工作电极，装入电解池内，同时插入参比电极和对电极，组成电化学光谱三电极体系，由此解决现有的ATR晶体表面沉积的金属电极、碳素电极和金属氧化物电极存在的催化活性不高、析氧电位低、电极电导率低、使用寿命短、适用范围窄等的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片，其以衰减全反射晶片为基底，在所述基底的表面设置有掺硼金刚石薄膜层，所述掺硼金刚石薄膜层的电阻率为10-3～1Ω·cm；红外光以一定角度入射至所述衰减全反射晶片内表面，该内表面与所述掺硼金刚石薄膜层相邻，所述红外光在该内表面上发生折射和反射，折射后的红外光进入所述掺硼金刚石薄膜层，且在所述掺硼金刚石薄膜层内发生全发射。
优选地，所述掺硼金刚石薄膜层的厚度为20nm至50μm；所述薄膜层中硼浓度为1×1018～5×1021个硼原子每立方厘米；所述掺硼金刚石薄膜层的表面粗糙度Rα<150nm。
优选地，红外光以与平面法线方向成23°～45°入射至所述衰减全反射晶片内表面。
优选地，所述衰减全反射晶片材质为Si、Ge、KRS-5、ZnS、AMTIR、ZnSe、蓝宝石或金刚石。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的晶片的制备方法，采用化学气相沉积方法在所述衰减全反射晶片上生长所述掺硼金刚石薄膜层。
优选地，所述化学气相沉积方法为热丝气相沉积法、微波等离子体化学气相沉积法、射频等离子体化学气相沉积法或直流等离子体化学气相沉积法。
优选地，采用热丝气相沉积法在所述衰减全反射晶片衬底上生长掺硼金刚石薄膜层时，热丝温度范围是2400～2700℃，所述衬底温度为700～1000℃，采用原位掺杂，甲烷体积浓度0.5％～10％，所用硼源为气态硼源、液态硼源或固态硼源。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的晶片的应用，用于红外原位电化学检测。
优选地，将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息。
优选地，以所述掺硼金刚石薄膜为工作电极，将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息；所述电化学反应为有机污染物分子的电催化氧化反应。
优选地，所述有机污染物分子为农药、多氯联苯、卤代脂肪烃、单环芳烃、苯酚和酚类或多环芳烃类。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的一种掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片，其以ATR晶片为基底，在所述基底表面沉积有掺硼金刚石(BDD)薄膜层，所述掺硼金刚石薄膜层的电阻率为10-3～1Ω·cm，使BDD具备一定导电性的同时实现其表面的红外信号检测，即可实现红外原位检测BDD电极表面上的电化学反应过程中的物质信息。
(2)本发明提供的一种掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片，通过控制红外入射角度，使得红外光在ATR晶片内表面发生折射和反射，在BDD膜内发生全发射，使得检测的红外信号增强。
(3)本发明提供的掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片制备方法简单易行，BDD镀膜不易脱落，实验操作简便，可重复性强。
(4)本发明提供的掺硼金刚石修饰用于红外原位电化学检测的晶片。其可作为工作电极，配备大小合适的电化学池、对电极和参比电极，即可对研究对象进行电化学反应研究。同时可将整个电化学装置放置在红外光谱仪样品室内，红外入射光以一定角度射入该晶片，经过多次全反射后射出晶体，由红外仪器检测器实时接收全反射后的红外信号，即可得到掺硼金刚石(BDD)薄膜表面上的各种官能团信息，从而判断电极表面降解的物质组成。该晶片实现良好导电作用的同时又使得红外信号检测成为可能，可实现待测分子在BDD电极表面电化学过程中的原位电化学检测，在电化学、原位红外检测领域具有广阔的应用前景。
(5)本发明使得BDD在各领域的原位研究成为可能，包括有毒难降解有机废水(酚类、羧酸和醛等小分子、除草剂、燃料废水、炸药废水、清洁剂、消毒剂以及硝酸根离子还原)、有机和无机电合成、电催化、储能电池电极界面研究、电分析和传感等。用于电催化和储能电池电极界面研究时，BDD薄膜起到防止腐蚀ATR晶片的作用。
