光谱电化学的能力和应用

电化学是研究各种氧化还原反应动力学的一个非常有价值的工具。在这些反应中，电子在原子间自发交换，这形成了化学电池背后的物理原理的基础。

正如特定的氧化还原反应一样，可以导致电子流量，即电流，相同的过程也可以反向起作用。因此，通过通过物质运行电流，可以产生通常发生的化学反应。

通过使用电解细胞将水分成硅藻和氧气来显示电解的最常见已知的实施例。在该示例中，电压源连接到位于水浴中的阳极和阴极，并且随着电流流过水，电子从氧气转移到氢气，这导致分子分离。

TYpical SpectroChemisty设置

将电解与紫外/可见吸收光谱结合在一起，可以作为电流和电压的函数对反应进行实时动力学测量。它类似于吸收光谱与滴定或等离子体过程监测相结合，但不要求引入额外的危险化学物质或产生危险等离子体。

在一个平常光谱电化学法测量，类似于图1中显示的专用比色皿配有光学透明电极。这些类型的细胞以及所需的恒电位控制器，由诸如松草研究和地铁等多家公司提供。

这些电极由金或铂网组成的大部分光谱电化学电池，但还有一些发达的细胞也可用碳或氧化铟锡电极。这些电池与可调节电压源连接，可调节电压源，其可以被编程为在测量同时测量电化学电池中在电化学电池中产生的电流时扫描阳极和阴极上的电压。利用电化学中已知的该方法作为伏安法，与光源和光谱仪结合，形成光谱电化学研究的基础。

图1所示。一种集成电极的光谱电化学电池。

图2显示了一个常用仪器的原理框图。从这张图中可以看出，电压驱动器不仅连接到光谱电化学电池，而且电压驱动器能够在电压变化的每一个实例直接触发光谱仪也是至关重要的。如果没有这种能力，就不可能确保获得的吸收光谱与适当的驱动电压相关。

图3继续说明了用于测量线性扫描伏安法的典型触发图。重要的是要记住，扫描速率将受到触发能力和分光计的数据传输速率的限制。低抖动，高速触发也是至关重要的，以消除每个电压步长和光谱仪采集之间的延迟。此应用程序的理想候选，Avantes AvaSpec-ULS2048CL-EVO配有890纳秒的外部触发器延迟最小和仅14纳秒的抖动。

图2。AvaSpec-2048光纤耦合光谱仪和Avantes的Ava-Light-Hal-S光纤耦合光源的光谱电化学实验框图。

图3。伏安法中使用的线性步进电压扫描示例(左)和每个步进光谱仪采集的触发时间(右)。

Avantes Avasoft光谱仪采集软件等软件，一旦光谱仪和电压驱动器适当同步，可用于产生施加电压中的每个步骤的瀑布图监测解决方案的吸收光谱的变化。图4提供了一种这样的瀑布图的示例，其中电流电压（IV）曲线上的每个点与瀑布图中的每个光谱直接相关。光谱仪被配置为平均两个2毫秒的用于该采集的集成，并且每次触发并自动扫描频谱时，将触发器设置为开始扫描。

图4。动力学光谱电化学实验的截图使用Avantes的Avasoft，光谱仪采集软件。

应用示例

电化学和默认光谱电化学，由于其对电池技术的价值，因此在更近近近代的意义上增强。事实上，当1793年由Alessandro Volta发现电池时，整个电化学领域出生。

Volta之所以能做到这一点，是因为他意识到，当他把浸在盐水中的布的两侧分别放置银和锌时，就会产生电压。现在我们知道这是由于一种自发的氧化还原反应。锌离子的还原电位为-0.76V，银离子的还原电位为+0.80V，导致电子自发地从锌离子流向银离子，从而产生电流。

令人惊讶的是，自从Volta最初的创新以来，电池技术几乎没有改变，这导致了大多数当前的电池技术都依赖于这种效果的改进和更有效的变化的发展。最近，来自明尼苏达州圣保罗的麦卡利斯特学院(Macalester College)和圣凯瑟琳大学(Saint Catherine University)化学系的团队合作，能够展示光谱电化学是如何用于电池研究的。

该团队在ACS Omega上发表了一篇论文，阐述了他们如何通过改变二亚胺的化学结构，使其还原电位发生+0.57V的变化。由于诸如此类的芳香二亚胺在光伏产业中具有吸引人的储能特性，因此提高它们的还原潜能可以提高由这些分子组装的电池的电压。

在这个实验中，研究小组使用了Pine Research WaveNow电位器(电流监测可调电压源)和铂线圈电极，Pine Research光谱电化学电池试剂盒和AvaSpec-ULS2048-USB2-50．图5和图6显示了用该装置测量的单还原反应和双还原反应的光谱变化。图6显示了吸收光谱和还原电位的变化。

图5。电化学吸收光谱产生1的单还原态和双还原态⁺和2²⁺记录在二甲基甲酰胺中，使用AvaSpec-ULS2048-USB2-50测量。^[1]

图6。循环伏安⁺, 2²⁺用Pine Research的WaveNow恒电位器记录的二甲基甲酰胺。^[1]

结论

上述例子只是光谱电化学在新电池技术设计中的大量应用之一。虽然前面讨论的案例都使用了模块化光纤耦合装置，但应当注意的是，微型光谱仪技术的性质使其成为集成到OEM系统的模范选择。Avantes的Avaspec仪器非常适合高速触发或连续测量，如这些应用程序中所必需的。

前面讨论的每个光谱仪也可以作为OEM模块，并可以集成到交钥匙实验室光谱电化学设备，以及作为现有实验室设备的一个补充。2020欧洲杯下注官网这些类型的单元可以通过以太网、USB和Avantes AS7010电子板的本地数字和模拟输入/输出能力进行通信，该电子板提供了与其他设备的高级接口。

此外，Avantes Avaspec DLL软件开发包，具有Delphi，Visual Basic，C＃，C ++，LabVIEW，MATLAB和其他编程环境的示例程序，允许用户为自己的应用程序开发代码。

参考和进一步阅读

1. A. J. Greenlee，等，“具有稳定自由基阴离子态的吡啶官能团二亚胺，“ACS Omega 2018 3（1），240-245。

该信息的来源、审查和改编来自Avantes BV提供的材料。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问先锋派的BV。