一种Cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法

本发明属于光谱检测，具体涉及一种cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法。

背景技术：

1、在水相体系中cu(hkl)单晶表面co2rr和nrr过程中质子的来源主要是双电层的h2o分子，但同时还原过程中活性位点最主要的竞争者也为h2o分子，因此研究cu(hkl)单晶表面her的过程有助于我们更加清楚的了解其双电层区域内复杂的反应机理。her是吸附的h2o分子分解在阴极产生h2的过程，了解电级表面双电层区域内界面水的构型变化是非常重要的。但界面h2o分子的研究非常困难，内helmholtz层距离电极表面的距离只有几左右，在这一层内的界面水参与电极表面的反应过程。界面h2o分子在细胞反应、催化反应、电解反应和金属氧化反应中都有着重要地位。

2、原位拉曼光谱是检测cu单晶表面界面水的重要技术，但在电极与电解液的界面处存在着局域电势差，这是由电极表面与电解液中的水与离子组成的特定结构为电化学双电层所致。在电催化过程中双电层内存在大量的体相水和有序的界面水，原位拉曼光谱检测时是检测的整体区域的内全部信号，体相水的含量远大于界面水的含量，因此检测到水的信号几乎全是体相水的信号，而体相水并不能直接参与电催化反应过程，因此需要研究一种cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法来解决该问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种在cu单晶表面检测双电层内界面水原位拉曼光谱的检测方法，可以原位观测到cu单晶界面水在电催化过程中的构型变化。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：一种cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法，具体包括如下步骤：

3、(1)组装纳米粒子：在cu单晶表面添加au@sio2纳米球粒子，真空干燥得到组装好纳

4、米粒子的cu单晶；

5、(2)cu单晶析氢除杂：将步骤(1)组装好纳米粒子的cu单晶析氢除杂，析氢过程中去除粒子表面保护剂，并产生的大量气泡会带走分大部分团聚的粒子，使组装的纳米粒子为单层或亚单层；

6、(3)检测界面水拉曼光谱：将步骤(2)析氢除杂后的cu单晶组装到拉曼原位电解池内，通过激光聚焦调控液层距离，然后检测界面水拉曼光谱；

7、(4)组装原位拉曼光谱检测装置：将共聚焦拉曼仪的竖直激光转换为水平方向的激光，电解池也需要竖直放置，使得单晶表面和激光方向保持垂直角度；

8、(5)检测cu单晶的界面水构型：设计电位在析氢电位区间(vs.sce电位低于-1.2v)检测cu单晶的界面水构型。

9、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中cu单晶先在质量分数为60-80％的磷酸中电抛光去除表面氧化物层，通过n2快速吹干。

10、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子在cu单晶表面的添加量为1.0～2.0μl/mm2。

11、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子为厚度为1.5～2.0nm的sio2壳层包裹粒径55～120nm的au内核。

12、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子配制成浓度为2～5mg/l的悬浊液进行添加。

13、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中真空干燥时间为30～60min，真空度为-0.05～-0.08，真空干燥的作用是为了避免cu单晶表面被氧化腐蚀。

14、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中cu单晶析氢除杂在0.05-0.15m kcl溶液中进行，电位区间为vs.rhe-0.5v～-1.1v，除杂1-5次，每次除杂需要更换电解液。

15、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(3)中激光强度为0.03～0.05mw，扫速为50mv/s，时间为2～5min。

16、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(3)中激光聚焦调控液层距离具体为激光先聚焦到单晶电极表面z轴调0，再聚焦到窗片上表面测算出液层距离。

17、在本发明一优选实施方案中，所述步骤(3)中激光聚焦调控液层距离为50μm以内。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、1.本发明通过调控激光水平方向进入原位电解池，并通过激光聚焦测试液层厚度来精确调控cu单晶电极液层距离可以检测到双电层内界面水的拉曼光谱信息，同时避免了析氢反应过程中气泡干扰光谱的采集；

20、2.本发明可以应用在cu单晶不同的电催化反应过程中原位界面水的构型监测，从而对电催化剂的设计有直接的实验指导帮助。

技术特征：

1.一种cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中cu单晶先在质量分数为60-80％的磷酸中电抛光去除表面氧化物层，通过n2吹干。

3.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子在cu单晶表面的添加量为1.0～2.0μl/mm2。

4.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子为厚度为1.5～2.0nm的sio2壳层包裹粒径55～120nm的au内核。

5.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中au@sio2纳米球粒子配制成浓度为2～5mg/l的悬浊液进行添加。

6.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中真空干燥时间为30～60min，真空度为-0.05～-0.08。

7.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中cu单晶析氢除杂在0.05-0.15m kcl溶液中进行，电位区间为vs.rhe-0.5v～-1.1v，除杂1-5次，每次除杂需要更换电解液。

8.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中激光强度为0.03～0.05mw，扫速为50mv/s，时间为2～5min。

9.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中激光聚焦调控液层距离步骤为激光先聚焦到单晶电极表面z轴调0，再聚焦到窗片上表面测算出液层距离。

10.如权利要求1所述的原位拉曼光谱检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中激光聚焦调控液层距离为50μm以内。

技术总结
本发明公开了一种Cu单晶表面双电层内界面水的原位拉曼光谱检测方法，属于光谱检测技术领域，具体包括如下步骤：组装纳米粒子、Cu单晶析氢除杂、检测界面水拉曼光谱、组装原位拉曼光谱检测装置、检测Cu单晶的界面水构型。本发明通过调控原位电解池和精确调控Cu单晶电极液层距离可以检测到双电层内界面水的拉曼光谱信息，同时避免了析氢反应过程中气泡干扰光谱的采集。本发明可以应用在Cu单晶不同的电催化反应过程中原位界面水的构型监测，从而对电催化剂的设计有直接的实验指导帮助。

技术研发人员：李剑锋,赵宇,董金超
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12