[实用新型]一种析氢/析氧反应催化剂活性的在线检测装置

说明书

本实用新型公开了一种析氢/析氧反应催化剂活性的在线检测装置，包括析氢/析氧催化电极、平行光入射的棱镜型全反射系统、电势扫描装置模块；所述析氢/析氧催化电极包括电极基底，所述电极基底上设有多个通道，所述通道之间设有排气流道；所述平行光入射的棱镜型全反射系统包括依次设置的入射平行光模块、TIR模块、成像探测模块。本实用新型允许一次检测多个催化剂样品的活性，大幅度提高了单次催化剂样品的检测数目，消除了由于不同检测批次引起的系统误差。

技术领域

本实用新型属于成像测量技术领域，尤其涉及一种析氢/析氧反应催化剂活性的在线检测装置。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，氢能等可再生清洁能源成为了新一代最具发展潜力的能源。目前制备氢气的方法主要有化石燃料制氢和工业副产物制氢，这两种方法一方面制备的氢气纯度不高，一方面无助于减少对化石燃料的依赖，无助于减少环境的污染。电解水制氢、光解水制氢以及生物质制氢等新型无碳制氢方法受到极大青睐。

由于反应导致的高能垒，电解水析氢反应(Hydrogenevolutionreaction，HER)过程缓慢，需要添加高效、稳定和经济的HER催化剂，例如Pt、MoS₂等。催化剂的种类有很多种，不同催化剂的催化活性是不同的。催化剂的负载量对催化效果也起着至关重要的作用，负载的过少催化活性较低，负载量过多会存在催化剂脱落、分布不均匀等问题。

传统对于催化电极的表征方法有SEM、TEM、XRD和X射线谱等方法。电极活性的电化学表征方法主要包括电势扫描法(线性扫描伏安法，循环伏安法)、恒流充放电法和电化学阻抗谱等，此类方法只能给出电极整体反应活性，比如循环伏安法只能采集电极在加电压后的平均电流密度变化，即无法表征改性后电极不同位置处活性的差异性。以上这些检测手段检测效率极低，一次只能检测一个样品，要研究催化剂的种类、负载量以及负载方式等的影响需设计多次实验，大大增加实验次数，而且由于电极钝化等原因而无法保证每次实验条件一致。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中所提出的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种析氢/析氧反应催化剂活性的在线检测方法及装置。本实用新型允许一次检测多个析氢/析氧反应催化剂样品的活性，大幅度提高了单次催化剂样品的检测数目，相比于传统一次只测一种样品活性，检测效率大大提高，而且消除了由于不同检测批次引起的系统误差，具有检测效率高、一致性好等优点。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种析氢/析氧反应催化剂活性的在线检测装置，包括析氢/析氧催化电极、平行光入射的棱镜型全反射系统、电势扫描装置模块；所述析氢/析氧催化电极包括电极基底，所述电极基底上设有多个通道，所述通道之间设有排气流道；

所述平行光入射的棱镜型全反射系统包括依次设置的入射平行光模块、TIR模块、成像探测模块；

所述入射平行光模块用于提供平行入射光；

所述TIR模块通过平行入射光在TIR模块与析氢/析氧催化电极接触表面全反射改变折射率，进而改变全反射光强的大小；

所述成像探测模块一方面用于采集析氢/析氧催化电极表面的反射光成像，获得位置信息，另一方面用于实时检测光强变化，进而根据光强与折射率的关系得到析氢/析氧催化电极各个通道附近电解液的折射率变化，进而得到析氢/析氧催化电极表面通道处折射率变化时的起始电位，通过起始电位来表征析氢/析氧反应催化剂活性大小；

所述电势扫描装置模块对析氢/析氧催化电极进行电势扫描促使析氢/析氧反应生成气泡，使得析氢/析氧催化电极处电解液折射率发生变化，进而使得TIR反射光光强变化。

进一步地，所述入射平行光模块包括依次设置的点光源、准直透镜。