CN113030149B - 一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，包括绝缘管、L形工作电极片、L形辅助电极片、管箍接头，绝缘管的内腔为矩形反应池，管箍接头设于绝缘管的两端，L形工作电极片的竖直端从矩形反应池上端开口插入，L形工作电极片的水平端的下表面与管箍接头的上表面接触，L形辅助电极片的竖直端从矩形反应池下端开口插入，L形辅助电极片的水平端的上表面可与管箍接头的下表面接触，管箍接头外固定连接有管帽，管帽包括内壳和外壳，内壳上设有接线柱，内壳上开有第一开口，外壳上电解液外接口，外壳上开有第二开口。本反应池具备能够进行原位电化学实验在线监测，解决了无法进行电子顺磁共振原位电化学在线检测的问题。

Description

一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，具体为一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池。

背景技术

电子顺磁共振(EPR)或电子自旋共振(ESR)是用于研究由于未成对电子或自旋轨道存在的具有高旋磁比、高灵敏度的表面分析技术。由于仪器不断改进和技术不断创新，电子顺磁共振技术至今已在物理、化学、生物学、医药学、环境科学、考古学和材料科学等领域内得到广泛的应用。

原位电化学的电子顺磁共振技术一直是电化学工作者追求的目标，尤其是用于光电化学研究的EPR原位反应池，用于对化学修饰的电极的变化、电解过程中产生的中间体自由基的研究等等。然而，当前并没有市售的或现成有效的可用于EPR的电化学反应池，同时设计用于EPR测量的原位反应池又存在一定的挑战。对于EPR原位电化学反应池的研究很少，因其仪器工作原理及核心部位空间约束，涉及到很多复杂的实际问题：如样品水溶液体系对仪器微波的强烈吸收；电解质膜层的厚度对测试的影响；谐振腔腔口可放入样品管的体积限制；在样品管中安放复杂的多电极体系较为困难；施加外加电场对谐振腔中心磁场的影响；工作电极电位如何准确的控制；电化学反应过程中产生气泡会引起电极断路；反应体系的电解质液体不可流动等；加之，有限的顺磁粒子不容易被检测；g、A张量的各向异性；偶极增宽和电子交换相互作用等，使得对电化学过程在对电极反应及反应中的产生的中间体研究更为困难。因此我们设计了一种可以实现在线流动原位光电化学EPR检测的装置。该光电化学反应池结构简单，操作方便，适用于水溶液或其它介电常数较大体系、非水电解质溶液、固态材料作为电解质、电解液可动态流动的电化学原位EPR测试，合理的考虑了电化学和顺磁共振测量对反应池的要求，同时解决水溶液电解质体系对微波吸收而影响谐振腔工作的难题，适用于多种电化学体系，可用于电子顺磁共振波谱仪原位条件下测试光电化学类反应的装置，实现电子顺磁共振的光电化学动态原位测试。

原位电子顺磁共振应用于电化学反应的测试，不仅能提供电极反应的微观信息，而且对电极反应机理研究也具有重要意义。EPR不仅可以被广泛地用于检测均相电化学反应中顺磁电极材料的变化，而且还能应用到快速电极过程动力学的测量。如在电池的研究中：原位EPR电化学反应池为观察锂电池内微结构锂的生长和正电位下不均匀的锂电镀，并可实现随着时间变化、开路条件及施加偏压时的改变信号的变化情况；对研究正极的电解质击穿机制及反应中间产物，并通过EPR研究证实反应中形成的中间体自由基；提供常见溶剂和添加剂(EC，PC，DMC，EMC，Vc)分解形成的自由基中间体的详细信息。为建立电解液击穿机理、中间体和SEI形成的电化学原位研究提供参考。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，具备能够进行原位电化学实验在线监测等优点，解决了无法进行电子顺磁共振原位电化学在线检测的问题。

为实现本发明目的而提供的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，包括绝缘管、L形工作电极片、L形辅助电极片、管箍接头，所述绝缘管的内腔为矩形反应池，所述管箍接头设于绝缘管的两端，所述管箍接头的内壁与绝缘管外壁固定连接，所述L形工作电极片的竖直端从矩形反应池上端开口插入，所述L形工作电极片的水平端的下表面可与上方的管箍接头的上表面接触，所述L形辅助电极片的竖直端从矩形反应池下端开口插入，所述L形辅助电极片的水平端的上表面可与下方的管箍接头的下表面接触，所述管箍接头外固定连接有管帽，所述管帽包括有固定连接的内壳和外壳，所述内壳的向外端上设有接线柱，所述内壳上开有第一开口，所述外壳上设有可与第一开口连通的电解液外接口，所述外壳上开有供接线柱穿出的第二开口。

