CN109916827B - 一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学测试领域，一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法，电化学红外反射光谱实验装置包括样品制备部分、样品测试部分、计算机和电缆，样品制备部分包括主真空腔、位移台、操纵杆、冷却台、传样腔、门阀I、橡胶圈I、真空泵I、橡胶圈II、观察窗、真空泵II、门阀II、转移腔、快接法兰、样品架、样品、出气口、进气口和顶针，样品测试部分包括电化学测试腔、激光器、反射镜I、反射镜II、探测器和电位控制器，能在超高真空环境中制备样品，对超高真空中进行电化学红外光谱实验，能够将样品从超高真空环境转移至液体环境中，转移过程对待测样品表面污染较小，无需将样品架与电解液接触，适用于电化学红外反射光谱测量。

Description

一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法

技术领域

本发明涉及化学测试领域，尤其是一种对超高真空中制备的样品进行电化学红外光谱实验的一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法。

背景技术

红外光谱是一种研究分子结构特性的常用技术手段，其原理是基于分子选择性地吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级之间的跃迁，通过检测红外线被吸收或反射的情况即能够得到物质的红外吸收或反射光谱，并以此来分析分子的相关特性。其中，红外反射光谱是一种利用红外反射光研究吸附薄层的光谱分析技术，与吸附薄层和金属载体的光学常数、入射角及入射光的极化方向有关。在某些实验中，需要将红外反射光谱与电化学实验相结合，即对处于电解液中的样品进行红外反射光谱测量。特别是，某些特殊的样品需要在真空中及低温条件下制备，并且在将样品置于电解液中之前不能暴露在一般的大气环境中，另外，用于超高真空环境的样品架通常采用钽、钼等耐高温的金属材料制成，而这些材料会与电解液发生反应从而对电化学实验结果造成影响，因此需要尽可能避免样品架与电解液接触。现有技术缺陷：目前还没有较好的解决方法满足以上实验要求，所述一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法能够解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明方法采用特殊设计的样品架及样品转移结构，能够在超高真空环境中制备样品，并能够快速、清洁地将样品从超高真空环境转移至液体环境中，且转移过程中待测样品表面不会暴露在大气环境中，样品架不与电解液接触。

本发明所采用的技术方案是：

电化学红外反射光谱实验装置包括样品制备部分、样品测试部分、计算机和若干电缆，样品制备部分包括主真空腔、位移台、操纵杆、冷却台、传样腔、门阀I、橡胶圈I、真空泵I、橡胶圈II、观察窗、真空泵II、门阀II、转移腔、快接法兰、样品架、样品、出气口、进气口和顶针，xyz为三维空间坐标系，主真空腔安装有真空泵组、蒸发源、膜厚仪和氩离子枪，氩离子枪发射的高能氩离子能够斜入射到样品正面以对样品表面进行清洁，蒸发源内具有待沉积分子，能够将待沉积分子蒸发到样品表面，样品架由四根馈通、连接块和两根钽制方杆依次连接组成；样品测试部分包括电化学测试腔、激光器、反射镜I、反射镜II、探测器和电位控制器；传样腔为圆柱管状，传样腔的上端连通主真空腔、下端通过快接法兰连通转移腔，拆开快接法兰时能够将转移腔与传样腔分离；主真空腔的上面具有通孔，位移台覆盖安装于通孔的上面且具有气密性，操纵杆穿过位移台且上端露出位移台的上方、下端连接于冷却台，冷却台为圆柱形容器，冷却台具有液氮入口及氮气出口，液氮入口通过液氮传输管连接液氮容器，能够向冷却台内充入液氮以降温，也能够将液氮从冷却台内吹出以升温；通过控制操纵杆能够使得冷却台在主真空腔和传样腔内沿y方向上下移动，样品架通过四根馈通连接于冷却台的下端，当将位移台与主真空腔分离时，能够将操纵杆、冷却台及样品架一并从主真空腔上面的通孔取出；传样腔自上而下依次具有门阀I、观察窗和门阀II，门阀I用于连通或隔离主真空腔与传样腔，门阀II用于连通或隔离传样腔与转移腔，真空泵I和真空泵II分别通过轴线沿z方向的抽气口I和抽气口II连接至传样腔，抽气口I和抽气口II的轴线到传样腔上端面的距离分别为13cm和19cm，真空泵I和真空泵II均具有放气口，能够通过所述放气口对传样腔内充入气体；传样腔内壁水平连接有橡胶圈I和橡胶圈II，橡胶圈I和橡胶圈II到传样腔上端面的距离分别为8cm和16cm，在通过控制操纵杆使得冷却台自上而下移动的过程中，当冷却台下端移动至橡胶圈I位置时，橡胶圈I能够嵌套在冷却台外侧，并使得传样腔内部位于橡胶圈I的上方区域和下方区域之间具有气密性；在通过控制操纵杆使得冷却台继续向下移动的过程中，当冷却台下端移动至橡胶圈II位置时，橡胶圈II能够嵌套在冷却台外侧，并使得传样腔内位于橡胶圈II的上方区域和下方区域之间具有气密性；转移腔为玻璃圆桶体且具有出气口和进气口，转移腔中装有液面高度为6cm的超纯水，顶针为圆柱棒且下端垂直固定于转移腔的内底面中心；所述样品为近似圆盘状，样品正面的中心具有一个直径为6mm、高度为0.5mm的凸台部分，样品背面连接有一个周长为1cm的铂丝环；连接块和钽制方杆均具有弹性，两根钽制方杆能够夹住样品的边缘两侧并具有良好的导热性及导电性。