附图说明
图1是红外光入射本发明的掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片结构示意图。
图2是本发明掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片与电化学装置配合使用的示意图。
图3是采用该发明掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片进行苯酚原位电化学检测的红外光谱图。
图4是采用该发明晶片检测锂硫电池充放电过程中正极界面附近电解液变化情况时的电极放置图。
图5是采用该发明晶片检测锂硫电池充放电过程中正极界面附近电解液变化情况采集的红外光谱图。
图6是采用该发明掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片进行对苯醌原位电化学检测的红外光谱图。
图中：1-参比电极；2-对电极；3-对电极插孔；4-铜片；5-BDD薄膜工作电极；6-硅片；7-支撑底盘；8-橡胶圈；9-电化学池；10-样品进出口；11-中心池孔；12-电极片；13-不锈钢箔片；14-锂电极；15-隔膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明公开的一种掺硼金刚石修饰的ATR晶片，如图1所示，其以衰减全反射晶片(ATR)为基底，在所述基底的表面设置有掺硼金刚石(BDD)薄膜层，所述掺硼金刚石薄膜层的电阻率为10-3～1Ω·cm，优选为10-3～10-2Ω·cm；红外光以一定角度入射至所述衰减全反射晶片内表面，该内表面与所述掺硼金刚石薄膜层相邻，所述红外光在该内表面上发生折射和反射，折射后的红外光进入所述掺硼金刚石薄膜层，且在所述掺硼金刚石薄膜层内发生全发射。
为了能够实现导电的同时使得红外信号检测成为可能，所述掺硼金刚石薄膜层的厚度优选为20nm至50μm；优选为20nm至10μm；膜中硼浓度为1×1018～5×1021个原子每立方厘米；所述掺硼金刚石薄膜层的表面粗糙度Rα<150nm。表面粗糙度要求在一定的范围以确保红外光在BDD内能够发生全反射，粗糙度值可以通过制备方法控制，本发明采用化学气相沉积法得到的BDD膜表面粗糙度<150nm。
红外光以与平面法线方向成23°～45°夹角入射至所述ATR晶体表面时，红外光在ATR晶体内表面上发生折射和反射，在BDD膜内发生全发射；否则可能出现红外信号不好或者物质检测不到红外信号的情况。
ATR晶体可以为各种材质的衰减全反射晶体，比如可以由Si、Ge、KRS-5、ZnS、AMTIR、ZnSe、蓝宝石或金刚石材料制成。
本发明所述的BDD修饰的ATR晶片的制备方法，可采用各种可行的沉积方法，比如采用化学气相沉积在衰减全反射ATR晶体上生长掺硼金刚石BDD薄膜层。该化学气相沉积CVD方法优选为热丝气相沉积(HFCVD)、微波等离子体化学气相沉积法(MP-CVD)、射频等离子体化学气相沉积(Rf-PCVD)或直流等离子体化学气相沉积(DC-PCVD)。采用热丝气相沉积在衰减全反射ATR晶体衬底上生长掺硼金刚石BDD薄膜层时，优选沉积工艺条件如下：热丝温度范围是2400～2700℃，所述衬底温度为700～1000℃，采用原位掺杂，甲烷浓度0.5％～10％，所用硼源为气态硼源(如辛硼烷、乙硼烷)、液态硼源(如硼酸三甲酯、硼酸三乙酯)或固态硼源(三氧化二硼、氮化硼、单质硼)。
本发明提出的掺硼金刚石修饰的ATR晶片，应用于红外原位电化学检测。以所述掺硼金刚石薄膜为工作电极，将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息，根据有机污染物分子在电化学降解过程中官能团变化判断电极表面降解的物质组成，研究降解反应过程；有机污染物分子可以为农药、多氯联苯(PCBs)、卤代脂肪烃、单环芳烃、苯酚和酚类、多环芳烃类(PAH)等。在使用该晶片进行有机污染物分子降解过程红外信息收集时，掺BBD的ATR晶片作为工作电极，起到导电作用的同时，确保红外信号能够被收集到。有毒难降解有机废水例如含有酚类、羧酸和醛等小分子的废水、除草剂、燃料废水、炸药废水、清洁剂或消毒剂，也可应用于硝酸根离子还原在线红外监测等。