作为上述方案的进一步改进，所述矩形反应池内的宽度不大于1毫米，所述L形工作电极片竖直端和L形辅助电极片竖直端的厚度均小于矩形反应池的宽度。

作为上述方案的进一步改进，所述管箍接头外壁设有外螺纹，所述内壳内设有可与外螺纹对应的内螺纹。

作为上述方案的进一步改进，所述内壳内设有O型密封圈。

作为上述方案的进一步改进，所述绝缘管为石英玻璃管。

作为上述方案的进一步改进，所述外壳由聚四氟乙烯制成。

作为上述方案的进一步改进，两端的电解液外接口可通过蠕动泵管与蠕动泵的进口和出口连接，所述接线柱可通过导线连接至电化学站。

作为上述方案的进一步改进，所述管箍接头、内壳、接线柱均为可导电金属材料制备。

作为上述方案的进一步改进，所述电解液外接口的向外端可安装密封帽。

作为上述方案的进一步改进，所述绝缘管可置于谐振腔内。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池结构简单，操作方便，合理的考虑了电化学和顺磁共振测量对反应池的要求，同时解决水溶液电解质体系对微波吸收而影响谐振腔工作的难题，实现对水溶液、非水溶剂、固态电解质体系的电化学反应，有效的提高了实用性能。

2.本发明中电解液处于矩形反应池内，近似于薄层效果，既可以减少电解液对微波的吸收，又可以起到离子传输并防止短路，并且通过导电芯和接线柱可与电化学工作站很好的配合使用，可以较准确的控制工作电极的电位。

3、本发明提供的原位电化学反应池可通过接线柱将辅助电极和工作电极由导线外接，电解液通道外接口用于与蠕动泵连接；自下而上将电解质溶液泵入电化学反应池中，可实现电解液的静态或流动反应，有效防止气泡的产生，液体流速更加精确可控，更好地适合了不同电化学体系如电池、电解池对原位顺磁共振测试的要求，可用于电子顺磁共振波谱仪原位条件下测试电化学类反应的装置，真正实现电子顺磁共振的电化学动态原位测试。保证了其使用性能。

4、蠕动泵通过管帽上的电解液外接口也可与N2气相连，可除去电解液中的氧气，避免氧气对自由基测试的影响，电解液在测试完毕或更换电解液时可以方便的排出，这一操作的优点是不改变电解池的位置而可以连续测定多个电化学体系，在研究化学修饰电极的性质时，注入不同的电解质溶液或改变PH值，测定在这些条件下电化学变化所产生EPR信号的变化。

5、本发明中绝缘管伸入谐振腔内，待测电极其中心可与谐振腔中心重合，使欲测电极及所处的电解液完全置于中心磁场范围内，同时尽可能实现非测试区域处于谐振腔之外，减少对测试的影响。工作电极与辅助电极可通过接线柱经导线从上下两个方向接入电化学工作站，管帽可对绝缘管进行封闭以防电解液渗漏。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中绝缘管的立体结构示意图；

图3为本发明中管箍接头的结构示意图；

图4为本发明中外壳的结构示意图；

图5为本发明中内壳的结构示意图；

图6为本发明中管帽的仰视图；

图7为本发明中L形工作电极片的结构示意图；

图8为本发明中L形辅助电极片的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图8所示，一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，包括绝缘管1、L形工作电极片2、L形辅助电极片3、管箍接头4、管帽。

绝缘管1为石英玻璃管，绝缘管1的内腔为矩形反应池101。且绝缘管1的尺寸与常规谐振腔11匹配，可置于谐振腔11内。

矩形反应池101用于盛装电解液，不仅可增大允许放入L形工作电极片2和L形辅助电极片3的面积，而且可以最大程度的减少工作中电解液对微波的吸收，此外101石英材质透光性好，可用于光辐射的导入。

矩形反应池101内的宽度不大于1毫米，L形工作电极片2竖直端和L形辅助电极片3竖直端的厚度均小于矩形反应池101的宽度。L型工作电极片2、L型辅助电极3与普通金属导电丝相比具有更大的与电解液接触的面积，可产生更多的顺磁性粒子便于被ESR检测到。

