电化学探头

电化学分析是现代仪器分析中的一个重要组成部分，由于电化学分析法具有快速、灵敏、准确、所用仪器结构简单及使用方便等一系列特点，因而在科学研究、现代化学工业、生物与药物分析、环境监测等领域发挥着重要作用。　　电化学分析仪器可以直接或间接地测量由化学传感器(电极)将化学量转换成的电信号，如电流、电压、电位、电导、电量等各种物理量，从而来研究、确定参与化学反应的物质的量。电化学的研究和技术发展，在一定程度上和电化学仪器的发展密切相关，它们是相互促进，不可分割的有机整体。以下将就2010年上半年上市的电化学新品做一简单介绍。　　法国 Bio-logic公司最新推出的 SP-200便携式电化学工作站改变了以前对电化学工作站放置位置的限制，可以在条件比较恶劣的环境中进行电化学测试。　　美国阿美特克新推出的电化学综合测试系统应用了最新的数位讯号处理技术，能够快速准确的获取实验数据。Multi-sine /快速傅立叶变换(FFT)分析可以满足用户同时选用不同的频率进行分析。　　赛默飞世尔科技新推出的Orion Star LogR pH测量仪，无需另外的温度电极，即可进行pH温度补偿。　　上海精科推出的PHSJ-5型实验室pH计采用高精度A /D 转化芯片，配置精密级pH电极、精密级参比电极和精密级温度传感器，确保了仪器具有0.001级pH的测量精度。　　上海纳锘仪器推出的全新系列绿色pH电极采用了绿色环保材料完全符合RoHS指令规定。　　英国Uniscan公司3100型多通道恒电位仪功率放大器使用最新的处理器设备，提供多通道电化学应用所需要的速度、通用性和精度。外壳设计凭借独特的层流流动路径和机载微控制的均衡速度风扇，用户可以确定与低噪音空气流动水平相结合的总热量管理体系。　　美国哈希公司推出的MP测定仪是一款不需要使用探头的电化学测定仪，能够快速监测pH、ORP、电导率、电阻率、总溶解固体(TDS)以及温度。　　法国 Bio-logic SP-200便携式电化学工作站　　SP-200便携式电化学工作站　　SP-200是一台便携式的电化学工作站，其可以在条件比较恶劣的环境中进行电化学测试，允许此设备用于接地池、高压设备和手套室设备、现场腐蚀实验也可以应用，弥补了以前对电化学工作站放置位置的限制。　　美国阿美特克电化学综合测试系统　　Solartron Modulab(电化学综合测试系统)　　Solartron Modulab最灵活方便的模块化电化学综合测试系统，仪器虽然小型化但是仍然能广泛的应用于电化学测试的各个领域。　　Solartron Modulab的恒电位仪和恒电流仪中应用了最新的数位讯号处理技术，能够快速准确的获取实验数据。采用目前最高效的频率响应分析仪，其频率响应范围从10μHz -1 MHz，保证测量过程的精度和准确度。　　Solartron Modulab采用Multi-sine /快速傅立叶变换(FFT)分析可以满足用户同时选用不同的频率进行分析。这个特别适用于低频分析和测量随时间变化的不稳定的电池。　　赛默飞世尔科技Orion Star LogR pH测量仪Orion Star LogR pH测量仪　　新型Orion Star LogR 测量系列仪表采用独特的LogR 技术，配合专门的pH电极，通过电极膜电阻测量样品温度，提供了一种新的电极测量方法。测量仪将显示膜电阻值，用于电极故障判断，节省故障排除时间。使用Orion Star LogR 测量仪，无需另外的温度电极，即可进行pH温度补偿。　　Orion Star LogR 测量仪目前有两种型号：一种用于pH 测量，另一种用于pH 和离子浓度测量。两种型号均可测量毫伏，温度和电阻(LogR 功能开启时)。　　Orion Star LogR 测量仪将替代目前的Thermo Scientific Orion PerpHecT LogR™ 测量仪320, 350和370系列。Orion Star LogR系列测量仪改进了LogR校正程序，具有更多的优势和pH校正点，并能够显示膜电阻。　　上海精科PHSJ-5型实验室pH计　　PHSJ-5型实验室pH计　　PHSJ-5型实验室pH计采用高精度A /D 转化芯片，配置精密级pH电极、精密级参比电极和精密级温度传感器，确保了仪器具有0.001级pH的测量精度，能满足用户精密测量水溶液的pH值和电位mV值。