电化学测试腔包括顶盖、腔体、玻璃管、铂杆、气体进口、气体出口、对电极、参考电极、垫圈和红外透射窗，顶盖上具有气体进口和气体出口，腔体为具有上开口和下开口的漏斗形，上开口连接顶盖、下开口通过垫圈连接红外透射窗，垫圈也能够与红外透射窗分离，垫圈为环形且其内环孔能够容纳样品，所述红外透射窗为球面向下的半球形；玻璃管贯穿顶盖的中心且能够相对于顶盖上下移动，铂杆位于玻璃管内并能够相对于玻璃管上下移动，铂杆的下端为倒钩，倒钩能够勾起铂丝环；对电极和参考电极均贯穿顶盖，铂杆、对电极和参考电极的上端分别电缆连接电位控制器；激光器、反射镜I、反射镜II和探测器均位于电化学测试腔的下方，激光器发射的激光经过反射镜I反射、并通过红外透射窗到达样品的表面，再经过样品表面和反射镜II的反射后进入探测器，探测器电缆连接计算机，计算机能够通过分析探测器采集到的数据，得到相应的红外反射谱。

传样腔的高度为30cm、内径为12cm；转移腔的内径为5cm、高度为10cm；冷却台的高度为20cm、外径为10cm；馈通内部具有电缆，两根钽制方杆之间的距离为10mm；真空泵I的抽气口I和真空泵II的抽气口II的内径均为3cm；出气口距离转移腔的上沿面为2cm，进气口距离转移腔的内底面为1cm；顶针的直径为3mm、高度为2cm，顶针由特氟龙材料制成；铂丝环的直径为0.3mm；玻璃管的外径为6mm、内径为4mm。

所述一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法的步骤为：

步骤一，进行样品制备前的准备工作：在大气环境中将样品安装至样品架上，通过两根钽制方杆夹住样品两侧边缘，并使得样品正面朝向负x轴方向，并通过操纵杆将冷却台、样品架及样品全部置于主真空腔内，将位移台安装到主真空腔上面的通孔处，使得位移台与所述通孔之间具有气密性；

步骤二，关闭门阀I，关闭门阀II，开启真空泵组以将主真空腔抽真空至1×10^{- 10}mbar，并向冷却台内充入液氮；

步骤三，样品的真空制备：采用主真空腔中的氩离子枪对样品正面进行清洁，开启蒸发源，将蒸发源内的待沉积分子蒸发到样品正面以形成分子薄膜，并同时采用膜厚仪监控样品正面上的膜厚；

步骤四，待样品制备过程完成后，将液氮从冷却台内吹出以将冷却台的温度升至室温，开启真空泵I和真空泵II，开启门阀I，通过操纵杆使得冷却台向下移动，并使得冷却台的下端依次通过橡胶圈I和橡胶圈II，依次使得传样腔内部位于橡胶圈I的上方区域和下方区域之间具有气密性、位于橡胶圈II的上方区域和下方区域之间具有气密性；

步骤五，关闭真空泵II电源，真空泵II停止抽气，并通过真空泵II的放气口对传样腔中位于橡胶圈II下方的区域充入高纯氮气，直到一个大气压，开启门阀II；

步骤六，通过进气口向转移腔中的超纯水中不间断地通入高纯氮气，通过操纵杆使得冷却台向下移动，直到顶针的上端与样品的下侧接触，顶针对样品产生作用力，并使得样品脱离样品架后坠落至转移腔的超纯水中；

步骤七，拆开快接法兰以使得转移腔与传样腔分离；

步骤八，将电化学测试腔的垫圈与腔体的下开口分离，并将转移腔移动至腔体下方，将铂杆相对于玻璃管向下移动，使得铂杆下端的倒钩浸入转移腔的超纯水中，采用四氟乙烯材料制成的镊子使得样品背面的铂丝环套在铂杆下端的倒钩上，并微调样品在转移腔的超纯水中的位置，最终使得铂杆下端的倒钩通过样品背面的铂丝环将样品勾起，并能够保证样品在离开转移腔的超纯水的液面的时刻，样品的正面朝下，其结果是，超纯水滴残留在样品的正面，由于液体张力的作用，样品的凸台部分完全被包裹在超纯水滴中而不会与大气环境接触；

步骤九，调整铂杆的位置，使得样品背面与玻璃管的下端开口接触并压紧，调整玻璃管相对于顶盖的位置，并将垫圈连接至腔体的下开口，将红外透射窗连接至垫圈下面，并使得红外透射窗上平面与样品的正面的凸台部分接触，在此步骤过程中需要保证样品的正面的凸台部分始终完全被包裹在超纯水滴中；