L形工作电极片2可选用均匀涂覆电极材料的铜基、铝基材料或其他可导电的活性材料制成，也可根据需要直接使用金属锂、金属铂片或其他可导电金属材料作为工作电极，L形工作电极片2的竖直端可从矩形反应池101上端开口插入，L形工作电极片2的水平端的下表面可与上方的管箍接头4的上表面接触，

L形辅助电极片3可选用金属铜或金属铝以及金属铂或金属锂片或其他可导电金属材料作为辅助电极，L形辅助电极片3的竖直端可从矩形反应池101下端开口插入，L形辅助电极片3的水平端的上表面可与下方的管箍接头4的下表面接触。

管箍接头4外固定连接有管帽，管帽包括有固定连接在一起的内壳5和外壳6。管箍接头4外壁设有外螺纹，内壳5内设有可与外螺纹对应的内螺纹。

内壳5的向外端上设有接线柱7，接线柱7可通过导线连接至电化学站10。

内壳5上开有第一开口501，内壳5内设有O型密封圈8。O型密封圈8能起到密封的作用，并且由于管箍接头4，内壳5为螺纹连接，内壳5拧紧同时使O型密封圈8可以对L形工作电极片2、L形辅助电极片3进行挤压，使L形工作电极片2、L形辅助电极片3能够与管箍接头4更紧密的接触，加强导电效果。

外壳6由聚四氟乙烯制成，外壳6上设有可与第一开口501连通的电解液外接口601，外壳6上开有供接线柱7穿出的第二开口602。两端的电解液外接口601可通过蠕动泵管与蠕动泵9的进口和出口连接，不使用时电解液外接口601的向外端可安装密封帽。

管箍接头4、内壳5、接线柱7均为可导电金属材料制备。L形工作电极片2、L形辅助电极片3与管箍接头4之间能够导电，管箍接头4与内壳5之间能够导电，内壳5与接线柱7之间能够导电。

本发明提供的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池在使用的时候，将管箍接头4固定链接与绝缘管1的两端，再将L形工作电极片2、L形辅助电极片3分别从矩形反应池101的上下端口插入，将管箍接头4与管帽连接，拧紧管帽在O型密封圈8作用下使L形工作电极片2、L形辅助电极片3可与各自对应的管箍接头4紧密接触，再将绝缘管1固定于谐振腔11的谐振中心，电解液外接口可通过蠕动泵管与蠕动泵9的进口和出口连接，由蠕动泵将电解溶液从矩形反应池101上端泵入，从矩形反应池101下端口泵出，同时接线柱7通过导线连接至电化学站10准确控制工作电极片2和辅助电极片3的电位。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：包括绝缘管(1)、L形工作电极片(2)、L形辅助电极片(3)、管箍接头(4)，所述绝缘管(1)的内腔为矩形反应池(101)，所述矩形反应池(101)内的宽度不大于1毫米，所述L形工作电极片(2)竖直端和L形辅助电极片(3)竖直端的厚度均小于矩形反应池(101)的宽度，所述管箍接头(4)设于绝缘管(1)的两端，所述管箍接头(4)的内壁与绝缘管(1)外壁固定连接，所述L形工作电极片(2)的竖直端从矩形反应池(101)上端开口插入，所述L形工作电极片(2)的水平端的下表面可与上方的管箍接头(4)的上表面接触，所述L形辅助电极片(3)的竖直端从矩形反应池(101)下端开口插入，所述L形辅助电极片(3)的水平端的上表面可与下方的管箍接头(4)的下表面接触，所述管箍接头(4)外固定连接有管帽，所述管帽包括有固定连接的内壳(5)和外壳(6)，所述内壳(5)的向外端上设有接线柱(7)，所述内壳(5)上开有第一开口(501)，所述外壳(6)上设有可与第一开口(501)连通的电解液外接口(601)，所述外壳(6)上开有供接线柱(7)穿出的第二开口(602)。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述管箍接头(4)外壁设有外螺纹，所述内壳(5)内设有可与外螺纹对应的内螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述内壳(5)内设有O型密封圈(8)。

4.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述绝缘管(1)为石英玻璃管。

5.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述外壳(6)由聚四氟乙烯制成。

6.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：两端的电解液外接口(601)可通过蠕动泵管与蠕动泵(9)的进口和出口连接，所述接线柱(7)可通过导线连接至电化学站(10)。

7.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述管箍接头(4)、内壳(5)、接线柱(7)均为可导电金属材料制备。

8.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述电解液外接口(601)的向外端可安装密封帽。

9.根据权利要求1所述的一种用于电子顺磁共振仪的原位电化学反应池，其特征在于：所述绝缘管(1)可置于谐振腔(11)内。

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