一种微型阵列多孔电解池
阅读说明：本技术 一种微型阵列多孔电解池 (Micro-array porous electrolytic cell ) 是由 李红姬 翟鹏飞 李明吉 李翠平 刘翼 杨保和 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微型阵列多孔电解池,涉及电化学传感器技术领域,所述微型阵列多孔电解池包括多个阵列式电极,以及多个且并联连接的电解池；每个所述电解池底部均固定有参比电极,所述电解池用于盛放电解液和所述阵列式电极；每个所述阵列式电极均包括导电层、电极固定架、工作电极和辅助电极；所述导电层穿套在所述电极固定架上,所述辅助电极固定在所述电极固定架的中心位置,所述工作电极安装在所述电极固定架和所述导电层上,所述工作电极位于所述辅助电极的外围。本发明可以实现同时测定多种电解液目的。(The invention relates to a micro-array porous electrolytic cell, which relates to the technical field of electrochemical sensors, and comprises a plurality of array electrodes and a plurality of electrolytic cells connected in parallel; a reference electrode is fixed at the bottom of each electrolytic cell, and the electrolytic cells are used for containing electrolyte and the array electrodes; each array electrode comprises a conducting layer, an electrode fixing frame, a working electrode and an auxiliary electrode; the conducting layer is sleeved on the electrode fixing frame in a penetrating mode, the auxiliary electrode is fixed at the center of the electrode fixing frame, the working electrode is installed on the electrode fixing frame and the conducting layer, and the working electrode is located on the periphery of the auxiliary electrode. The invention can realize the purpose of simultaneously measuring a plurality of electrolytes.)
技术领域
本发明涉及电化学传感器技术领域，特别是涉及一种微型阵列多孔电解池。
背景技术
传统电解池一般由一根对电极，一个工作电极(两电极体系)和一个盛放电解液的容器构成(三电极体系与两电极体系相比，多一根参比电极)。传统的电解池体积大，每次所需的电解液多，且检测不同种类的电解液需分多次进行；同时，每次测试工作电极只能使用一种，即测试工作电极种类单一，测试灵敏度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型阵列多孔电解池，以实现同时测定多种电解液目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种微型阵列多孔电解池，包括多个阵列式电极，以及多个且并联连接的电解池；
每个所述电解池底部均固定有参比电极，所述电解池用于盛放电解液和所述阵列式电极；每个所述阵列式电极均包括导电层、电极固定架、工作电极和辅助电极；所述导电层穿套在所述电极固定架上，所述辅助电极固定在所述电极固定架的中心位置上，所述工作电极安装在所述电极固定架和所述导电层上，所述工作电极位于所述辅助电极的外围。
