CN204405534U - 一种多功能溶液体系光电化学测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是由计算机、电化学工作站和各测试模块构成，电化学工作站的输出信号经数据引线传输至计算机，各测试模块包括：光谱电化学测试模块、电催化测试模块、光电化学传感器测试模块和光电池IMPS/IMVS测试模块。本实用新型以多仪器组合联用的技术方案，解决了传统光谱电化学仪测试范围窄、测试单一、局限性大的问题。

Description

一种多功能溶液体系光电化学测试平台

技术领域

本实用新型涉及一种多功能溶液体系光电化学测试平台，尤其是应用于实验室研究的溶液体系光电化学测试平台，实现各物化参数的并行测定与数据自动化采集。

背景技术

光电化学测试系统是基于待测物质，如：染料分子、半导体量子点、具有等离子共振吸收特性的金属纳米颗粒等的光敏特性，由外置光源配件施加光激励信号，通过电化学工作站跟踪捕捉光敏感单元的电信号而实现的一种原位或非原位测量的综合技术。利用该技术可以得到光谱与输出电信号之间的对应关系，从而获得有关电子能级跃迁，反应中间体，电极过程机理，电极表面性质(如吸附取向，排列次序和覆盖度等)等信息，可以实现光电交互式传感，微、纳电子器件电流、电压的检测，结合光强探测器，可以测定光催化效能、太阳能电池光电转换效率等参数。光谱电化学结合了光化学特性和电化学的高灵敏度，将二者交叉结合，因此，有着广阔的应用潜力，技术上也有着较大的改进空间。无论从文献报道，还是从学术会议来看，光谱电化学依然是电化学和电分析化学发展的热门研究领域之一。然而，现有光谱电化学测试分析技术较为单一，大部分的应用仅仅是将独立的光谱仪和电化学仪器(恒电位仪/恒电流仪)简单组合起来做光谱电化学分析，这种单一的测试体系，使得操作繁琐，仪器建设费用高昂，设备占地面积也较大，无法满足多样并行测试要求。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多功能溶液体系光电化学测试平台，以多仪器组合联用的解决方案，解决传统光谱电化学仪测试范围窄、测试单一、局限性大的问题。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型多功能溶液体系光电化学测试平台的结构特点是：所述测试平台是由计算机、Autolab 302N电化学工作站和各测试模块构成，所述电化学工作站的输出信号经数据引线传输至计算机，所述各测试模块包括：

第一测试模块，是由紫外光源、荧光激发光源、光谱仪以及设置在底座上的光透薄层电化学池共同构成的光谱电化学测试模块；

第二测试模块，是由三电极系统构成的电催化测试模块；

第三测试模块，是由激发光源和光电解池构成的光电化学传感器测试模块；

第四测试模块，是由支撑太阳能电池夹具上的太阳能电池片和LED灯构成的光电池IMPS/IMVS测试模块。

本实用新型多功能溶液体系光电化学测试平台的结构特点也在于：在所述第一测试模块中：紫外光源通过光纤与底座的底座左端接口相连接，来自紫外光源或是来自荧光激发光源的光信号通过所述底座左端接口传输至光透薄层电化学池，所述光透薄层电化学池的输光信号通过底座右端接口并由光纤传输至光谱仪，由光谱仪获得的采集数据传输到计算机；所述光透薄层电化学池上的三电极通过数据线与电化学工作站的各接口对应连接。

本实用新型多功能溶液体系光电化学测试平台的结构特点也在于：在所述第二测试模块中，所述三电极系统是由圆柱形烧杯盛放待测底液，三电极通过数据线与电化学工作站的各接口对应连接；由所述电化学工作站施加电信号至三电极系统，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站。

本实用新型多功能溶液体系光电化学测试平台的结构特点也在于：在所述第三测试模块中，光电解池中的电极引线通过数据线与所述电化学工作站的各接口对应连接，待测物质修饰于工作电极，由所述电化学工作站施加电信号至光电解池，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站。

本实用新型多功能溶液体系光电化学测试平台的结构特点也在于：在所述第四测试模块中，电化学工作站的光通道接口与LED灯相连接，由所述电化学工作站放加信号至LED灯用于控制所述LED灯的频率；所述太阳能电池片的输出信号通过数据线与所述电化学工作站的各接口对应连接。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型基于多样化光电测试需要，建立了一体化光电测试体系，可以满足光谱电化学及太阳能电池光电监测等多种光电测试需求，其操作简单、灵敏度高、所测数据真实可靠。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图中标号：1计算机，2电化学工作站，3电源开关，4为WE和CE接口，5为RE接口，6光通道接口，7紫外光源，8光谱仪，9光纤，10荧光激发光源,11底座左端接口，12底座右端接口，13底座，14光透薄层电化学池，15三电极系统，16激发光源，17光电解池，18电池夹具，19光具座，20LED灯，21太阳能电池片。