本发明提出的掺硼金刚石修饰的ATR晶片，也可应用有机和无机电合成、电催化、储能电池电极界面研究、电分析和传感等领域的红外原位电化学检测。将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息。由于掺硼金刚石薄膜沉积在ATR晶片表面，因此晶片本身不会被腐蚀，BDD膜这里可以起到防腐蚀的作用，同时还可起到导电的作用。比如可以研究锂硫电池中锂正极与电解液作用产生钝化膜的反应，锂作为负极时在电池体系中生成SEI膜的反应以及电解液的分解情况；此外，还可用于研究氧还原反应(ORR)，如研究检测ORR在碱性溶液中的反应中间体的性质等。同样配备电化学池，能够在所设计晶片上进行此类体系的反应，由于BDD膜的惰性和稳定性一方面保护ATR不受腐蚀(如Li+离子对Si-ATR具有腐蚀作用)，另一方面，BDD能导电，可以起到导体的作用，使得连接更加方便。在电解反应过程中，即可用红外有效检测过程中的原位信号。
BDD膜镀在ATR晶片上的电化学红外原位检测机理：当一束单色光以入射角α从一种光学介质射入另一种光学介质时，光纤在两种光学介质的界面将发生反射和折射现象，反射角β和折射角γ的大小分别由反射定律和折射定律确定，如图1所示。当光路从空气射入ATR晶片时，入射角α增加到某一角度时，折射角γ将等于90°，即这是折射光沿晶体界面传播，当折射角等于90°的入射角称为临界角。
Sinα＝n2/n1
式中，n1为晶体的折射角；n2为空气的折射角。
入射光全部被反射，称此种现象为全反射。ATR附件就是利用这种光的全反射原理工作的。当入射角大于临界角时，红外光束在晶体内发生全发射。此时，反射光强等于入射光强，即光强全反射确实成立。红外光在晶体内表面发生全发射时，一方面反射光强等于入射光强，另一方面在晶体外表面附近产生驻波，称为隐失波。当样品与晶体外表面接触时，在每个反射点隐失波都穿入样品。从隐失波衰减的能量可以得到吸收信息。
当本发明将BDD薄膜负载到ATR晶片上时，红外光线以一定角度射入ATR晶体内部，在ATR上表面和BDD膜界面发生折射和反射，折射光进入BDD薄膜进一步在BDD上表面发生全发射。BDD上表面的驻波穿入样品，从接收的红外光中能得到样品官能团的信息。
BDD电极是个性能优异的电极，和其他电极相比，它具有较宽的电势窗口(一个电极的电势窗口越大，就意味着O2越难析出，阴极上H2越难析出，则有机物在阳极上被氧化降解或者在阴极上被还原的几率就越大，有机物电化学处理效率就越高；反之，电极电势窗口越小，有机物的电化学处理效率就越低)；较低的稳定的伏安背景电流(利用这一特性，在进行电化学分析中可以得到相比其他种类电极更高的信噪比，大大提高检测方法的灵敏性和重现性。)，此外，BDD电极具有优异的物理及化学稳定性(即在酸或碱性溶液中也不易被破坏)，以及对有机物吸附性能弱，不易被污染，电极响应灵敏。
由于硼对红外信号有很强的吸收，目前，还未有人实现BDD薄膜上的原位红外检测。硼掺量是关键的因素。在ATR晶片上负载BDD薄膜时，硼掺杂量过多，导致无法检测到红外信号，硼掺杂量过低无法导电，要实现两者都能达到，就需要控制好硼掺杂量以及薄膜厚度。如何在ATR晶体上控制BDD的沉积参数，使其具备导电性的同时获取表界面的红外信息一直是个长期困扰研究人员的难点。
薄膜厚度是另一个重要的影响因素。光路在薄膜中的路程少一些，那么硼对红外的吸收也就会减少，检测的信号就会增强。
现有技术在ATR晶体表面负载Au、Ag、Pt等薄膜或者颗粒金属材料电极，很难应用于其他领域，因为这些Au、Ag、Pt等薄膜或者颗粒金属具有一定的催化性能，无法确定是所研究体系发生的反应还是Au、Ag、Pt金属等的催化反应，所以会对研究产生干扰。而BDD电极稳定，惰性，不易脱落，且无催化性能，并起导电作用进而对各种体系、材料进行研究。比如锂硫电池，测红外时，光用ATR晶片如Si，Li很容易腐蚀Si晶片，但本专利可以避免这个现象且能测出红外峰谱图。
以下为实施例：
实施例1
硅晶片上采用热丝化学气相沉积BDD膜步骤：
(1)基底预处理。准备Si材质的ATR作为基底，长8cm，宽5cm，高1cm，入射角在23-45°范围内红外光在下层ATR内能够反射和折射，在上层BDD膜内能够全反射，表面机械抛光至镜面光洁度。而后用0.1-0.5μm的金刚石研磨膏涂覆于Si打磨好的上表面研磨10min，提高成核密度。然后用酒精超声清洗30min以去除基底表面油污等。为增大晶体表面金刚石成核点，将清洗好的试样放入金刚石纳米粉的丙酮悬浊液中超声种晶30min，然后晾干。可使得表面留下缺陷和高能位点。