步骤十，在腔体中加入电解液，并使得对电极的下端和参考电极的下端分别浸入电解液中，且电解液与样品的背面接触，调节电位控制器，分别对铂杆、对电极和参考电极施加电势；

步骤十一，开启激光器，激光器发射的激光经过反射镜I反射、并通过红外透射窗到达样品的表面，再经过样品表面和反射镜II的反射后进入探测器；

步骤十二，计算机分析探测器采集到的数据，得到样品的红外反射谱。

本发明的有益效果是：

本发明方法能够将样品从超高真空环境转移至液体环境中，转移过程对待测样品表面污染较小，样品转移过程简便快捷，且无需将样品架与电解液接触，从而不会影响电化学实验结果。

附图说明

下面结合本发明的图形进一步说明：

图1是样品制备部分的示意图；

图2是样品架的局部放大示意图；

图3是图2的右视图；图4是图2的仰视图。

图5是样品测试部分的示意图。

图中，1.主真空腔，2.位移台，3.操纵杆，4.冷却台，5.传样腔，6.门阀I，7.橡胶圈I，8.真空泵I，9.橡胶圈II，10.观察窗，11.真空泵II，12.门阀II，13.转移腔，14.快接法兰，15.样品架，15-1.馈通，15-2.连接块，15-3.钽制方杆，16.样品，17.出气口，18.进气口，19.顶针，20.电化学测试腔，20-1.顶盖，20-2.腔体，20-3.玻璃管，20-4.铂杆，20-5.气体进口，20-6.气体出口，20-7.对电极，20-8.参考电极，20-9.垫圈，20-10.红外透射窗，21.激光器，22.反射镜I，23.反射镜II，24.探测器，25.电位控制器。

具体实施方式

如图1是样品制备部分的示意图，样品制备部分包括主真空腔(1)、位移台(2)、操纵杆(3)、冷却台(4)、传样腔(5)、门阀I(6)、橡胶圈I(7)、真空泵I(8)、橡胶圈II(9)、观察窗(10)、真空泵II(11)、门阀II(12)、转移腔(13)、快接法兰(14)、样品架(15)、样品(16)、出气口(17)、进气口(18)和顶针(19)，xyz为三维空间坐标系，主真空腔(1)安装有真空泵组、蒸发源、膜厚仪和氩离子枪，氩离子枪发射的高能氩离子能够斜入射到样品正面以对样品表面进行清洁，蒸发源内具有待沉积分子，能够将待沉积分子蒸发到样品(16)表面；传样腔(5)为圆柱管状，传样腔(5)的高度为30cm、内径为12cm，传样腔(5)的上端连通主真空腔(1)、下端通过快接法兰(14)连通转移腔(13)，转移腔(13)的内径为5cm、高度为10cm，拆开快接法兰(14)时能够将转移腔(13)与传样腔(5)分离；主真空腔(1)的上面具有通孔，位移台(2)覆盖安装于通孔的上面且具有气密性，操纵杆(3)穿过位移台(2)且上端露出位移台(2)的上方、下端连接于冷却台(4)，冷却台(4)为圆柱形容器，冷却台(4)的高度为20cm、外径为10cm，冷却台(4)具有液氮入口及氮气出口，液氮入口通过液氮传输管连接液氮容器，能够向冷却台(4)内充入液氮以降温，也能够将液氮从冷却台(4)内吹出以升温；通过控制操纵杆(3)能够使得冷却台(4)在主真空腔(1)和传样腔(5)内沿y方向上下移动，样品架(15)通过四根馈通(15-1)连接于冷却台(4)的下端，当将位移台(2)与主真空腔(1)分离时，能够将操纵杆(3)、冷却台(4)及样品架(15)一并从主真空腔(1)上面的通孔取出；传样腔(5)自上而下依次具有门阀I(6)、观察窗(10)和门阀II(12)，门阀I(6)用于连通或隔离主真空腔(1)与传样腔(5)，门阀II(12)用于连通或隔离传样腔(5)与转移腔(13)，真空泵I(8)和真空泵II(11)分别通过轴线沿z方向的抽气口I和抽气口II连接至传样腔(5)，抽气口I和抽气口II的内径均为3cm，抽气口I和抽气口II的轴线到传样腔(5)上端面的距离分别为13cm和19cm，真空泵I(8)和真空泵II(11)均具有放气口，能够通过所述放气口对传样腔(5)内充入气体；传样腔(5)内壁水平连接有橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)，橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)到传样腔(5)上端面的距离分别为8cm和16cm，在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)自上而下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈I(7)位置时，橡胶圈I(7)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内部位于橡胶圈I(7)的上方区域和下方区域之间具有气密性；在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)继续向下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈II(9)位置时，橡胶圈II(9)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内位于橡胶圈II(9)的上方区域和下方区域之间具有气密性；转移腔(13)为玻璃圆桶体且具有出气口(17)和进气口(18)，出气口(17)距离转移腔(13)的上沿面为2cm，进气口(18)距离转移腔(13)的内底面为1cm，转移腔(13)中装有液面高度为6cm的超纯水，顶针(19)为圆柱棒且下端垂直固定于转移腔(13)的内底面中心，顶针(19)的直径为3mm、高度为2cm，顶针(19)由特氟龙材料制成。