可选的，所述微型阵列多孔电解池还包括开关电路，所述开关电路分别与所述参比电极和所述工作电极连接。
可选的，一个所述电解池通过所述开关电路与另一个所述电解池并联连接。
可选的，所述微型阵列多孔电解池还包括外部铜片，所述工作电极通过外部铜片与所述开关电路连接。
可选的，所述阵列式电极还包括固定旋片，所述固定旋片通过螺纹固定在所述电极固定支架上；所述导电层位于所述电极固定架和所述固定旋片之间；所述固定旋片用于将所述工作电极固定在所述电极固定架和所述导电层上。
可选的，所述电解池的个数和所述阵列式电极的个数相等。
可选的，所述工作电极设有多根；所述工作电极为直角型电极。
可选的，所述导电层和所述电极固定架均设有小孔；所述小孔限定所述工作电极的安装位置。
可选的，所述辅助电极为铂丝电极；所述参比电极为铂丝电极。
可选的，所述微型阵列多孔电解池还包括参比电极接线柱、工作电极接线柱和辅助电极接线柱；所述参比电极接线柱和所述工作电极接线柱分别设置在所述电解池的一侧；所述辅助电极接线柱设置所述固定旋片上；所述参比电极与所述参比电极接线柱连接；所述工作电极与所述工作电极接线柱连接；所述辅助电极与所述辅助电极接线柱连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的微型阵列多孔电解池，通过设置多个阵列式电极以及多个且并联的电解池，以实现同时测定多种电解液的目的。此外，通过多个电解池并联，不仅可以实现单个电解池的独立工作，还可以实现多个电解池同时工作的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明微型阵列多孔电解池的结构示意图；
图2为本发明微型阵列多孔电解池安放阵列式电极示意图；
图3为本发明微型阵列多孔电解池的阵列式电极的结构示意图；
图4为本发明微型阵列多孔电解池的固定旋片的结构示意图；
图5为本发明微型阵列多孔电解池的导电层的结构示意图；
图6为本发明微型阵列多孔电解池的电极固定架的结构示意图；
图7为本发明微型阵列多孔电解池中单个工作电极在扫描速度为20、50、80、100、200mV s-1下的CV图；
图8为本发明微型阵列多孔电解池中单个电解池8个工作电极在扫描速度为20、50、80、100、200mV s-1下的CV图；
图9为本发明微型阵列多孔电解池中多个电解池8个工作电极在扫描速度为20、50、80、100、200mV s-1下的CV图；
图10为本发明微型阵列多孔电解池的工作电极的结构示意图。
符号说明：
1-电解池、2-开关电路、3-阵列式电极、4-电极固定架、5-导电层、6-固定旋片、7-铜柱、8-工作电极、9-辅助电极、10-参比电极、11-工作电极接线柱、12-参比电极接线柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种微型阵列多孔电解池，以实现同时测定多种电解液目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供的一种微型阵列多孔电解池包括多个阵列式电极，以及多个且并联连接的电解池1。每个所述电解池1底部均固定有参比电极10，所述电解池1用于盛放电解液和所述阵列式电极3；如图3所示，每个所述阵列式电极均包括导电层5、电极固定架4、工作电极8和辅助电极9；所述导电层5穿套在所述电极固定架4上，所述辅助电极9固定在所述电极固定架4的中心位置上，所述工作电极8安装在所述电极固定架4和所述导电层5上，所述工作电极8位于所述辅助电极9的外围。
在实际应用中，所述微型阵列多孔电解池还包括开关电路2，所述开关电路2分别与所述参比电极10和所述工作电极8连接。
在实际应用中，一个所述电解池1通过所述开关电路2与另一个所述电解池1并联连接。
在实际应用中，所述微型阵列多孔电解池还包括外部铜片，所述工作电极8通过外部铜片与所述开关电路2连接。
在实际应用中，所述阵列式电极3还包括如图4所示的固定旋片6，所述固定旋片6通过螺纹固定在所述电极固定支架4上；如图5所示的所述导电层5位于如图6所示的所述电极固定架4和所述固定旋片6之间；所述固定旋片6用于将所述工作电极8固定在所述电极固定架4和所述导电层5上。
在实际应用中，所述电解池1的个数和所述阵列式电极3的个数相等。
