[发明专利]燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置

说明书

本发明提供了一种燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置，包括同步辐射光源(1)、前电离室、原位池以及后电离室或荧光探测器(7)；X射线从同步辐射光源(1)射出经前电离室、原位池射至后电离室或荧光探测器(7)上。所述原位池包括工作电极侧部、辅助电极侧部；所述工作电极侧部通过通孔机构、连接件(15)与辅助电极侧部相连接。本发明提供一种燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置，适用于原位同步辐射XAFS检测的电催化反应原位池，从而实现实时检测催化剂结构演变的一个关键性技术问题。

技术领域

本发明涉及，具体地，涉及一种燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置，尤其涉及一种用于在一定电势作用下燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池由阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层组成，其中催化层是电催化反应中的核心部件，其成分组成和微观结构直接影响电催化反应的活性以及能量转换效率。在电催化反应过程中，研究者通常采用旋转圆盘电极循环伏安法、线性伏安扫描法和交流阻抗法来表征催化剂的催化活性和稳定性，再结合离线的透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱以及元素分析等方法来表征催化剂的成分组成和微观结构，以此建立催化剂宏观催化活性和微观结构之间的“构效”关系。而在实际应用过程中，催化剂的表面成分组成和微观结构会随着周围环境(例如：反应气氛、温度、湿度和电势等)的变化而实时的改变。离线分析方法难以捕捉到催化剂在催化反应过程中实时的结构变化规律，从而不能真实地反映出催化剂的作用机制，进而无法有效地为设计活性和稳定性兼顾的催化剂提供可靠的理论支撑。同步辐射X射线吸收精细结构谱学(X-ray Absorption FineStructure，XAFS)利用同步辐射X射线大范围能量可调和高的信噪比特性来研究物质的线吸收系数随能量的变化规律，用以获得吸收原子周围的近邻结构信息。其主要特点是具有元素选择性，且可以通过外加原位装置(如气氛、温度，电势)分析出燃料电池催化层中某特定元素的近邻配位原子种类、配位数、与配位原子的配位距离、氧化态以及电子结构等实时的结构信息，为获取许多常规方法难以或无法获得的物质实时的结构信息提供了极为有利的条件。

基于同步辐射原位检测催化剂在电催化反应过程中的实时结构信息，必须采用同步辐射光源所产生的高能量、高亮度的X射线照射到在工作状态下的膜电极上，然后收集膜电极催化剂中被探测元素的X射线吸收信号。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置。

根据本发明提供的一种燃料电池催化层中催化剂的同步辐射原位测试装置，包括同步辐射光源、前电离室、原位池以及后电离室或荧光探测器；

X射线从同步辐射光源射出经前电离室、原位池射至后电离室或荧光探测器上。

优选地，所述原位池包括工作电极侧部、辅助电极侧部；

所述工作电极侧部通过通孔机构、连接件与辅助电极侧部相连接。

优选地，所述工作电极侧部包括工作电极侧紧固端板、工作电极侧绝缘支撑板；

所述通孔机构包括工作电极侧通孔；

所述工作电极侧紧固端板的一侧、工作电极侧绝缘支撑板的一侧之间设置有工作电极侧密封垫；

所述工作电极侧紧固端板的一侧、工作电极侧绝缘支撑板的一侧均设置有位置相对应的工作电极侧通孔；

所述工作电极侧通孔构成连接件的安装孔。

优选地，所述辅助电极侧部包括辅助电极侧紧固端板、辅助电极侧绝缘支撑板；

所述通孔机构包括辅助电极侧通孔；

所述辅助电极侧紧固端板的一侧、辅助电极侧绝缘支撑板的一侧均设置有位置相对应的辅助电极侧通孔；