如图2是样品架的局部放大示意图，如图3是图2的右视图，如图4是图2的仰视图，样品架(15)由四根馈通(15-1)、连接块(15-2)和两根钽制方杆(15-3)依次连接组成，馈通(15-1)内部具有电缆，两根钽制方杆(15-3)之间的距离为10mm，连接块(15-2)和钽制方杆(15-3)均具有弹性，两根钽制方杆(15-3)能够夹住样品(16)的边缘两侧并具有良好的导热性及导电性，所述样品(16)为近似圆盘状，样品(16)正面的中心具有一个直径为6mm、高度为0.5mm的凸台部分，优点是在氩离子枪对样品(16)表面进行清洁时，能够降低由于氩离子轰击钽制方杆(15-3)而产生的物质对样品(16)正面凸台部分的污染，样品(16)背面连接有一个周长为1cm的铂丝环，铂丝环的直径为0.3mm。

如图5是样品测试部分的示意图，样品测试部分包括电化学测试腔(20)、激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)、探测器(24)和电位控制器(25)，电化学测试腔(20)包括顶盖(20-1)、腔体(20-2)、玻璃管(20-3)、铂杆(20-4)、气体进口(20-5)、气体出口(20-6)、对电极(20-7)、参考电极(20-8)、垫圈(20-9)和红外透射窗(20-10)，顶盖(20-1)上具有气体进口(20-5)和气体出口(20-6)，腔体(20-2)为具有上开口和下开口的漏斗形，上开口连接顶盖(20-1)、下开口通过垫圈(20-9)连接红外透射窗(20-10)，垫圈(20-9)也能够与红外透射窗(20-10)分离，垫圈(20-9)为环形且其内环孔能够容纳样品(16)，所述红外透射窗(20-10)为球面向下的半球形；玻璃管(20-3)贯穿顶盖(20-1)的中心且能够相对于顶盖(20-1)上下移动，铂杆(20-4)位于玻璃管(20-3)内并能够相对于玻璃管(20-3)上下移动，玻璃管(20-3)的外径为6mm、内径为4mm，铂杆(20-4)的下端为倒钩，倒钩能够勾起铂丝环；对电极(20-7)和参考电极(20-8)均贯穿顶盖(20-1)，铂杆(20-4)、对电极(20-7)和参考电极(20-8)的上端分别电缆连接电位控制器(25)；激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)和探测器(24)均位于电化学测试腔(20)的下方，激光器(21)发射的激光经过反射镜I(22)反射、并通过红外透射窗(20-10)到达样品(16)的表面，再经过样品(16)表面和反射镜II(23)的反射后进入探测器(24)，探测器(24)电缆连接计算机，计算机能够通过分析探测器(24)采集到的数据，得到相应的红外反射谱。

电化学红外反射光谱实验装置包括样品制备部分、样品测试部分、计算机和若干电缆，样品制备部分包括主真空腔(1)、位移台(2)、操纵杆(3)、冷却台(4)、传样腔(5)、门阀I(6)、橡胶圈I(7)、真空泵I(8)、橡胶圈II(9)、观察窗(10)、真空泵II(11)、门阀II(12)、转移腔(13)、快接法兰(14)、样品架(15)、样品(16)、出气口(17)、进气口(18)和顶针(19)，xyz为三维空间坐标系，主真空腔(1)安装有真空泵组、蒸发源、膜厚仪和氩离子枪，氩离子枪发射的高能氩离子能够斜入射到样品正面以对样品表面进行清洁，蒸发源内具有待沉积分子，能够将待沉积分子蒸发到样品(16)表面，样品架(15)由四根馈通(15-1)、连接块(15-2)和两根钽制方杆(15-3)依次连接组成；样品测试部分包括电化学测试腔(20)、激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)、探测器(24)和电位控制器(25)；传样腔(5)为圆柱管状，传样腔(5)的上端连通主真空腔(1)、下端通过快接法兰(14)连通转移腔(13)，拆开快接法兰(14)时能够将转移腔(13)与传样腔(5)分离；主真空腔(1)的上面具有通孔，位移台(2)覆盖安装于通孔的上面且具有气密性，操纵杆(3)穿过位移台(2)且上端露出位移台(2)的上方、下端连接于冷却台(4)，冷却台(4)为圆柱形容器，冷却台(4)具有液氮入口及氮气出口，液氮入口通过液氮传输管连接液氮容器，能够向冷却台(4)内充入液氮以降温，也能够将液氮从冷却台(4)内吹出以升温；通过控制操纵杆(3)能够使得冷却台(4)在主真空腔(1)和传样腔(5)内沿y方向上下移动，样品架(15)通过四根馈通(15-1)连接于冷却台(4)的下端，当将位移台(2)与主真空腔(1)分离时，能够将操纵杆(3)、冷却台(4)及样品架(15)一并从主真空腔(1)上面的通孔取出；传样腔(5)自上而下依次具有门阀I(6)、观察窗(10)和门阀II(12)，门阀I(6)用于连通或隔离主真空腔(1)与传样腔(5)，门阀II(12)用于连通或隔离传样腔(5)与转移腔(13)，真空泵I(8)和真空泵II(11)分别通过轴线沿z方向的抽气口I和抽气口II连接至传样腔(5)，抽气口I和抽气口II的轴线到传样腔(5)上端面的距离分别为13cm和19cm，真空泵I(8)和真空泵II(11)均具有放气口，能够通过所述放气口对传样腔(5)内充入气体；传样腔(5)内壁水平连接有橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)，橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)到传样腔(5)上端面的距离分别为8cm和16cm，在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)自上而下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈I(7)位置时，橡胶圈I(7)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内部位于橡胶圈I(7)的上方区域和下方区域之间具有气密性；在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)继续向下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈II(9)位置时，橡胶圈II(9)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内位于橡胶圈II(9)的上方区域和下方区域之间具有气密性；转移腔(13)为玻璃圆桶体且具有出气口(17)和进气口(18)，转移腔(13)中装有液面高度为6cm的超纯水，顶针(19)为圆柱棒且下端垂直固定于转移腔(13)的内底面中心；所述样品(16)为近似圆盘状，样品(16)正面的中心具有一个直径为6mm、高度为0.5mm的凸台部分，样品(16)背面连接有一个周长为1cm的铂丝环；连接块(15-2)和钽制方杆(15-3)均具有弹性，两根钽制方杆(15-3)能够夹住样品(16)的边缘两侧并具有良好的导热性及导电性；

