[发明专利]一种基于表面增强拉曼光谱的光催化原位监测系统

说明书

本发明公开一种基于表面增强拉曼光谱的光催化原位监测系统。监测系统包括：拉曼激发光光源、激光耦合透镜、窄带滤光片、全反射镜、二向色镜、聚焦耦合透镜、表面增强拉曼散射光纤探针、液相光催化反应器、光催化光源、拉曼收集透镜和光谱仪。表面增强拉曼散射光纤探针的公共检测部的一端分别延伸出第一分叉部和第二分叉部，第一分叉部的延伸端与聚焦耦合透镜耦合连接，第二分叉部的延伸端与光催化光源耦合连接，公共检测部的另一端设置在液相光催化反应器内，拉曼激发光和光催化光共路传输，极大地降低了实验难度，而且可有效避免由于聚焦点不完全重合导致的监测误差，进而有效提高拉曼动态监测的准确度，监测系统的结构紧凑，便携性好。

技术领域

本发明涉及光催化原位监测领域，特别是涉及一种基于表面增强拉曼光谱的光催化原位监测系统。

背景技术

光催化化学反应是指光催化材料(如TiO2)在紫外或可见光照射下进行的一类化学反应，如光催化水解制氢、光催化有机物降解等，在能源、环境等领域具有重要应用。光催化反应机理及光催化剂选取对化学反应速度、效率等具有重要影响。而对光催化化学反应过程进行动态监测是理解光催化反应机理及设计高效光催化剂的前提，成为当前的研究热点。

光催化化学反应包括固相、液相、气相等多种反应相，其中液相光催化化学反应是当前研究较多、应用较为广泛的一类。近年来，利用表面增强拉曼散射(Surface-enhancedRaman Scattering，SERS)光谱技术进行液相光催化化学反应过程监测吸引了科研人员的广泛关注。目前，利用SERS进行液相光催化过程监测的现有技术主要包括以下两种：

1、在光催化反应过程的不同阶段分别取出部分反应液，将其滴至固态SERS基底表面，干燥后利用拉曼光谱仪进行SERS检测。这种分立取点检测方法通常难以遍历整个反应过程，且操作过程复杂，检测误差较大。

2、借助一微反应器，将固态SERS基底置于微反应器底部，在其上表面覆盖一薄层反应液，将微反应器置于拉曼光谱仪焦点处，实现SERS光谱检测。这种拉曼原位监测方法由于固态SERS基底表面的薄层反应液在拉曼激发光的照射下易挥发，引起反应液浓度发生变化，从而影响监测过程的准确性。

上述两种方法由于光催化光源的入射光路与拉曼激发光路不共路，为了实现光催化过程的监测，需调节两路光的聚焦点重合，这不仅极大地增加了实验难度，而且存在由于聚焦点不完全重合导致的监测误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于表面增强拉曼光谱的光催化原位监测系统，拉曼激发光和光催化光能够共路传输，进行光催化监测时无需进行聚焦点重合调整，这不仅极大地降低了实验难度，而且能够有效避免由于聚焦点不完全重合导致的监测误差，进而有效提高拉曼动态监测的准确度，监测系统的结构紧凑，便携性好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于表面增强拉曼光谱的光催化原位监测系统，所述光催化原位监测系统包括：拉曼激发光光源、激光耦合透镜、窄带滤光片、全反射镜、二向色镜、聚焦耦合透镜、表面增强拉曼散射光纤探针、液相光催化反应器、光催化光源、拉曼收集透镜和光谱仪，其中，

所述表面增强拉曼散射光纤探针包括公共检测部，在所述公共检测部的一端分别延伸出第一分叉部和第二分叉部；

所述拉曼激发光光源通过输入光纤与所述激光耦合透镜连接，所述窄带滤光片设置在所述激光耦合透镜的透射光路上，所述全反射镜设置在所述窄带滤光片的透射光路上，所述二向色镜设置在所述全反射镜的反射光路上，且所述二向色镜与所述全反射镜平行设置，所述聚焦耦合透镜设置在所述二向色镜的反射光路上，所述第一分叉部的延伸端与所述聚焦耦合透镜耦合连接，所述第二分叉部的延伸端与所述光催化光源耦合连接，所述公共检测部的另一端设置在所述液相光催化反应器内，所述拉曼收集透镜设置在所述二向色镜的透射光路上，且所述拉曼收集透镜的出射端通过输出光纤与所述光谱仪耦合连接。