原位微分电化学质谱仪（电催化版）
一、产品介绍
荆谱若科技原位微分电化学质谱仪（电催化版）PM-DEMS EC是专为电催化研究设计的原位微分电化学质谱仪，通过疏水透气膜实现电解液中催化气体产物的高效传输，再通过质谱仪原位实时监测电催化反应中气体产物与挥发性产物，适用于二氧化碳还原、硝酸根还原、电解水、甲醇氧化、合成氨等方向机理研究。
二、产品特点
♦ 多类反应池兼容：配套多种电化学池，也可适配用户自有反应池，支持粉末、碳纸、泡沫镍等多种工作电极，为实验设计提供最大灵活性。
♦ 高灵敏度实时检测：响应时间＜200ms，可实现毫秒级反应动力学追踪。
♦ 反应池结构优化：针对电催化反应优化原位池结构，提升气体传输效率与信号稳定性。
♦ 同位素标记实验：结合同位素标记法，为反应路径与机理解析提供可靠的气体同位素数据支持。
♦ 一站式催化评价：实时关联电化学与质谱信号，助力催化剂快速筛选与反应机理研究。
三、配套电化学池
1、传统电化学池
♦ 工作原理：电解液保持静止，工作电极生成的气态或挥发性产物扩散至疏水透气膜（PTFE）界面，并依托压差传输至质谱真空室进行实时检测。
♦ 适用方向：适用于电解水（HER、OER）、二氧化碳还原（CO2RR）、硝酸根还原（NO3RR）、醇氧化等典型电催化反应的过程机理研究。
可直接测试泡沫镍/钴、碳布、纸基等三维或多孔电极，兼容薄层流通池难以适配窄间隙要求。
2、单薄层流动池
♦ 工作原理：将负载催化剂的工作电极与疏水透气膜紧密贴合，其间形成极薄且连续的电解液层。电解液由外置密封电解池经蠕动泵驱动，从进液口流入此薄层间隙，流经电极活性表面后从出液口流出，实现强制对流与反应物持续补充。对电极置于电解液流路下游，以确保电化学测试的稳定性。疏水透气膜作为电极与质谱间的隔离界面，可使电极表面产生的气态产物快速扩散透过，进入质谱系统进行实时检测。
♦ 适用方向：适用于电化学反应中关键瞬态中间体的原位捕捉与表征，助力明确反应决速步骤。其高灵敏度特性能够有效检测生成量极低的中间体或副产物，弥补传统池在痕量分析方面的不足。
3、双薄层流动池
♦ 工作原理：本设计在单薄层池基础上增设第二薄层流道，构成相互独立的工作电极室与对电极室。电解液连续流动，依次流经两个腔室。工作电极室内，催化电极与疏水透气膜紧密贴合构成第一薄层流道。反应在工作电极表面发生，生成的产物一部分可快速扩散至透气膜进入质谱检测，另一部分则随液流带出。对电极室内设独立薄层流道，对电极上产生的气体被限制于此，并随持续流动的电解液直接排出池外，有效避免其对工作电极反应的干扰。两腔室间可根据需要增设质子/离子交换膜，实现物理隔离阴阳极腔室与选择性离子传导。
♦ 适用方向：适用于捕捉对界面环境敏感、寿命极短的反应中间体。双薄层池的无干扰界面可实现其更精准的捕捉与检测，避免单薄层池的真空干扰导致的中间体信号失真。
四、技术参数
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质量分析器 |
四极杆 |
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离子源 |
EI电子轰击电离源 |
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质量分析范围 |
1-100 amu/1-200 amu/1-300 amu |
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灯丝 |
Ir-Y2O3，含两根灯丝 |
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最小检测限 |
50 ppb以下 |
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灵敏度 |
≥5*10-4 A/mbar（Faraday） |
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分辨率 |
优于0.5 amu |
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最大工作压力 |
＜5*10-4 mbar |
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离子源灯丝能量 调节范围 |
15-102 eV |
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质谱仪操作软件 |
含有全扫，多离子追踪以及定量分析模块 |
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半磁浮涡轮分子泵抽速 |
≥67 L/s |
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前级泵 |
无油干泵 |
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全量程真空规 |
真空范围：1000 mber-10-9 mber |
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最大测量通道 |
100 /200/300pieces |
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扫描时间 |
1 ms-16 s/amu |
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通讯接口 |
Ethernet |
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进样方式 |
电化学池液体进样 |
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取样管最大加热温度 |
200 ℃ |
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腔体最大烘烤温度 |
200 ℃ |
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仪器响应时间 |
小于200 ms |
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电源电压 |
220 V AC，50/60 HZ |
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电化学池参数 |
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电化学池 |
传统池 |
单薄层流动池 |
双薄层流动池 |
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最小检测限 |
ppb级 |
ppb级 |
ppb级 |
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响应时间 |
100 ms |
毫秒级 |
毫秒级 |
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产物收集效率 |
>95% |
>95% |
>95% |
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传质模式 |
静止电解液，扩散传质 |
强制对流+微薄层 （1~10 µm） |
强制对流+双独立薄层流道 |
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电极间距 |
<5mm |
<1.5mm |
对电极位于单独流道 |
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蠕动泵流速 |
/ |
0.02-45 mL/min |
0.02-45 mL/min |
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蠕动泵转速 |
/ |
0.1~300RPM |
0.1~300RPM |
五、代表性应用案例
- 电催化分解水
文献指路：Pinning effect of lattice Pb suppressing lattice oxygen reactivity of Pb-RuO2 enables stable industrial-level electrolysis. Nature Communications, 2024, 15(1): 9774.
- 海水电解
文献指路：Regulating the redox cycle of nickel species for efficient seawater electrolysis. Applied Catalysis B: Environment and Energy, 2024, 356: 124259.
- 电催化硝酸根还原
文献指路： Enabling Unconventional “Alternating‐Distal” N2 Reduction Pathway for Efficient Ammonia Electrosynthesis.Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64(18): e202502957.
- 电催化二氧化碳还原
文献指路： Operando Spectroscopic Insights into CO2 Reduction at Electrode/Polyelectrolyte Interfaces. Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64(32): e202509423.
- 电催化一氧化碳还原
文献指路：Steric and hydrophilic/hydrophobic effects of organic cations on electrochemical CO reduction. Nature Communications, 2025.