电化学测试腔(20)包括顶盖(20-1)、腔体(20-2)、玻璃管(20-3)、铂杆(20-4)、气体进口(20-5)、气体出口(20-6)、对电极(20-7)、参考电极(20-8)、垫圈(20-9)和红外透射窗(20-10)，顶盖(20-1)上具有气体进口(20-5)和气体出口(20-6)，腔体(20-2)为具有上开口和下开口的漏斗形，上开口连接顶盖(20-1)、下开口通过垫圈(20-9)连接红外透射窗(20-10)，垫圈(20-9)也能够与红外透射窗(20-10)分离，垫圈(20-9)为环形且其内环孔能够容纳样品(16)，所述红外透射窗(20-10)为球面向下的半球形；玻璃管(20-3)贯穿顶盖(20-1)的中心且能够相对于顶盖(20-1)上下移动，铂杆(20-4)位于玻璃管(20-3)内并能够相对于玻璃管(20-3)上下移动，铂杆(20-4)的下端为倒钩，倒钩能够勾起铂丝环；对电极(20-7)和参考电极(20-8)均贯穿顶盖(20-1)，铂杆(20-4)、对电极(20-7)和参考电极(20-8)的上端分别电缆连接电位控制器(25)；激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)和探测器(24)均位于电化学测试腔(20)的下方，激光器(21)发射的激光经过反射镜I(22)反射、并通过红外透射窗(20-10)到达样品(16)的表面，再经过样品(16)表面和反射镜II(23)的反射后进入探测器(24)，探测器(24)电缆连接计算机，计算机能够通过分析探测器(24)采集到的数据，得到相应的红外反射谱。

传样腔(5)的高度为30cm、内径为12cm；转移腔(13)的内径为5cm、高度为10cm；冷却台(4)的高度为20cm、外径为10cm；馈通(15-1)内部具有电缆，两根钽制方杆(15-3)之间的距离为10mm；真空泵I(8)的抽气口I和真空泵II(11)的抽气口II的内径均为3cm；出气口(17)距离转移腔(13)的上沿面为2cm，进气口(18)距离转移腔(13)的内底面为1cm；顶针(19)的直径为3mm、高度为2cm，顶针(19)由特氟龙材料制成；铂丝环的直径为0.3mm；玻璃管(20-3)的外径为6mm、内径为4mm。样品(16)正面的中心具有一个凸台部分的优点是在氩离子枪对样品(16)表面进行清洁时，能够降低由于氩离子轰击钽制方杆(15-3)而产生的物质对样品(16)正面凸台部分的污染。

实施例，样品(16)为金单晶，蒸发源内的待沉积分子为酞菁钴，酞菁钴分子被蒸发到金单晶表面后形成厚度为100微米的分子层；腔体(20-2)中的电解液为1摩尔/升浓度的磷酸钾溶液，酸碱度PH＝10；对电极(20-7)为Au电极，参考电极(20-8)为Ag/AgCl电极；调节电位控制器(25)，在对电极(20-7)上施加电势0.30V，在参考电极(20-8)上施加电势0.05V，在铂杆(20-4)上施加电势0.10V。