具体实施方式

参见图1，本实施例中多功能溶液体系光电化学测试平台是由计算机1、Autolab 302N电化学工作站2和各测试模块构成，电化学工作站2的输出信号经数据引线传输至计算机1，各测试模块包括：

第一测试模块，是由紫外光源7、荧光激发光源10、光谱仪8以及设置在底座13上的光透薄层电化学池14共同构成的光谱电化学测试模块；在第一测试模块中：紫外光源7通过光纤9与底座13的底座左端接口11相连接，来自紫外光源7或是来自荧光激发光源10的光信号通过底座左端接口11传输至光透薄层电化学池14，光透薄层电化学池14的输光信号通过底座右端接口12并由光纤传输至光谱仪8，由光谱仪8获得的采集数据传输到计算机1；光透薄层电化学池14上的三电极，包括工作电极WE、参比电极RE和对电极CE通过数据线与电化学工作站2的WE和CE接口4以及RE接口5对应连接。

第二测试模块，是由三电极系统15构成的电催化测试模块；在第二测试模块中，三电极系统15是由圆柱形烧杯盛放待测底液，三电极通过数据线与电化学工作站2的WE和CE接口4,以及RE接口5对应连接；由电化学工作站施加电信号至三电极系统，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站2。

第三测试模块，是由激发光源16和光电解池17构成的光电化学传感器测试模块；在第三测试模块中，光电解池17中的电极引线通过数据线与电化学工作站2的WE和CE接口4,以及RE接口5对应连接，待测物质修饰于工作电极，由电化学工作站2施加电信号至光电解池17，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站2。

第四测试模块，是由支撑太阳能电池夹具18上的太阳能电池片21和LED灯20构成的光电池IMPS/IMVS测试模块；太阳能电池夹具18与LED灯20由光具座19固定支撑，在第四测试模块中，电化学工作站2的光通道接口6与LED灯20相连接，由电化学工作站2放加信号至LED灯20用于控制LED灯20的频率；太阳能电池片21的输出信号通过数据线与电化学工作站2的WE和CE接口4以及RE接口5对应连接。

具体实施中，在计算机1中安装有电化学参数处理软件Nova 1.0以及光谱信息采集软件Avantes 7.0，电化学工作站2上的电源开关3用于控制电化学工作站的通断。

本实用新型可用于实现多种光电化学测试，各测试模块独立使用，利用光谱学软件与电化学软件可以同步获得测试数据，并由计算机处理获得分析结果，过程迅速，准确。

实施例1：

第一测试模块应用于紫外-可见光谱电化学测试，把紫外-可见光谱和电化学方法结合起来同步进行测量的方法。在电极界面研究中，将电化学测试手段和光谱相结合，能获得界面电荷传递的信息和溶液中活性物质的光谱数据。将电化学工作站与光谱仪联用，通过电化学工作站给予待测物持续的电信号，可以在光谱软件观测到紫外-可见光谱图的同步响应，可以实现CV-Abs、LSV-Abs、DPV-Abs、CA-Abs的测量。紫外-可见光谱电化学可以获得反应物、中间体以及产物的大量信息，很大程度上促进了电化学研究在分子水平上的发展。该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性佳、操作简便、分析速度快、应用广泛等特点。

实施例2：

第一测试模块应用于荧光光谱电化学测试。荧光光谱电化学就是将选择性好的荧光光谱和电化学方法结合起来进行同步测量的方法。将电化学工作站与光谱仪联用，通过电化学工作站对待测物施加持续的电信号，激发光源为持续的光信号，在进行电化学反应的同时产生具有荧光特性物质，实时捕捉荧光信号的变化，在同一计算机上可同步观测施加的动态电信号及同步响应的荧光光谱，可以实现CV-PL、LSV-PL、DPV-PL、CA-PL的测量。该方法具有操作简单、灵敏度高的特点，可应用于卡马西平、利血平、肾上腺素、核黄素和维生素K3等药物分析的荧光光谱电化学法测试。