在实际应用中，所述工作电极8设有多根；所述工作电极8为直角型电极。
在实际应用中，所述导电层5和所述电极固定架4均设有小孔；所述小孔用于限定所述工作电极8的安装位置，即所述工作电极8穿过所述小孔安装在所述导电层5和所述电极固定架4上。
在实际应用中，所述辅助电极9为铂丝电极；所述参比电极10为铂丝电极。
在实际应用中，所述微型阵列多孔电解池还包括参比电极接线柱12、工作电极接线柱11和辅助电极接线柱；所述参比电极接线柱12和所述工作电极接线柱11分别设置在所述电解池1的一侧；所述辅助电极接线柱设置在所述固定旋片6的中心位置上；所述参比电极10与所述参比电极接线柱12连接；所述工作电极8与所述工作电极接线柱11连接；所述辅助电极9与所述辅助电极接线柱连接。
实施例二
本实施例提供一种微型阵列多孔电解池的具体实施方式。微型阵列多孔电解池具有可以同时测定多种溶液，工作电极种类丰富，每次检测所需电解液量少的优点。
(1)微型阵列多孔电解池的结构
如图1所示，本实施例提供的微型阵列多孔电解池包括四个电解池1和四个阵列式电极3以及开关电路2。每个电解池1的底部固定有一根铂丝，铂丝由导线连接至开关电路2，每个电解池1可独立工作，也可以由多个电解池1同时工作；每个电解池1上配有一个阵列式电极3，阵列式电极3依次由顶部的固定旋片6，中部的铜片导电层5和底部的电极固定架4构成，电极固定架4上有螺纹，以便安装导电层5和固定旋片6。导电层5与开关电路2连接。阵列式电极3中心处的辅助电极9固定在电极固定架4上，上部由铜柱7引出，即辅助电极9通过辅助电极接线柱引出，其中，辅助电极9为铂丝电极；外围8根工作电极8可拆卸，可根据需要每次可更换不同种类的电极，安装工作电极8时，将直角型的工作电极8插入小孔中，将顶部的固定旋片6旋入拧紧，便可将工作电极8固定好，开关电路2中包括多个开关，每个开关控制一个电解池1。
(2)单个电解池1独立工作的工作原理
以第一电解池独立工作为例，将制作好的工作电极8安装在电极固定架4上形成一组阵列式电极3，在第一电解池中加入相应的电解液，将阵列式电极3安放在第一电解池上，将电化学工作站的参比电极引线与微型阵列多孔电解池底部的参比电极接线柱12连接，电化学工作站的工作电极引线与微型阵列多孔电解池的工作电极接线柱11连接，电化学工作站的辅助电极引线与微型阵列多孔电解池的阵列式电极3中心的铂丝电极连接，构成三电极体系。打开开关电路2中的第一开关，第一电解池开始工作。
(3)多个电解池1同时工作的工作原理
以第一电解池和第二电解池同时工作为例，将制作好的工作电极8分别安装在第一电解池和第二电解池对应的电极固定架4上形成两组阵列式电极3，即第一阵列式电极和第二阵列式电极，在第一电解池和第二电解池中加入相应的电解液，将两组阵列式电极3分别安放在第一电解池和第二电解池上，将电化学工作站的参比电极引线与微型阵列多孔电解池底部的参比电极接线柱12连接，电化学工作站的工作电极引线与微型阵列多孔电解池的工作电极接线柱11连接，电化学工作站的辅助电极引线通过辅助电极接线柱与微型阵列多孔电解池的阵列式电极3中心的铂丝电极连接，构成三电极体系。打开开关电路2的第一开关和第二开关，第一电解池和第二电解池开始工作。
保持电化学工作站的线路连接方式不变，打开开关电路2的第三开关即可使第三电解池开始工作，关闭任一开关即可使对应的电解池停止工作。以此类推，即可任意组合不同电解池同时工作。
石墨烯工作电极的制备
处理钽丝：将6根长度为18.5cm，直径为0.6mm的钽丝分别用洁净的镊子在两边弯出两个挂钩，并用蘸有无水乙醇的无尘布进行擦拭，将表面的污垢去除。
挂钽丝：分别用弹簧将擦拭好的六根钽丝挂在热丝CVD和金刚石联合沉积系统的铜架的中间部分，并用钼棒从钽丝下面穿过，将钽丝绷直，降下腔室。
抽真空后注入气体：打开DL-18型闭路冷却水机组，然后对热丝CVD和金刚石联合沉积系统进行抽真空处理，待气压下降到5Pa到6Pa左右时，停止抽真空，向热丝CVD和金刚石联合沉积系统内注入一定比例的氮气和无水乙醇。
加电流：待腔室内气压升高到31torr时，利用JDCY-20-500型交流灯丝电源对热丝CVD和金刚石联合沉积系统内的钽丝进行加电流操作，待电流加到100A时，电压在5.6-5.9V之间时停止。
钽丝上长石墨烯：将腔室内压强平衡在39.8-40.5torr之间，温度保持在1200摄氏度左右，持续50min，使钽丝在该条件下长上石墨烯。