所述一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法的步骤为：

步骤一，进行样品制备前的准备工作：在大气环境中将样品(16)安装至样品架(15)上，通过两根钽制方杆(15-3)夹住样品(16)两侧边缘，并使得样品(16)正面朝向负x轴方向，并通过操纵杆(3)将冷却台(4)、样品架(15)及样品(16)全部置于主真空腔(1)内，将位移台(2)安装到主真空腔(1)上面的通孔处，使得位移台(2)与所述通孔之间具有气密性；

步骤二，关闭门阀I(6)，关闭门阀II(12)，开启真空泵组以将主真空腔(1)抽真空至1×10^-10mbar，并向冷却台(4)内充入液氮；

步骤三，样品的真空制备：采用主真空腔(1)中的氩离子枪对样品(16)正面进行清洁，开启蒸发源，将蒸发源内的待沉积分子蒸发到样品正面以形成分子薄膜，并同时采用膜厚仪监控样品正面上的膜厚；

步骤四，待样品制备过程完成后，将液氮从冷却台(4)内吹出以将冷却台(4)的温度升至室温，开启真空泵I(8)和真空泵II(11)，开启门阀I(6)，通过操纵杆(3)使得冷却台(4)向下移动，并使得冷却台(4)的下端依次通过橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)，依次使得传样腔(5)内部位于橡胶圈I(7)的上方区域和下方区域之间具有气密性、位于橡胶圈II(9)的上方区域和下方区域之间具有气密性；

步骤五，关闭真空泵II(11)电源，真空泵II(11)停止抽气，并通过真空泵II(11)的放气口对传样腔(5)中位于橡胶圈II(9)下方的区域充入高纯氮气，直到一个大气压，开启门阀II(12)；

步骤六，通过进气口(18)向转移腔(13)中的超纯水中不间断地通入高纯氮气，通过操纵杆(3)使得冷却台(4)向下移动，直到顶针(19)的上端与样品(16)的下侧接触(如图1)，顶针(19)对样品(16)产生作用力，并使得样品(16)脱离样品架(15)后坠落至转移腔(13)的超纯水中；

步骤七，拆开快接法兰(14)以使得转移腔(13)与传样腔(5)分离；

步骤八，将电化学测试腔(20)的垫圈(20-9)与腔体(20-2)的下开口分离，并将转移腔(13)移动至腔体(20-2)下方，将铂杆(20-4)相对于玻璃管(20-3)向下移动，使得铂杆(20-4)下端的倒钩浸入转移腔(13)的超纯水中，采用四氟乙烯材料制成的镊子使得样品(16)背面的铂丝环套在铂杆(20-4)下端的倒钩上，并微调样品(16)在转移腔(13)的超纯水中的位置，最终使得铂杆(20-4)下端的倒钩通过样品(16)背面的铂丝环将样品(16)勾起，并能够保证样品(16)在离开转移腔(13)的超纯水的液面的时刻，样品(16)的正面朝下，其结果是，超纯水滴残留在样品(16)的正面，由于液体张力的作用，样品(16)的凸台部分完全被包裹在超纯水滴中而不会与大气环境接触；

步骤九，调整铂杆(20-4)的位置，使得样品(16)背面与玻璃管(20-3)的下端开口接触并压紧，调整玻璃管(20-3)相对于顶盖(20-1)的位置，并将垫圈(20-9)连接至腔体(20-2)的下开口，将红外透射窗(20-10)连接至垫圈(20-9)下面，并使得红外透射窗(20-10)上平面与样品(16)的正面的凸台部分接触，在此步骤过程中需要保证样品(16)的正面的凸台部分始终完全被包裹在超纯水滴中；

步骤十，在腔体(20-2)中加入电解液，并使得对电极(20-7)的下端和参考电极(20-8)的下端分别浸入电解液中，且电解液与样品(16)的背面接触，调节电位控制器(25)，分别对铂杆(20-4)、对电极(20-7)和参考电极(20-8)施加电势；

步骤十一，开启激光器(21)，激光器(21)发射的激光经过反射镜I(22)反射、并通过红外透射窗(20-10)到达样品(16)的表面，再经过样品(16)表面和反射镜II(23)的反射后进入探测器(24)；

步骤十二，计算机分析探测器(24)采集到的数据，得到样品(16)的红外反射谱。

本发明方法采用特殊设计的样品架及样品转移结构，能够通过简单的欧将在超高真空环境中制备的样品从真空中转移至液体环境中，并避免了转移过程中待测样品表面暴露在大气环境中，而且，本方法中样品架不与电解液接触，能够适用于电化学红外反射光谱测量。

Claims (1)