实施例3：

第二模块为电催化测试模块，电化学测试采用三电极体系，工作电极和参比电极构成电压回路，工作电极和对电极构成电流回路，在测试过程中可根据测试需求对工作电极进行更换。电化学工作站与外置光源的连用可以对具有光催化活性的物质进行光催化效能的实时监测。通过对电解池施加持续光激励信号，实施捕捉光电流/光电压的同步响应，来评判催化活性物质的催化能力。该方法操作简单，可应用于光催化效能的测试评判。

实施例4:

第三测试模块可应用于光电传感信号的采集。我们基于物质的光电转换特性，利用光信号为激发源，电信号为检测信号，来确定待测物浓度。本体系，我们采用发光二极管作激发光源，电化学工作站为电信号接收器，光敏材料可修饰工作电极表面。当对光敏材料施加光激励信号时，被测物质与光电材料之间会产生相应的光电压/光电流信号，因待测物浓度与电信号成比例关系，从而对待测物进行定量检测或半定量检测。这种方法同样适用于同一溶液成分在不同区域的浓度分布的传感监测。该测试体系可应用于酶传感、DNA检测、免疫分析及细胞相关分析，同时对塑料，木材，液体也可进行检测。

实施例5:

利用第四测试模块可实现太阳能电池I/V曲线的测量，光源采用目前国际流行的脉冲氙灯模拟器光源，用陶瓷腔体反射装置实现高均匀度的模拟太阳光，从而避免了因稳态阳光模拟器带来的温度对测试结果的影响,电压的测量范围为0-100V(分辨率1V)，电流的测量范围为0-20A(分辨率1A)，I-V曲线测试结束后，软件可自动给出功率曲线，自动分析功率最大点，自动计算填充因子。

实施例6:

第四测试模块为太阳能电池IMPS/IMVS测试模块。该测试模块主要通过电化学工作站调控施加在LED光源的电流强度，线性调控LED光源光强。该模块不但可进行暗态下太阳能电池交流阻抗的测试，还能通过电化学软件对LED光源施加正弦扰动，以光强的正弦变化来实现对太阳能电池的激励，获得光生电流，光生电压的响应来计算动力学参数，实现了IMPS/IMVS的测量。本测试只需手动设置LED灯的电流(10mA-700mA)即可,操作简单，输出数据准确，可应用于染料敏化太阳能电池测试。

Claims (5)

1.一种多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是：所述测试平台是由计算机(1)、Autolab 302N电化学工作站(2)和各测试模块构成，所述电化学工作站(2)的输出信号经数据引线传输至计算机(1)，所述各测试模块包括：

第一测试模块，是由紫外光源(7)、荧光激发光源(10)、光谱仪(8)以及设置在底座(13)上的光透薄层电化学池(14)共同构成的光谱电化学测试模块；

第二测试模块，是由三电极系统(15)构成的电催化测试模块；

第三测试模块，是由激发光源(16)和光电解池(17)构成的光电化学传感器测试模块；

第四测试模块，是由支撑太阳能电池夹具(18)上的太阳能电池片(21)和LED灯(20)构成的光电池IMPS/IMVS测试模块。

2.根据权利要求1所述的多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是在所述第一测试模块中：紫外光源(7)通过光纤(9)与底座(13)的底座左端接口(11)相连接，来自紫外光源(7)或是来自荧光激发光源(10)的光信号通过所述底座左端接口(11)传输至光透薄层电化学池(14)，所述光透薄层电化学池(14)的输光信号通过底座右端接口(12)并由光纤传输至光谱仪(8)，由光谱仪(8)获得的采集数据传输到计算机(1)；所述光透薄层电化学池(14)上的三电极通过数据线与电化学工作站(2)的各接口对应连接。

3.根据权利要求1所述的多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是在所述第二测试模块中，所述三电极系统(15)是由圆柱形烧杯盛放待测底液，三电极通过数据线与电化学工作站(2)的各接口对应连接；由所述电化学工作站施加电信号至三电极系统，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站(2)。

4.根据权利要求1所述的多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是在所述第三测试模块中，光电解池(17)中的电极引线通过数据线与所述电化学工作站(2)的各接口对应连接，待测物质修饰于工作电极，由所述电化学工作站(2)施加电信号至光电解池(17)，测试电信号经数据线反馈至电化学工作站(2)。

5.根据权利要求1所述的多功能溶液体系光电化学测试平台，其特征是在所述第四测试模块中，电化学工作站(2)的光通道接口(6)与LED灯(20)相连接，由所述电化学工作站(2)放加信号至LED灯(20)用于控制所述LED灯(20)的频率；所述太阳能电池片(21)的输出信号通过数据线与所述电化学工作站(2)的各接口对应连接。