(2)抽真空。用酒精将预处理的Si晶片擦拭干净后，迅速放入沉积室内后对沉积室抽真空使之压强到20Pa以下，为保证室内空气排出干净，再向内通入H2和CH4混合气体，继续抽真空4～5min。
(3)热丝、微波或射频等离子体碳化。抽真空后，通入H2和CH4气体，其中，控制H2流量为400sccm，调节CH4流量，使气体中C/H＝2％～4％，沉积室内气压约为2～2.5kPa。进行热丝碳化时，采用钽丝作为热丝，控制热丝温度为2400～2560℃，碳化2小时。微波或射频等离子体碳化时，等离子体源功率为0.5-2kW。
(4)金刚石涂层核形成与生成。碳化2小时候后，保持H2流量和C/H比不变，通入H2和溶有B2O3的C2H5OH混合气体，为使衬底到达预定温度范围，控制衬底工作台，使热丝距离衬底5～8mm，或等离子紧贴衬底，沉积BDD膜。8小时后，以约4℃/min的速度缓慢降温。
得到沉积膜厚为45nm，膜中硼含量为2×1021个硼原子每立方厘米BDD，BDD膜电阻率为10-3Ω·cm，表面粗糙度Rα为30nm。
实施例2
以实施例1制备得到的BDD膜作为工作电极，进行电化学原位红外光谱检测：图2是本发明掺硼金刚石修饰的用于红外原位电化学检测的ATR晶片与电化学装置配合使用的其中一种示意图。
(1)以BDD膜5作为阳极，通过铜片4连接电化学工作站的工作电极。将本发明晶片置于支撑盘7内，其上安装电化学池9，电化学池与BDD膜通过橡胶圈8连接，防止反应区内溶液流出。电化学池上两侧有开孔3、10，中心开孔1为主要电化学反应区域。其中一侧开孔10用于打入和吸除溶液，另一次开孔3用于放对电极2，中心池孔11内插入参比电极1，组成三电极电化学装置。将整个装置置于红外样品室内固定，便可进行原位电化学检测。
(2)首先，向电化学装置内打入0.1mol/L硫酸钠，红外入射角度为39°进行红外背景检测，将此作为背景信号。检测完毕，取出硫酸钠水溶液。
(3)接着，向电化学装置内打入含有0.1mol/L硫酸钠的苯酚溶液，浓度为5g/L，在与步骤(2)同样的条件下进行红外信号检测。
(4)然后，将电解池接入电化学工作站，进行恒压电化学降解，设置电压为5V，开启电化学工作的之前，设置红外光谱连续等间隔采样，采样间隔2分钟，采样总时长为6小时。即可得到苯酚电化学降解过程中BDD电极表面的原位红外光谱图，如图3所示。从图3可以看出一些峰的变化情况，从而进一步推测苯酚的降解过程。如在1211cm-1位置处产生了一个大峰，这可能是酚类的C-OH键的生成，随着时间不断增加，很可能是降解生成了对苯二酚、邻苯二酚等物质；又如在1655cm-1位置的峰也随着时间也不断增加，这可能是芳香酮的C＝O键的生成，即降解产生对苯醌。
实施例3
以实施例1的方法制备BDD负载晶片，得到BDD膜厚4.5μm，掺硼量为1.8×1019个硼原子每立方厘米BDD，BDD膜电阻率为10-1Ω·cm，表面粗糙度Rα为120nm。
(1)装置图如图4所示，以BDD薄膜5作为导电载体，在中心铺上涂有PAN/S(硫和聚丙烯腈热处理产物)的电极片作正极12，通过不锈钢箔13一端连着BDD薄膜，一段连接电化学工作站使得正极导电。正极上表面覆盖薄膜15，能有效防止正负电极短接。隔膜上表面即覆盖锂电极14，同样通过不锈钢箔13作导线连接电化学工作站，Li电极同时作为负极和参比电极。
(2)而后，与实施例2相同，将电化学池9安装在上面，电化学池与BDD薄膜通过橡胶圈8连接，防止反应区溶液流出。电化学池两侧开孔3、10用塞子密封，防止漏液。从中心池孔11打入电解液1mol/L的LiPF6-EC/DMC溶液，随后同样用塞子将中心池堵住。
(3)接通电化学工作站，进行恒电流放电测试，设置放电电流0.5mA，从开路电压放电至1V。开启电化学工作之前，设置红外光谱连续等间隔采样，采样间隔150s，总时长3小时。即可研究锂硫电池充放电过程中正极界面附近的电解液变化情况，进一步研究正极表面固态电解质层的形成过程及成分组成。
(4)测得的红外光谱图5，从图中可以看出1802cm-1、1771cm-1、1753cm-1处EC、DMC的C＝O峰减弱；1280cm-1、1160cm-1、1073cm-1处EC、DMC的C-O峰减弱。这些说明电解液EC、DMC可能被消耗。