1.一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法，电化学红外反射光谱实验装置包括样品制备部分、样品测试部分、计算机和若干电缆，样品制备部分包括主真空腔(1)、位移台(2)、操纵杆(3)、冷却台(4)、传样腔(5)、门阀I(6)、橡胶圈I(7)、真空泵I(8)、橡胶圈II(9)、观察窗(10)、真空泵II(11)、门阀II(12)、转移腔(13)、快接法兰(14)、样品架(15)、样品(16)、出气口(17)、进气口(18)和顶针(19)，xyz为三维空间坐标系，主真空腔(1)安装有真空泵组、蒸发源、膜厚仪和氩离子枪，氩离子枪发射的高能氩离子能够斜入射到样品正面以对样品表面进行清洁，蒸发源内具有待沉积分子，能够将待沉积分子蒸发到样品(16)表面，样品架(15)由四根馈通(15-1)、连接块(15-2)和两根钽制方杆(15-3)依次连接组成；样品测试部分包括电化学测试腔(20)、激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)、探测器(24)和电位控制器(25)；传样腔(5)为圆柱管状，传样腔(5)的上端连通主真空腔(1)、下端通过快接法兰(14)连通转移腔(13)，拆开快接法兰(14)时能够将转移腔(13)与传样腔(5)分离；主真空腔(1)的上面具有通孔，位移台(2)覆盖安装于通孔的上面且具有气密性，操纵杆(3)穿过位移台(2)且上端露出位移台(2)的上方、下端连接于冷却台(4)，冷却台(4)为圆柱形容器，冷却台(4)具有液氮入口及氮气出口，液氮入口通过液氮传输管连接液氮容器，能够向冷却台(4)内充入液氮以降温，也能够将液氮从冷却台(4)内吹出以升温；通过控制操纵杆(3)能够使得冷却台(4)在主真空腔(1)和传样腔(5)内沿y方向上下移动，样品架(15)通过四根馈通(15-1)连接于冷却台(4)的下端，当将位移台(2)与主真空腔(1)分离时，能够将操纵杆(3)、冷却台(4)及样品架(15)一并从主真空腔(1)上面的通孔取出；传样腔(5)自上而下依次具有门阀I(6)、观察窗(10)和门阀II(12)，门阀I(6)用于连通或隔离主真空腔(1)与传样腔(5)，门阀II(12)用于连通或隔离传样腔(5)与转移腔(13)，真空泵I(8)和真空泵II(11)分别通过轴线沿z方向的抽气口I和抽气口II连接至传样腔(5)，抽气口I和抽气口II的轴线到传样腔(5)上端面的距离分别为13cm和19cm，真空泵I(8)和真空泵II(11)均具有放气口，能够通过所述放气口对传样腔(5)内充入气体；传样腔(5)内壁水平连接有橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)，橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)到传样腔(5)上端面的距离分别为8cm和16cm，在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)自上而下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈I(7)位置时，橡胶圈I(7)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内部位于橡胶圈I(7)的上方区域和下方区域之间具有气密性；在通过控制操纵杆(3)使得冷却台(4)继续向下移动的过程中，当冷却台(4)下端移动至橡胶圈II(9)位置时，橡胶圈II(9)能够嵌套在冷却台(4)外侧，并使得传样腔(5)内位于橡胶圈II(9)的上方区域和下方区域之间具有气密性；转移腔(13)为玻璃圆桶体且具有出气口(17)和进气口(18)，转移腔(13)中装有液面高度为6cm的超纯水，顶针(19)为圆柱棒且下端垂直固定于转移腔(13)的内底面中心；所述样品(16)为近似圆盘状，样品(16)正面的中心具有一个直径为6mm、高度为0.5mm的凸台部分，样品(16)背面连接有一个周长为1cm的铂丝环；连接块(15-2)和钽制方杆(15-3)均具有弹性，两根钽制方杆(15-3)能够夹住样品(16)的边缘两侧并具有良好的导热性及导电性；电化学测试腔(20)包括顶盖(20-1)、腔体(20-2)、玻璃管(20-3)、铂杆(20-4)、气体进口(20-5)、气体出口(20-6)、对电极(20-7)、参考电极(20-8)、垫圈(20-9)和红外透射窗(20-10)，顶盖(20-1)上具有气体进口(20-5)和气体出口(20-6)，腔体(20-2)为具有上开口和下开口的漏斗形，上开口连接顶盖(20-1)、下开口通过垫圈(20-9)连接红外透射窗(20-10)，垫圈(20-9)也能够与红外透射窗(20-10)分离，垫圈(20-9)为环形且其内环孔能够容纳样品(16)，所述红外透射窗(20-10)为球面向下的半球形；玻璃管(20-3)贯穿顶盖(20-1)的中心且能够相对于顶盖(20-1)上下移动，铂杆(20-4)位于玻璃管(20-3)内并能够相对于玻璃管(20-3)上下移动，铂杆(20-4)的下端为倒钩，倒钩能够勾起铂丝环；对电极(20-7)和参考电极(20-8)均贯穿顶盖(20-1)，铂杆(20-4)、对电极(20-7)和参考电极(20-8)的上端分别电缆连接电位控制器(25)；激光器(21)、反射镜I(22)、反射镜II(23)和探测器(24)均位于电化学测试腔(20)的下方，激光器(21)发射的激光经过反射镜I(22)反射、并通过红外透射窗(20-10)到达样品(16)的表面，再经过样品(16)表面和反射镜II(23)的反射后进入探测器(24)，探测器(24)电缆连接计算机，计算机能够通过分析探测器(24)采集到的数据，得到相应的红外反射谱；传样腔(5)的高度为30cm、内径为12cm，转移腔(13)的内径为5cm、高度为10cm，冷却台(4)的高度为20cm、外径为10cm，馈通(15-1)内部具有电缆，两根钽制方杆(15-3)之间的距离为10mm，真空泵I(8)的抽气口I和真空泵II(11)的抽气口II的内径均为3cm，出气口(17)距离转移腔(13)的上沿面为2cm，进气口(18)距离转移腔(13)的内底面为1cm，顶针(19)的直径为3mm、高度为2cm，顶针(19)由特氟龙材料制成，铂丝环的直径为0.3mm，玻璃管(20-3)的外径为6mm、内径为4mm，

