Thiết kế mô-đun của bể phản ứng XAFS tại chỗ điện hóa tập trung vào việc cải thiện tính linh hoạt của thí nghiệm, độ tin cậy dữ liệu và khả năng vận hành dễ dàng, thông qua các đơn vị chức năng tiêu chuẩn để đạt được khả năng thích ứng đa cảnh và tối ưu hóa hiệu suất, nguyên tắc thiết kế của nó chủ yếu được phản ánh trong các khía cạnh sau:

1. Phân chia mô-đun chức năng và thiết kế giao diện tiêu chuẩn

Bể phản ứng được chia thành mô-đun quang học, mô-đun điện hóa, mô-đun điều khiển chất lỏng và mô-đun điều khiển môi trường, mỗi mô-đun thực hiện lắp ráp và thay thế nhanh chóng thông qua giao diện tiêu chuẩn hóa (chẳng hạn như ren, snap). Ví dụ:

Mô-đun quang học: Sử dụng màng Kapton có thể tháo rời hoặc cửa sổ thạch anh, hỗ trợ chuyển đổi chế độ kép truyền/huỳnh quang, độ dày và vật liệu của biểu mẫu được tùy chỉnh theo dải năng lượng tia X (chẳng hạn như 2,5-20keV), giảm suy giảm tín hiệu.

Mô-đun điện hóa: Tích hợp hệ thống ba điện cực (điện cực làm việc, điện cực tham chiếu, điện cực cặp), giao diện điện cực thông qua thiết kế cắm và rút tiêu chuẩn, tương thích với các vật liệu khác nhau (như giấy carbon, tấm bạch kim) và kích thước (như 1,5 × 3cm²), hỗ trợ điều khiển miền rộng phạm vi tiềm năng ± 5V, mật độ hiện tại 0,1-100mA/cm².

2. Thiết kế tương thích đa môi trường

Thiết kế mô-đun hỗ trợ hoạt động ổn định của bể phản ứng trong pha khí, pha lỏng, nhiệt độ cao và áp suất cao, v.v.

Môi trường pha khí: bằng cách niêm phong khoang và mô-đun đầu vào và đầu ra khí, để đạt được luồng chính xác (tốc độ dòng chảy 0,1-10mL/phút) của khí phản ứng như CO₂ và O₂, phối hợp với giao diện kết hợp sắc ký khí, theo dõi sản phẩm phản ứng trong thời gian thực.

Môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao: Sử dụng vật liệu hợp kim PEEK hoặc titan để xây dựng khoang chịu áp lực (ví dụ: 30MPa), tích hợp mô-đun làm mát nitơ lỏng hoặc sưởi ấm bằng điện (phạm vi nhiệt độ 4,2-973K), giảm nhiễu bức xạ nhiệt đối với máy dò thông qua lớp cách nhiệt (ví dụ: lớp lót thạch anh 5mm).

3. Thiết kế tối ưu hóa tín hiệu động

Để giải quyết vấn đề tín hiệu dễ bị nhiễu trong các thí nghiệm XAFS tại chỗ, thiết kế mô-đun tăng tỷ lệ tín hiệu nhiễu bằng các chiến lược sau:

Điều chỉnh độ dày màng lỏng: độ dày màng lỏng giữa điện cực làm việc và cửa sổ ánh sáng có thể được điều chỉnh (0,1-5mm), cân bằng sức đề kháng bên trong của phản ứng với cường độ hấp thụ tia X, tránh che giấu dung môi (như nước) đối với các yếu tố hàm lượng thấp (như Fe) tín hiệu.

Ức chế dị tán: cửa sổ quang học và góc tới tia X được thiết kế 45 °, giảm nhiễu huỳnh quang thứ cấp kích thích bởi khoang thép không gỉ; Sử dụng cửa sổ thạch anh hoặc Be có độ tinh khiết cao (truyền ánh sáng>90%) để giảm tiếng ồn nền.

4. Bảo trì nhanh và thiết kế mở rộng

Cấu trúc mô-đun hỗ trợ một người hoàn thành việc tháo dỡ trong vòng 10 phút, mỗi bộ phận (chẳng hạn như điện cực, vòng đệm) có thể được thay thế độc lập, giảm chi phí bảo trì. Trong khi đó, các giao diện tiêu chuẩn hóa (chẳng hạn như lỗ ren M6, giao diện sợi SMA) được dành riêng để hỗ trợ kết hợp với phổ Raman, phổ trở kháng điện hóa (EIS) và các công nghệ khác để mở rộng chức năng thử nghiệm. Ví dụ, bằng cách tích hợp các mô-đun đèn LED đa bước sóng, một nghiên cứu hợp tác giữa quang xúc tác và điện xúc tác có thể đạt được.