实施例4
以实施例1的方法制备BDD负载晶片，得到BDD膜厚1.5μm，掺硼量为3.5×1020个硼原子每立方厘米BDD，BDD膜电阻率为10-2Ω·cm，表面粗糙度Rα为80nm。本例应用装置与实施例2相似。
(1)以BDD膜5作为阳极，通过铜片4连接电化学工作站的工作电极。将本发明晶片置于支撑盘7内，其上安装电化学池9，电化学池与BDD膜通过橡胶圈8连接，防止反应区内溶液流出。电化学池上两侧有开孔3、10，中心开孔1为主要电化学反应区域。其中一侧开孔10用于打入和吸除溶液，另一次开孔3用于放对电极2，中心池孔11内插入参比电极1，组成三电极电化学装置。将整个装置置于红外样品室内固定，便可进行原位电化学检测。
(2)首先，向电化学装置内打入超纯水，入射角设置为25°，进行红外背景检测，将此作为背景信号。检测完毕，取出超纯水。
(3)接着，向电化学装置内打入含有0.1mol/L硫酸钠的对苯醌溶液，浓度为15g/L，在与步骤(2)同样的条件下进行红外信号检测。
(4)然后，将电解池接入电化学工作站，进行恒压电化学降解，设置电压为5V，开启电化学工作的之前，设置红外光谱连续等间隔采样，采样间隔2分钟，采样总时长为6小时。即可得到苯酚电化学降解过程中BDD电极表面的原位红外光谱图，如图6所示。从图6得到一些峰的信息变化从而推测降解产物，如在1258cm-1的峰，可能是羧酸C-OH的伸缩振动引起，随着对苯醌的降解，逐渐产生羧酸类物质。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片，其特征在于，其以衰减全反射晶片为基底，在所述基底的表面设置有掺硼金刚石薄膜层，所述掺硼金刚石薄膜层的电阻率为10-3Ω·cm；红外光以一定角度入射至所述衰减全反射晶片内表面，该内表面与所述掺硼金刚石薄膜层相邻，所述红外光在该内表面上发生折射和反射，折射后的红外光进入所述掺硼金刚石薄膜层，且在所述掺硼金刚石薄膜层内发生全发射；
所述掺硼金刚石薄膜层的厚度为45nm；所述薄膜层中硼浓度为2×1021个硼原子每立方厘米；所述掺硼金刚石薄膜层的表面粗糙度Rα为30nm；
红外光以与平面法线方向成23°～45°入射至所述衰减全反射晶片内表面；
所述掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片的制备包括如下步骤：
(1)基底预处理：对所述基底进行表面机械抛光至镜面光洁度，用金刚石研磨膏涂覆于打磨好的基底表面进行研磨，提高成核密度；然后用酒精超声清洗以去除基底表面油污；为增大晶体表面金刚石成核点，将清洗好的基底放入金刚石纳米粉的丙酮悬浊液中超声种晶，晾干，使得其表面留下缺陷和高能位点；
(2)抽真空：将预处理的晶片基底放入沉积室内后，对沉积室抽真空使之压强到20Pa以下，为保证室内空气排出干净，再向内通入H2和CH4混合气体，继续抽真空4～5min；
(3)热丝、微波或射频等离子体碳化：抽真空后，通入H2和CH4气体，其中，控制H2流量为400sccm，调节CH4流量，使气体中C/H＝2％～4％，沉积室内气压为2～2.5kPa；进行热丝碳化时，采用钽丝作为热丝，控制热丝温度为2400～2560℃，碳化2小时；微波或射频等离子体碳化时，等离子体源功率为0.5-2kW；
(4)金刚石涂层核形成与生成：碳化后，保持H2流量和C/H比不变，通入H2和溶有B2O3的C2H5OH混合气体，为使基底到达预定温度范围，控制基底工作台，使热丝距离基底5～8mm，或等离子紧贴基底，沉积BDD膜，降温后得到所述掺硼金刚石修饰的衰减全反射晶片。
2.如权利要求1所述的晶片，其特征在于，所述衰减全反射晶片材质为Si、Ge、KRS-5、ZnS、AMTIR、ZnSe、蓝宝石或金刚石。
3.如权利要求1或2所述的晶片的应用，其特征在于，用于红外原位电化学检测。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息；以所述掺硼金刚石薄膜为工作电极，将被研究样品置于所述工作电极表面，使所述样品发生电化学反应，通过红外光谱仪收集所述样品在所述工作电极表面发生电化学反应过程中的红外光谱信息；所述电化学反应为有机污染物分子的电催化氧化反应。
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