该仪器主要有五个特点：　　一是触摸式大屏幕液晶显示屏，全中文操作界面，使用方便 　　二是可选择多种pH标准缓冲溶液标定仪器，利于用户建立自己的标液组 　　三是具有自动识别五种标准溶液功能 　　四是自动和手动温度补偿、自动校准、自动计算电极百分理论斜率 　　五是能储存、删除、打印、查阅，最多可储存200套测量数据，并有RS-232通讯功能。　　上海纳锘仪器全新系列绿色pH电极　　GS9106BNWP绿色pH电极　　Orion推出全新电极—— 完全符合RoHS指令的全新系列pH电极。并采用了更环保的包装材料，堪称是真正的“绿色电极”。　　英国Uniscan公司3100型恒电位仪功率放大器　　3100型恒电位仪功率放大器　　3100型多通道恒电位仪功率放大器是一款新一代的多通道高电流仪器，使用最新的处理器设备，提供多通道电化学应用所需要的速度、通用性和精度。　　3100 型多通道恒电位仪功率放大器具有完全的直流性能。理想应用于宽广范围的电化学应用，其多通道性能允许多种测试速率和比传统设计更高的工作通量。　　3100的创新的外壳设计凭借独特的层流流动路径和机载微控制的均衡速度风扇，用户可以确定与低噪音空气流动水平相结合的总热量管理体系。　　美国哈希公司MP测定仪　　MP测定仪　　不需要使用探头的电化学测定仪，快速监测pH、ORP、电导率、电阻率、总溶解固体(TDS)以及温度。操作极其简便，只需两步即可完成测量：1. 灌满采样量杯、2. 按键读数。无需频繁校准，两周一次到每个月一次，并且校准简单，只需按一个按键，然后将仪器调节为标准值即可。高防护等级，IP67，防水防尘，可漂浮，浸没在水下1米处也完全可以操作。 了解更多电化学仪器请访问仪器信息网电化学仪器专场　　了解更多新品请访问仪器信息网新品栏目

仪器信息网讯 2011年10月12-15日，第十四届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA 2011)在北京展览馆隆重举行。为让广大网友及仪器用户深入了解BCEIA 2011仪器新品动态，仪器信息网特别开展了以“盘点行业新品 聚焦最新技术”为主题大型视频采访活动，力争将科学仪器行业最新创新产品、最新技术进展及最具有代表性应用解决方案直观地呈现给业内人士。以下是仪器信息网编辑采访ITT Analytics中国区市场部经理刘炳灶先生的视频。　　ITT Analytics是一家全球化的专业从事电化学分析领域的仪器供应商，旗下拥有美国Pinnacle、德国WTW、德国SIA、法国Secomam、德国Ebro、英国B+S、德国Sensortechnik Meinsberg、美国OI、美国Royce、美国Global Water以及挪威AADI等各行业非凡影响力的品牌。　　在本届BCEIA展会上，ITT Analytics中国区市场部经理刘炳灶先生向我们重点介绍了德国WTW公司新款手持式测试仪(包括各种最新的数字探头)，IQ Sensor Net在线多参数监测仪，德国Ebro公司EBI 11型温度记录器，德国SI Analytics公司新款滴定仪等几款电化学环境测试仪器新品。　　具体内容请点击查看采访视频。

p　　span style="color: rgb(112, 48, 160) "strong前言/strong/span/pp　　能源问题一直是困扰人类生存发展的终极问题之一，随着时代的进步，不断革新的科学技术为解决这一问题带来了曙光。其中电催化是目前有效的手段之一，涉及诸多新能源和环境保护的研究方向，包括燃料电池、水裂解、制氢、二氧化碳资源化利用等。其中，研究电化学催化剂的微观结构，并监测电催化剂在电催化反应过程中的结构演变规律，对于设计新材料、开发新能源具有重要的意义。/pp　　电子显微镜作为研究学者的“电子眼”，不但可以直接观察固体催化剂的形貌，而且可以在原子尺度提供催化剂的精细结构、化学信息和电子信息，对新型高效催化剂的发现、反应过程中催化剂结构演变及结构和性能之间关系的研究起到了重要作用。