[發明專利]燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置

有效

• 申請號: 201811051414.1
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109470725B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 章俊良;蔣芳玲;朱鳳鵑;羅柳軒;吳愛明;王超
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N23/085
• 分類號: G01N23/085;G01N23/223
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置，包括同步輻射光源(1)、前電離室、原位池以及后電離室或熒光探測器(7)；X射線從同步輻射光源(1)射出經前電離室、原位池射至后電離室或熒光探測器(7)上。所述原位池包括工作電極側部、輔助電極側部；所述工作電極側部通過通孔機構、連接件(15)與輔助電極側部相連接。本發明提供一種燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置，適用于原位同步輻射XAFS檢測的電催化反應原位池，從而實現實時檢測催化劑結構演變的一個關鍵性技術問題。

技術領域

本發明涉及，具體地，涉及一種燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置，尤其涉及一種用于在一定電勢作用下燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置。

背景技術

質子交換膜燃料電池由陰極催化層、質子交換膜、陽極催化層組成，其中催化層是電催化反應中的核心部件，其成分組成和微觀結構直接影響電催化反應的活性以及能量轉換效率。在電催化反應過程中，研究者通常采用旋轉圓盤電極循環伏安法、線性伏安掃描法和交流阻抗法來表征催化劑的催化活性和穩定性，再結合離線的透射電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜以及元素分析等方法來表征催化劑的成分組成和微觀結構，以此建立催化劑宏觀催化活性和微觀結構之間的“構效”關系。而在實際應用過程中，催化劑的表面成分組成和微觀結構會隨著周圍環境(例如：反應氣氛、溫度、濕度和電勢等)的變化而實時的改變。離線分析方法難以捕捉到催化劑在催化反應過程中實時的結構變化規律，從而不能真實地反映出催化劑的作用機制，進而無法有效地為設計活性和穩定性兼顧的催化劑提供可靠的理論支撐。同步輻射X射線吸收精細結構譜學(X-ray Absorption FineStructure，XAFS)利用同步輻射X射線大范圍能量可調和高的信噪比特性來研究物質的線吸收系數隨能量的變化規律，用以獲得吸收原子周圍的近鄰結構信息。其主要特點是具有元素選擇性，且可以通過外加原位裝置(如氣氛、溫度，電勢)分析出燃料電池催化層中某特定元素的近鄰配位原子種類、配位數、與配位原子的配位距離、氧化態以及電子結構等實時的結構信息，為獲取許多常規方法難以或無法獲得的物質實時的結構信息提供了極為有利的條件。

基于同步輻射原位檢測催化劑在電催化反應過程中的實時結構信息，必須采用同步輻射光源所產生的高能量、高亮度的X射線照射到在工作狀態下的膜電極上，然后收集膜電極催化劑中被探測元素的X射線吸收信號。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置。

根據本發明提供的一種燃料電池催化層中催化劑的同步輻射原位測試裝置，包括同步輻射光源、前電離室、原位池以及后電離室或熒光探測器；

X射線從同步輻射光源射出經前電離室、原位池射至后電離室或熒光探測器上。

優選地，所述原位池包括工作電極側部、輔助電極側部；

所述工作電極側部通過通孔機構、連接件與輔助電極側部相連接。

優選地，所述工作電極側部包括工作電極側緊固端板、工作電極側絕緣支撐板；

所述通孔機構包括工作電極側通孔；

所述工作電極側緊固端板的一側、工作電極側絕緣支撐板的一側之間設置有工作電極側密封墊；

所述工作電極側緊固端板的一側、工作電極側絕緣支撐板的一側均設置有位置相對應的工作電極側通孔；

所述工作電極側通孔構成連接件的安裝孔。

優選地，所述輔助電極側部包括輔助電極側緊固端板、輔助電極側絕緣支撐板；

所述通孔機構包括輔助電極側通孔；

所述輔助電極側緊固端板的一側、輔助電極側絕緣支撐板的一側均設置有位置相對應的輔助電極側通孔；