CN2695960Y - 测量化学金属催化机理的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量化学金属催化机理的装置，包括反应池、光学棱镜、飞秒级激光器、飞秒级激光信号接收装置以及计算机处理系统。反应池为一个设有物料进口与出口的密封的容器，底部设有窗口；光学棱镜面镀有金属薄膜，安装在反应池底部的窗口中；飞秒级激光器设置在光学棱镜的一侧；飞秒级激光信号接收装置设置在光学棱镜的另一侧；所说的计算机处理系统与飞秒级激光信号接收装置电气连接，以计算处理飞秒级激光信号接收装置接受的激光信号。本实用新型结构简单，不仅可以用于固－气界面，还可用于固－液界面，且其对薄膜厚度增长的灵敏度可达0.01纳米。当采用飞秒级脉冲激光作为入射光源，则可在飞秒间隔中观测化学催化进程，能够满足有关科学研究的需要。

Description

测量化学金属催化机理的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量化学金属催化机理的装置。

背景技术

反应物与催化物反应中心相互作用致使反应速度大大加快，这就是催化反应的机理。金属催化是指在金属表面上发生的催化过程。催化过程的机理是科学家的研究重点。目前人们对催化的过程和催化的机理尚不十分清楚，尤其当催化在瞬间完成的情况下更是对上述问题无从下手。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是设计一种测量化学金属催化机理的装置，以满足科学研究的需要。

本实用新型的技术方案：

一种测量化学金属催化机理的装置，包括反应池、光学棱镜、飞秒级激光器、飞秒级激光信号接收装置以及计算机处理系统。

所说的反应池为一个设有物料进口与出口的密封的容器，底部设有窗口；

所说的光学棱镜面镀有金属薄膜，该光学棱镜安装在反应池底部即为反应池底部所设窗口；

所说的飞秒级激光器设置在光学棱镜的一侧；

所说的飞秒级激光信号接收装置设置在光学棱镜的另一侧；

所说的计算机处理系统与飞秒级激光信号接收装置电气连接，以计算处理飞秒级激光信号接收装置接受的激光信号。

本实用新型是这样使用的：

首先将用来作催化剂的金属镀于棱镜的表面，并将棱镜置于反映池的底部。

启动飞秒级激光器，使其发出激光，然后将物料通过反应池的物料进口入反应池。

在金属薄膜与反应物(物料)相互作用时，金属表面吸附层厚度的变化就会被飞秒级激光器和相应的信号接收装置所记录。

计算机系统则完成数据采集、数据处理并制出分析图表。

本实用新型的优点是十分明显的，装置结构简单，不仅可以用于固气界面，还可用于固-液界面，且其对薄膜厚度增长的灵敏度可达0.01纳米。当采用飞秒级脉冲激光作为入射光源，则可在飞秒间隔中观测化学催化进程，为研究金属催化的机理提供了可靠的实验依据。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为反应池结构示意图。

图3为光学棱镜结构示意图。

图4为表面等离子共振光谱仪的反差机理图。

具体实施方式

参见图1，一种测量化学金属催化机理的装置，包括反应池1、光学棱镜2、飞秒级激光器3、飞秒级激光信号接收装置4以及计算机处理系统5。

所说的反应池1为一个设有物料进口与出口的密封的容器，底部设有窗口101，如图2；

所说的光学棱镜2的底面镀有40～50nm厚的金属，如金、银、铂等的薄膜201，如图3，该光学棱镜2安装在反应池1底部的窗口101中；

所说的飞秒级激光器3设置在光学棱镜的一侧，该飞秒级激光器3可采用常规的产品，如中国科学院西安光机所生产的型号为FS30的激光器；

所说的飞秒级激光信号接收装置4设置在光学棱镜2的另一侧，该飞秒级激光器3可采用常规的产品，如中国科学院西安光机所生产的型号为FSDD-I的信号处理机；

所说的计算机处理系统5与飞秒级激光信号接收装置4电气连接，以计算处理飞秒级激光信号接收装置4接受的激光信号，可以采用常规的微处理机。

本装置利用表面等离子共振光谱仪的原理在线监测发生在金属表面上吸附厚度的变化并找出规律，从而为催化的理论找出实验依据。同时本装置还可用于电化学电极表面瞬间沉积膜厚的测量，进而对电化学机理进行研究。其基本原理是这样的：

表面等离子共振波是由入射光的电磁波与金属导体表面的自由电子形成的电荷密度波相互作用产生的。这种波沿金属金属与介质的界面传播但其振幅沿界面的垂直方向随距离的增加按指数衰减。当界面上有物质(如纳米颗粒)吸附时，物质吸附区域波幅迅速衰减(光被吸收)而其他区域光可直接透过。从而产生反差，其机理如图2所示。

当激光束以(ω_L)经散射入射到90°BK-7玻璃棱镜上并在40-50nm厚的金属—空气界面上耦合产生了等离子表面极化声子(PSP)。当入射角为θ_o时，在非均匀质界面上产生了横向的PSP共振激发。只要(动量)满足条件k_photon＝k_sp，既满足光子波矢量k_photon的水平分量等于PSP的波矢量k_sp，则有：

$k_{\mathrm{pkoton}}=\frac{{\mathrm{\ω}}_L}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{prism}}^{1/2}\sin {\mathrm{\θ}}_o=k_{\mathrm{sp}}$

虽然共振条件在水平方向上满足k_photon＝k_sp，但由共振引起的等离子表面极化声子场却主要是在垂直方向上。共振条件有赖于膜的厚度。因此，PSP共振激发也有赖于膜的厚度。简而言之，由于表面自身的粗糙或膜厚的不一致，使得某些区域的PSP场强在介质的一面被耦合出去了。如图2所示，当入射光以θ_o入射界面时，只有银膜覆盖的区域上的PSP被激发起来了，因而在激发区域，光仅有很少一部分透射到空气中去同时没有反射光。在非激发区域，光全部反射没有透射。可是当入射角为θ_i时，薄膜存在的区域PSP被激发起来而只有金属覆盖的地方没有，于是膜覆盖的地方与未覆盖处的明显反差就显现出来了。

Claims (2)

1.一种测量化学金属催化机理的装置，其特征在于包括反应池(1)、光学棱镜(2)、飞秒级激光器(3)、飞秒级激光信号接收装置(4)以及计算机处理系统(5)；

所说的反应池(1)为一个设有物料进口与出口的密封的容器，底部设有窗口(101)；

所说的光学棱镜(2)的底面镀有金属薄膜(201)，该光学棱镜(2)安装在反应池(1)底部的窗口(101)中；

所说的飞秒级激光器(3)设置在光学棱镜的一侧；

所说的飞秒级激光信号接收装置(4)设置在光学棱镜(2)的另一侧；

所说的计算机处理系统(5)与飞秒级激光信号接收装置(4)电气连接。

2.根据权利要求1所述的测量化学金属催化机理的装置，其特征在于所说的光学棱镜(2)的底面镀有40～50nm厚的金属薄膜(201)。

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