因此，电子显微学方法作为一种重要的表征技术在催化化学的发展中扮演着至关重要的角色。在过去20年中，电子显微学在电催化领域内也得到了广泛的应用。最近中国科学院金属研究所张炳森研究员课题组对电化学催化剂的透射电子显微学研究进行了总结，并指出了存在的挑战和未来发展方向。/pp　strong　span style="color: rgb(112, 48, 160) "1. 透射电子显微学方法对电化学催化剂的基本表征/span/strong/pp　　与材料研究中其它表征技术(如：X射线衍射、X射线光电子能谱、Raman光谱等)相比，透射电子显微镜具有很高的空间分辨率，可以在纳米尺度甚至是原子尺度下对催化材料结构进行研究，极大地促进了催化化学的发展。透射电镜目前已经发展为综合型分析电镜，从催化剂的微观结构，到化学组成，以及电子结构等信息都可以利用透射电镜分析获得。/pp　strong　1.1电化学催化剂微观结构表征/strong/pp　　电化学催化剂的微观结构，如：颗粒形貌、尺寸、暴露晶面、表界面结构等，对催化剂的性能有非常重要的影响，利用高分辨电子显微术(HRTEM)可以获得这些信息。值得注意的是，在负载型金属催化剂中，很多情况中会有很小的纳米颗粒和原子团簇存在，利用高分辨透射电子显微术(相位衬度成像)观察时可能会忽略这些信息，而利用高角环形暗场-扫描透射电子显微术(HAADF-STEM，Z衬度像)可以很容易地观察到这些颗粒的存在。目前，亚埃尺度分辨的球差校正透射电子显微镜的发展，实现了更好地在原子尺度下观察催化剂表界面结构，同时也促进了单原子电催化剂的发展。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f0f6b75a-dca5-4054-932d-4946fad9e0f5.jpg" title="1.jpg"//pp style="text-align: center "　　strong图1. 纳米颗粒的HRTEM图片：(a)多面体/strong/ppstrongPtNix单晶纳米颗粒，(b，c)多晶PtNix纳米颗粒，(d)核壳结构Pt/NiO纳米线，(e)PtNi合金纳米线，(f)锯齿状的Pt纳米线。(a，c)图中右下角插图分别是对应PtNix纳米颗粒的形状模型图和原子模型图，(a-c，f)图中右上角插图为对应纳米颗粒的傅立叶变换图。/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/da1074c4-9a68-49ef-ad5c-007b7e4e4f96.jpg" title="2.jpg"//pp　　strong图2.(a)Pt/[TaOPO4/VC]-NHT的TEM图片，(b)相同区域的HAADF-STEM图片 (c，d)球差校正透射电子显微镜获得的高分辨HAADF-STEM图片：(c)核壳结构PtPb/Pt纳米片和(d)MoS2负载单原子Pt(左下角插图是相应的构型模拟图)。/strong/pp　strong　1.2电化学催化剂的化学成分及电子结构表征/strong/pp　　双金属及多元金属催化剂是电催化中常用的催化剂，其化学组成及元素的分布对于催化剂的性能也有着至关重要的影响。X射线能谱(EDS)分析不仅可以对电催化剂的化学成分进行半定量分析，同时利用面扫和线扫，也可以得到相应元素在催化剂颗粒中的分布情况。除EDS表征手段，电子能量损失谱(EELS)对催化剂中的元素组分进行定性、定量和元素分布分析等也具有独特的优势，尤其在分析B、O、N等轻元素时，与EDS分析相比，会得到更精确的信息。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/45b9bfc5-c80a-4c25-b99d-f4a411601a16.jpg" title="3.jpg"//pp　　br//pp　strong　图3.(a)PtNix纳米颗粒的HAADF-STEM图和EDS面扫图，(b)核壳结构Pt/NiO、PtNi合金、锯齿状Pt纳米线的EDS线扫曲线(插图中绿线代表对应的线扫轨迹)，(c)100 ?C水热条件下得到的B/P共掺杂有序介孔碳的TEM图片和B、C、O、P元素的能量过滤TEM图片。