其特征是：所述一种对真空中制备的样品进行电化学红外反射谱测量方法的步骤为：

步骤一，进行样品制备前的准备工作：在大气环境中将样品(16)安装至样品架(15)上，通过两根钽制方杆(15-3)夹住样品(16)两侧边缘，并使得样品(16)正面朝向负x轴方向，并通过操纵杆(3)将冷却台(4)、样品架(15)及样品(16)全部置于主真空腔(1)内，将位移台(2)安装到主真空腔(1)上面的通孔处，使得位移台(2)与所述通孔之间具有气密性；

步骤二，关闭门阀I(6)，关闭门阀II(12)，开启真空泵组以将主真空腔(1)抽真空至1×10^-10mbar，并向冷却台(4)内充入液氮；

步骤三，样品的真空制备：采用主真空腔(1)中的氩离子枪对样品(16)正面进行清洁，开启蒸发源，将蒸发源内的待沉积分子蒸发到样品正面以形成分子薄膜，并同时采用膜厚仪监控样品正面上的膜厚；

步骤四，待样品制备过程完成后，将液氮从冷却台(4)内吹出以将冷却台(4)的温度升至室温，开启真空泵I(8)和真空泵II(11)，开启门阀I(6)，通过操纵杆(3)使得冷却台(4)向下移动，并使得冷却台(4)的下端依次通过橡胶圈I(7)和橡胶圈II(9)，依次使得传样腔(5)内部位于橡胶圈I(7)的上方区域和下方区域之间具有气密性、位于橡胶圈II(9)的上方区域和下方区域之间具有气密性；

步骤五，关闭真空泵II(11)电源，真空泵II(11)停止抽气，并通过真空泵II(11)的放气口对传样腔(5)中位于橡胶圈II(9)下方的区域充入高纯氮气，直到一个大气压，开启门阀II(12)；

步骤六，通过进气口(18)向转移腔(13)中的超纯水中不间断地通入高纯氮气，通过操纵杆(3)使得冷却台(4)向下移动，直到顶针(19)的上端与样品(16)的下侧接触，顶针(19)对样品(16)产生作用力，并使得样品(16)脱离样品架(15)后坠落至转移腔(13)的超纯水中；

步骤七，拆开快接法兰(14)以使得转移腔(13)与传样腔(5)分离；

步骤八，将电化学测试腔(20)的垫圈(20-9)与腔体(20-2)的下开口分离，并将转移腔(13)移动至腔体(20-2)下方，将铂杆(20-4)相对于玻璃管(20-3)向下移动，使得铂杆(20-4)下端的倒钩浸入转移腔(13)的超纯水中，采用四氟乙烯材料制成的镊子使得样品(16)背面的铂丝环套在铂杆(20-4)下端的倒钩上，并微调样品(16)在转移腔(13)的超纯水中的位置，最终使得铂杆(20-4)下端的倒钩通过样品(16)背面的铂丝环将样品(16)勾起，并能够保证样品(16)在离开转移腔(13)的超纯水的液面的时刻，样品(16)的正面朝下，其结果是，超纯水滴残留在样品(16)的正面，由于液体张力的作用，样品(16)的凸台部分完全被包裹在超纯水滴中而不会与大气环境接触；

步骤九，调整铂杆(20-4)的位置，使得样品(16)背面与玻璃管(20-3)的下端开口接触并压紧，调整玻璃管(20-3)相对于顶盖(20-1)的位置，并将垫圈(20-9)连接至腔体(20-2)的下开口，将红外透射窗(20-10)连接至垫圈(20-9)下面，并使得红外透射窗(20-10)上平面与样品(16)的正面的凸台部分接触，在此步骤过程中需要保证样品(16)的正面的凸台部分始终完全被包裹在超纯水滴中；

步骤十，在腔体(20-2)中加入电解液，并使得对电极(20-7)的下端和参考电极(20-8)的下端分别浸入电解液中，且电解液与样品(16)的背面接触，调节电位控制器(25)，分别对铂杆(20-4)、对电极(20-7)和参考电极(20-8)施加电势；

步骤十一，开启激光器(21)，激光器(21)发射的激光经过反射镜I(22)反射、并通过红外透射窗(20-10)到达样品(16)的表面，再经过样品(16)表面和反射镜II(23)的反射后进入探测器(24)；

步骤十二，计算机分析探测器(24)采集到的数据，得到样品(16)的红外反射谱。

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