[发明专利]一种基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像系统及方法

说明书

本发明属于光学显微仪器制造技术及电化学成像技术领域，特别涉及一种基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像系统及方法，所述系统包括石墨烯电解池系统、显微镜系统、成像模块和图像处理模块；所述石墨烯电解池系统以石墨烯作为工作电极；所述显微镜系统和成像模块设置在墨烯电解池系统的散射光光路上；所述图像处理模块提取成像模块获得的图片，通过对图片散射光强度进行运算处理，获得表示目标样品局部表面法拉第和非法拉第电流密度的图片，实现电化学成像；本发明的基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像方法，可同时检测到视野中多个目标样品的局部表面电化学信号，借助配套的散射成像系统使得采集电流的灵敏度从现有技术中的纳安级下降至埃安级，同时空间分辨率显著提高。

技术领域

本发明属于光学显微仪器制造技术及电化学成像技术领域，特别涉及一种基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像系统及方法。

背景技术

电化学分析技术是一种广泛应用的分析手段，可以用于检测和了解电极表面发生的电化学反应，因而受到了广泛关注。为了获得更好的检测灵敏度和空间分辨能力，研究者们开发了众多的电化学显微成像分析方法，常见的分为两类：扫描电化学显微镜(SECM)和等离子电化学显微镜(P-ECi)。扫描电化学显微镜通过微电极对样品表面进行扫描，获得局部的电流信号。等离子电化学显微镜则通过检测物质在氧化还原前后状态的微小折射率变化实现对局部电流信号的快速、灵敏成像。以上两种电化学显微成像技术均展示了对微小电化学信号的检测潜力，但是受限于纳安级响应灵敏度。灵敏度主要由背景暗电流和非电化学反应的干扰决定。其他诸如超微电极、表面增强拉曼散射等方法，也未能突破纳安级的限制。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种快速、高灵敏响应的电化学成像系统及方法；本发明的基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像方法，可同时检测到视野中多个目标样品的局部表面电化学信号，采集电流的灵敏度从现有技术中的纳安级下降至埃安(aA)级，同时空间分辨率显著提高。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于石墨烯可调光散射性质的电化学成像系统，包括石墨烯电解池系统、显微镜系统、成像模块和图像处理模块；

所述石墨烯电解池系统包括工作电极、对电极、参比电极和电解质溶液，所述工作电极为石墨烯；

所述石墨烯电解池系统与电势控制仪器相连；

所述石墨烯电解池系统和成像模块设置在显微镜系统的光源的输出光路上；

所述显微镜系统和成像模块设置在墨烯电解池系统的散射光光路上；

所述成像模块记录石墨烯电解池系统中工作电极的散射光强度变化；

所述图像处理模块提取成像模块获得的图片，通过对图片散射光强度进行运算处理，获得目标样品的局部表面电流密度，实现时空分辨电化学成像。

优选地，所述工作电极为单层或少层CVD生长的石墨烯；石墨烯电极也可通过其他方法获得，如蒸镀、转移、生长等方式。

优选地，所述对电极为铂丝电极，参比电极为银/氯化银电极，电解质溶液为硝酸钾溶液。对电极也可使用其他惰性导电材料代替；参比电极使用甘汞电极等代替；电解质溶液也可根据需要选择，例如PBS溶液(磷酸盐缓冲溶液)、氯化钾溶液。

优选地，所述成像模块对石墨烯电解池系统中工作电极进行散射光成像，并记录每个像素点的散射光强度变化。

优选地，所述石墨烯电解池系统中加入具有等离子共振散射性质的纳米颗粒作为纳米电极，如金、银、铂纳米颗粒；可起到放大信号的作用。

优选地，所述显微镜系统的光源为一束波长为200至20000nm范围内任意波段的宽谱光源，或是200至20000nm范围内任意波长的激光光源。