集微区控温、测温与电化学检测于一体的新技术及其在电催化体系的应用研究

This project will develop and employ a new technique which is based on the micro/nano thermocouple electrode and able to combine local temperature control/detect with electrochemical measurement. This new technique will start from the fabrication of micro/nano thermocouple electrode which can be heated and employed for measurement of temperature in order to achieve the three functions including temperature control/detect and electrochemical measurement in one system..The project intends to solve the following key scientific issues: (1)the preparation of micro/nano thermocouple,(2) the temperature signal acquisition, (3) the synchronization of temperature signals with electrochemical signals, (4) the influence of the temperature on the electrons transfer rate of the catalyst at elevated temperature, (5) the influence of temperature on the adsorption/desorption of active species. This project seeks to establish a platform and further to apply the microthermoelectrodes array in the high throughput screening of catalysts, which will be useful in the fuel cell, solar cell and other temperature-related electrochemical studies, so as to lead them into more important application areas. Expected results include: the solution of related theoretical and technical problems about the application of micro/nano thermo electrode in local temperature control/detect and electrochemical measurement. The results will include 2-3 domestic patents and 8-10 domestic and foreign papers, and one international patent.

本项目拟发展和运用基于热电偶微/纳电极的微区控温、测温与电化学（活性）检测的新技术，对电催化剂在升温条件下的电化学行为进行研究。 以可升温和测温的热电偶微/纳电极制备为切入点，探索和发展在电化学体系中实现微区控温、测温和电化学检测的新技术，包括热电偶微/纳电极的制备、温度信号的采集以及与电化学信号的同步等， 研究温度对催化剂的电子转移速度影响、温度对活性物种的吸/脱附动力学的影响等基本问题。本项目力图搭建一个集温控、测量与电化学活性检测于一体的升温微电极系统，并在此平台上进一步发展应用热电偶微电极阵列并将其应用于催化剂高通量的筛选，期望应用于燃料电池、太阳能电池等与电催化相关的研究以及其他与温度相关的电化学研究中。预期研究结果包括：解决利用微电极在控温、测温与电化学（活性）检测及其在电催化体系的应用研究的一系列理论和技术难题。结果主要以2-3项专利或8-10篇国内外论文形式提供。

项目运用基于热电偶微/纳电极的局域温度控制及成像新技术对有机小分子的电催化剂在升温条件下的电化学行为进行研究，以新型的可升温和测温的热电偶微/纳电极制备为切入点，探索和发展在电化学体系中可实现局域温度控制与成像的新技术，其中包括了可检测微区温度的热电偶电极的制备、温度信号的采集成像以及与电化学信号的同步、升温条件下催化剂的电荷转移速度等基本问题。.重要结果和关键数据包括了：(1) 热电偶微电极不仅可以作为温度计，而且可以作为扫描电化学显微镜（SECM）的探针，用于探针生成的溴与加热的铜样品之间的反应。研究了温度对SECM成像过程的影响以及相关的动力学参数，如动力学常数和活化能。 (2) 采用原位电化学表面增强拉曼光谱（EC-SERS）和高频加热技术相结合的方法研究了甲酸在不同温度下的电氧化反应。采用高频加热技术，可在工作电极（热电偶微电极，TCME）表面1s内调节任意预设温度。用循环伏安法和EC-SERS研究了HCOOH在Au@Pt纳米粒子表面的电氧化行为。循环伏安法表明，升高的温度提高了Au@Pt/TCME对HCOOH氧化的催化活性。EC-SERS结果表明，Pt-C峰的强度随温度的升高而降低，这表明高温有利于Pt表面CO的解吸，改善催化反应。这项工作可用于筛选在高温下HCOOH电氧化的催化剂，或用于在变温下对EC-SERS的其他研究。.本项目已经建立了一种可在局部升温条件下对电催化剂的催化性能进行原位研究的新方法，并将其应用于燃料电池的相关研究以及其他与温度相关的电化学研究。研究结果包括：已解决利用热电偶微/纳电极在电化学成像和温度同步成像技术研究中的应用及相关一系列理论和技术难题。研究工作已经发表了8篇文章和申请了三项专利。