/strong/pp　　影响电化学催化剂催化性能的另一个重要因素是催化剂中原子的电子结构。EELS除了可以进行成分分析，其另一个重要且常用的功能是分析催化剂中原子的电子结构，从而可以得到相应元素的价态、配位情况等，进而获取相关信息，例如：负载型金属催化剂中金属-载体间电子相互作用，纳米碳材料中掺杂原子的种类及电子结构等。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/bcafabc9-8776-44d7-b3c5-0e6e40886088.jpg" title="4.jpg"//pp　　strong图4.(a，b)Pt-CeOx样品中Ce-M45边和O-K边的电子能量损失谱，(c，d)N-掺杂石墨烯样品中N-K边和C-K边的电子能量损失谱，(e，f)三种B-掺杂类洋葱碳样品中B-K边和C-K边的电子能量损失谱。/strong/pp　span style="color: rgb(112, 48, 160) "strong　2. “相同位置-电子显微学”方法(IL-TEM)用于电化学测试条件下电催化剂的结构演变研究/strong/span/ppstrong　　2.1 IL-TEM方法简介以及其在商业Pt/C电催化剂稳定性研究中的应用/strong/pp　　该方法通过将电催化剂分散在坐标微栅上，在透射电镜下准确记录反应前某一具体位置催化剂的微结构信息 随后将携带样品的微栅放到工作电极上，保证接触良好的前提下，将该工作电极置于反应环境中 待反应结束，将坐标微栅从反应体系中取出，并在透射电镜中根据具体的坐标定位追踪反应前记录的位置。通过反应前后、或反应中各个阶段相同位置催化剂结构对比和统计分析，揭示催化剂在反应条件下的结构演变规律，并结合性能测试结果精确阐述构效关系。IL-TEM方法最初应用于电化学反应体系，例如：德国马普Mayrhofer组和西班牙Feliu组等利用此方法研究了铂基催化剂在电化学处理过程中的微结构演变，如负载铂纳米颗粒的脱落、溶解、迁移、团聚长大以及碳载体的腐蚀等特征行为。通过对负载活性组分(纳米颗粒)以及载体(活性炭)结构演变的同时观察，并关联其性能，揭示了不同反应条件下催化剂的失活机制问题。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/571bfe7a-296b-4eef-a73c-e9eb15528350.jpg" title="5.jpg"//pp　　strong图5.(a, b)IL-TEM方法在电化学三电极测试体系中的应用示意图,(c-f)利用坐标微栅在透射电镜下通过依次放大追踪相同位置催化剂的微结构信息。/strong/ppstrong　　2.2 IL-TEM方法在电化学新材料体系中的应用/strong/pp　　各类新型纳米碳材料，如纳米碳球、碳纳米管、石墨烯等，具有优异的导电性、耐酸碱性以及较高的比表面积和丰富的孔结构等特点在能源转化领域得到了广泛关注。其本身通过杂原子改性作为氧还原和二氧化碳还原反应电催化剂被大量研究。除此以外，利用表面改性纳米碳作为电催化剂载体调控活性组分与碳载体间相互作用也是近几年新兴的研究热点之一，通过使用IL-TEM方法跟踪负载纳米粒子在改性碳载体表面的迁移、团聚和溶解等行为直观揭示不同表面修饰对电催化剂的稳定作用。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f57af8d7-c227-4571-8e0c-ed72ae77f569.jpg" title="6.jpg"//pp　　strong图6. IL-TEM方法用于氮掺杂碳纳米球负载Pt催化剂在氧还原反应(左上)、氧官能团化和氮掺杂改性碳纳米管负载Pt催化剂在甲醇电氧化反应(左下)、及化学接枝法改性石墨烯负载Pt催化剂在氧还原反应(右)中的稳定性研究。/strong/ppstrong　　2.3 IL-TEM方法拓展应用于传统液相催化反应/strong/pp　　目前，IL-TEM方法已成功应用于电化学体系，直观揭示了不同反应条件中催化剂结构演变，以及碳材料载体表面性质对于负载金属电催化剂的稳定性影响及失活机制。