免费测样 | 西交大任丹课题组开放原位电化学拉曼光谱平台

西安交通大学任丹副教授团队多年不懈的努力与深耕，在电催化二氧化碳还原、原位电化学拉曼光谱技术，以及人工光合作用等前沿领域取得了令人振奋的突破性成果，并成功研制出了先进的电化学拉曼测试系统。为了回馈科研界的广泛支持与深厚信任，进一步促进科研成果的交流与共享，任老师团队决定在限定时间内，面向校内外广大科研工作者开放这一宝贵资源，提供免费的电化学拉曼测试服务。

作为坚定的合作伙伴，北京卓立汉光仪器有限公司对此深感自豪，诚挚地邀请所有对电化学及相关领域充满热情的科研工作者，与任丹副教授课题组联系预约测试，亲身体验这一*端科技带来的无限可能与魅力。

1. 引言

拉曼光谱（Raman spectroscopy），是一种散射光谱，用于研究目标分子的振动态。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

电化学原位拉曼光谱，是在电化学反应过程中，研究催化剂表面的物质受激光激发后所产生拉曼效应的一种实验手段。其中电化学反应的研究方式可以是常规的线性扫描伏安法、循环伏安法、恒电流法、恒电位法等，也可以是其他的根据研究需要的较为复杂的电化学处理方法。在电化学反应的不同阶段，采集催化剂表面的拉曼信号，从而研究催化剂的结构和化学性质随着电化学反应的变化规律。同时，拉曼信号也可以给出反应过程中吸附中间物种的信息。

在电化学原位拉曼光谱的测试中，一般物质分子的拉曼光谱很微弱, 为了获得增强的信号, 可采用对特定电极（Au, Ag, Cu等）表面粗化的办法, 可以得到强度高倍的表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) 光谱, 当具有共振拉曼效应的分子吸附在粗化的电极表面时, 得到的是表面增强共振拉曼散射(SERRS)光谱, 其强度又能增强。

电化学原位拉曼光谱法的测量装置主要包括拉曼光谱仪和原位电化学拉曼池两个部分。拉曼光谱仪由激光器、显微镜、光路系统、光谱仪等构成。原位电化学拉曼池一般具有工作电极、对电极和参比电极。一般来讲，电化学池还需要有通气系统。

2. 测试系统介绍

本系统是将拉曼光谱和电化学系统集成的电化学拉曼测试系统。其主要包括三个关键部分：拉曼系统、原位电化学池及其配件、电化学工作站。测试系统的示意图如图1所示。

图1. 电化学原位拉曼光谱测试系统。

2.1 拉曼系统

本拉曼系统由卓立汉光提供，型号为Zolix RTS-2。该系统是一款可定制化的拉曼系统。系统配备了RX-50M-S正置显微镜模组，为拉曼系统提供共聚焦模式以增强拉曼信号，同时有10X，50X和100X的物镜。激光系统有两路（后期可扩展第三路），包括532 nm和785 nm激光。系统包括各种不同镜片以及包括狭缝、分光计等组成的光路系统。信号的采集和分析采用的是Andor iVac-316-CCD以及卓立汉光 Omni-λ3008i光谱仪。该系统为高质量光谱信号的采集提供了保障。

2.2 原位电化学池

原位电化学池是原为拉曼光谱测试的核心部件之一，是连接电化学反应和拉曼光谱采集的纽带。电化学池可以在市面上购置标准的组件，也可以根据自己需求进行定制。由于不同课题组所研究的电化学反应的不同、研究侧重点不同，进行私人定制化的原位电化学池设计有利于采集到更为满意的拉曼信号。

目前的电化学原位拉曼池，大都采用玻璃窗口将电解液和镜头隔开，避免镜头被腐蚀和污染。该系统往往要求电解液的厚度在mm级别（小于镜头的焦距）。当然可以通过使用长焦距镜头来提升电解液的厚度区间，但是也往往小于几个mm。这对于研究速率较慢的反应比较适用，但对于研究气泡反应较多的催化反应不够*美，因为气泡会将激光折射从而影响拉曼信号。同时，激光在空气、玻璃、溶液三种不同的介质中传输，增加了激光传输的不稳定性。

不同于玻璃窗口式的电化学原位拉曼电解池，采用的是敞开式的设计思路。该电解池可以用于研究电化学水还原、电化学水氧化、电化学二氧化碳还原等目前大部分电化学反应。除此之外，任老师团队也设计了基于气体扩散电极的流动型电化学原位拉曼电解池，用于研究高速率的反应，例如电化学二氧化碳还原。电解池的气路设计也可以满足不同的使用场景。在使用中，我们会对入水镜头进行一定的保护，使其与电解液物理隔离。

图2. 正在测试中的电化学原位拉曼电解池的实图。

2.3 电化学工作站

电化学工作站采用的是Gamry Interface 1000系统。除此之外，也可以使用其他市面上主流的电化学工作站，包括国产的上海辰华CHI，Biologic，Autolab等。

3. 测试系统可运用的领域

电化学原位拉曼光谱测试系统可应用于大多数的电化学反应场景，包括电化学析氢、电化学析氧、电化学二氧化碳还原等等。

4. 测试结果展示

该套测试系统目前已经很成熟的用于电化学二氧化碳还原的测试，测试结果如图3所示。

图3. 电化学原位拉曼光谱测试在两种不同条件下的测试结果，测试可在低电流到高电流条件下进行，最高电流密度可达300 mA cm-2， 满足大多数流动型测试系统的要求。注：其他测试条件不宜公开。

目前，电化学原位拉曼光谱测试系统可以从0.1 mA cm-2 到 300 mA cm-2，横跨四个电流密度的数量级，满足绝大多数的测试需求。

5. 服务介绍

目前，任丹老师课题组为感兴趣的合作者们提供免费的测样服务，从而体验该系统的优势和不足。同时，任老师团队和卓立汉光一起为感兴趣的科研工作者提供一对一的系统解决方案，根据用户需求构建合适的电化学原位拉曼光谱系统。

测样联*人：任丹（西安交通大学）

地址：陕西省西安市碑林区兴庆南路5号。

同样可以与卓立汉光取得联系，我们将协助您与任老师确认测样事宜。

人物简介

任丹，湖北襄樊人，西安交通大学教授，博士生导师，*球前2%顶尖科学家，国*级青年人才，陕西省秦创原引用创新创业人才，西安交通大学青年拔尖人才A类。本科毕业于上海交通大学，博士毕业于新加坡国立大学，2018-2021年间在瑞士洛桑联邦理工大学从事博士后研究。主要从事电催化二氧化碳还原、原位电化学拉曼光谱、人工光合作用等方面的研究。主持国家自然科学基金委青年人才等项目共5项，受邀撰写专著一章，在Nature、Nature Chemistry、JACS等期刊上发表论文50余篇，被引6000余次，11篇ESI高被引论文，h因子为32。担任OAE出版社旗下 Energy Materials 期刊青年编委。