关闭仪器：关闭JDCY-20-500型交流灯丝电源旋钮，拧紧气瓶，将腔室抽真空到5-6Pa，关闭DL-18型闭路冷却水机组。待两小时后取出产品。
制作电极：将钽丝上的石墨烯管抽出，分成8根4mm长的石墨烯管，分别用2.2cm笔直且新的钽丝插入到4mm的石墨烯管中。再将其折成所需的直角型电极，如图10所示，插入到阵列式电极的小孔中形成所需的阵列式电极。
一、单个电解池1个工作电极的准备工作
1、将0.1M的KCl溶液作为底液，配制浓度均为10mM的K3[Fe(CN)6]和K4Fe(CN)6·3H2O的混合溶液，形成电解液。
2、将1ml的电解液加入第一电解池中，将第一阵列式电极安放在第一电解池上，将电化学工作站的三根引线分别接至微型阵列多孔电解池底部的参比电极接线柱、工作电极接线柱和阵列式电极中心的铂丝电极，构成三电极体系。
单个电解池测循环伏安曲线
1、以配置的电解液作为反应液，采用石墨烯电极为工作电极，以20mV s-1的电位扫描速度进行测试，获得电压-电流曲线。
2、以配置的电解液作为反应液，采用碳电极为工作电极，分别以50mV s-1、80mV s-1、100mV s-1、200mV s-1的扫速进行测试，分别测得该条件下的电压—电流曲线，如图7所示。
3、图7中叠加了不同扫速下测出的5条CV曲线，随着扫速的增加，氧化峰的电位向右偏移，还原峰的电位向左偏移，每条CV曲线的氧化峰电流与还原峰电流基本接近，具有可逆性，说明阵列式电极及电解池比较稳定，可以正常使用。
二、单个电解池8个工作电极的准备工作
1、将0.1M的KCl溶液作为底液，配制浓度均为10mM的K3[Fe(CN)6]和K4Fe(CN)6·3H2O的混合溶液，形成电解液。
2、将1ml的电解液加入第一电解池中，将第一阵列式电极安放在第一电解池上，将电化学工作站的三根引线分别接至微型阵列多孔电解池底部的参比电极接线柱、工作电极接线柱和阵列式电极中心的铂丝电极，构成三电极体系。
单个电解池测循环伏安曲线
1、以配置的电解液作为反应液，采用石墨烯电极为工作电极，以20mV s-1的电位扫描速度进行测试，获得电压-电流曲线。
2、以配置的电解液作为反应液，采用石墨烯电极为工作电极，分别以50mV s-1、80mV s-1、100mV s-1、200mV s-1的扫速进行测试，分别测得该条件下的电压—电流曲线，如图8所示。
3、图8叠加了不同扫速下测出的5条CV曲线，随着扫速的增加，氧化峰的电位向右偏移，还原峰的电位向左偏移，每条CV曲线里氧化峰电流与还原峰电流接近，具有可逆性特征，说明阵列式电极及电解池比较稳定，可以正常使用。
4、对比图7中的单个工作电极和图8的8个工作电极的电压和电流，可知工作电极个数增加时，电位不变，电流提高，说明8个工作电极是以一种并联结构组合成了阵列式电极。
三、多个电解池工作电极的准备工作
1、将0.1M的KCl溶液作为底液，配制浓度均为10mM的K3[Fe(CN)6]和K4Fe(CN)6·3H2O的混合溶液，形成电解液。
2、将1ml的电解液加入第一电解池和第二电解池中，将第一阵列式电极和第二阵列式电极分别安放在第一电解池和第二电解池上，将电化学工作站的三根引线分别接至微型阵列多孔电解池底部的参比电极接线柱、工作电极接线柱和阵列式电极中心的铂丝电极，构成三电极体系。
多个电解池测循环伏安曲线
1、将K3[Fe(CN)6]/K4Fe(CN)6溶液作为电解液，以20mV s-1的电位扫描速度进行测试，获得电压-电流曲线。
2、以铁氰化钾/亚铁氰化钾作为氧化还原探针，一组阵列式电极包含8个石墨烯电极作为工作电极，同时运行两个电解池体系，分别以50mV s-1、80mV s-1、100mV s-1、200mVs-1的扫速进行测试，测得该条件下的电压—电流曲线，如图9所示。
3、图9中叠加了不同扫速下测出的5条CV曲线，随着扫速的增加，氧化峰的电位向右偏移，还原峰的电位向左偏移，每条CV曲线里氧化还原峰电流基本接近，说明阵列式电极及电解池比较稳定，可以正常使用。
4、由图8和图9在相同扫速下的曲线对比可看出，多个电解池的电流较单个电解池的电流要大，可得出不同电解池之间是并联关系。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。