而在环境电镜或原位透射样品杆中难以实现的传统液相催化反应体系中，IL-TEM方法也具有独特的优势。金属研究所张炳森、苏党生课题组在2016年底报道了此方法在液相催化反应(芳硝基化合物选择性加氢)中的应用，也是此方法第一次应用在传统液相催化反应体系中，通过研究反应条件下相同位置催化剂的结构演变过程，直观证明了氮物种的引入对负载的铂纳米颗粒的稳定性起重要作用，实现了铂-碳相互作用调节提升碳基负载型催化剂催化性能。该方法为精确研究液相催化反应中催化剂的构效关系，尤其是复杂液相催化反应体系，如固液、气液固等三相共存反应体系，探索复杂液相环境中催化反应活性中心的诱导产生、演变等行为规律提供了很好的手段，并更好地为新型高效催化剂的开发提供指导。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/64e15822-6ae3-433a-be3c-a0a0ff5988f2.jpg" title="7.jpg"//pp　strong　图7. IL-TEM方法在液相反应体系中的应用示意图(左上) 氧官能团化以及氮掺杂改性碳纳米管负载高分散铂纳米粒子催化剂相同位置在反应前后的透射电镜对比图(左下) 氮掺杂碳纳米管负载高分散铂纳米粒子催化剂相同位置在不同反应时间的HAADF-STEM图(右图)。/strong/ppstrong　　/strongspan style="color: rgb(112, 48, 160) "strong3. 原位电化学样品杆的应用前景/strong/span/pp　　常规透射电镜表征，样品所处的环境是真空和室温，与实际电催化剂所处的液体环境差距较大，并且是对反应前后进行随机取样表征，不够直观准确且存在严重的滞后效应，因此需要开展原位表征。电化学原位透射样品台的出现为实时观察服役环境下电催化剂的微结构以及结构演变提供了有效研究手段，并通过与电化学工作站联用可以得到实时性能数据，为揭示电催化反应黑匣子提供重要参考依据。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/9dc78db6-8ef1-4d37-b32f-52ad3873eddb.jpg" title="8.jpg"//pp　　strong图8.(a, b)电化学原位透射样品杆示意图，(c, d)电化学测试实时数据。/strong/ppstrong　/strongspan style="color: rgb(112, 48, 160) "strong　4. 总结与展望/strong/span/pp　　先进电子显微方法(分析型电子显微方法和高分辨电子显微方法)的发展提供了从微观尺度认识和理解电化学纳米催化剂结构特征的有效手段。该文通过大量研究工作全面系统地综述了透射电子显微术在揭示电催化剂纳米尺度形貌、原子尺度精细结构、化学组成以及电子结构等信息方面的重要作用，对新型高效电催化剂的设计研发、反应过程中的催化剂结构演变及结构性能间关系等的研究具有指导意义。“相同位置-电子显微学”方法的引入对于研究真实反应条件下催化剂的结构动态行为特征，揭示其稳定性和失活机理等方面提供了更直观准确的研究手段。同时，前沿性研究中电化学原位透射样品台的介绍，展望了将常规透射电镜对电催化剂的表征转变为在线可视化的电化学微型实验室的研究趋势 通过在电子显微镜中建立微纳米反应室，获取真实反应条件下催化剂活性位结构特征，使其成为电化学催化剂的创新工具。/pp style="text-align: center "---------------------------------------------------------------------br//pp　　Liyun Zhang,Wen Shi,Bingsen Zhang, A review of electrocatalyst characterization by transmission electron microscopy, Journal of Energy Chemistry,DOI:10.1016/j.jechem.2017.10.016/p