一种电化学系统的制作方法

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种电化学系统。

背景技术：

电化学反应是一种特殊的化学反应，这种化学反应让电流通过阳极与阴极之间的电解液来驱动。电化学系统用于电化学反应，包括浸没在电解液中的一些阴、阳电极，并且由外部电源产生流过这些电极之间的电流。现有技术中电化学系统通常包括三种类型：1)含有工作电极、辅助电极和参比电极的三电极电化学系统；2)含有工作电极和辅助电极的两电极电化学系统；3)含有两个驱动电极和双极电极的电化学系统。现有技术提供的电化学系统在用于多样品电化学实验时，还需使用更多的电极。可以看出，现有技术中的电化学系统结构复杂，操作不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电化学系统，本发明提供的电化学系统结构简单，操作方便。

本发明提供了一种电化学系统，包括：

一个电极，所述电极的一端和电源正极相连，所述电极的另一端和电源负极相连；

电解液，所述电解液与电极具有接触面；

所述接触面位于电极的两端之间。

优选的，所述接触面为一个或者多个接触面。

优选的，所述多个接触面之间互不相连。

优选的，所述电极表面设置有凹槽；

所述电解液置于凹槽中，与电极形成接触面。

优选的，所述凹槽为多个互不连通的凹槽。

优选的，所述电化学系统还包括上下开口的筒体；

所述上下开口的筒体固定在电极表面，与电极表面形成用于盛放电解液的容器；

所述电解液置于筒体中，与电极形成接触面。

优选的，所述上下开口的筒体为多个互不连通的上下开口的筒体。

优选的，所述上下开口的筒体的材质为绝缘材料。

优选的，所述电极选自导电玻璃电极、碳膜电极、金属膜电极或导电聚合物电极。

优选的，所述电解液选自电化学发光实验所用的溶液、电聚合实验所用的溶液或电镀实验所用的镀液。

与现有技术相比，本发明提供的电化学系统只有一个电极，电解液与电极具有接触面，电极具有电阻，电流通过电极时，与电解液接触的两侧电极产生压降从而具有不同的电势，一侧形成阴极，另一侧形成阳极，构成电化学系统。本发明提供的电化学系统只有一个电极，结构简单，操作方便。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电化学系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电化学系统的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的电化学系统性能检测结果；

图4为本发明实施例2提供的电化学系统性能检测结果。

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。

本发明提供了一种电化学系统，包括：

一个电极，所述电极的一端和电源正极相连，所述电极的另一端和电源负极相连；

电解液，所述电解液与电极具有接触面；

所述接触面位于电极的两端之间。

本发明提供的电化学系统中只含有一个电极。本发明对所述电极的电阻大小没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际电化学实验条件选择合适电阻的电极。在本发明中，所述电极优选为具有较大电阻的电极，电极电阻较大，电流通过电极后产生的压降更为明显，使电化学系统的效果更好。在本发明中，所述电极的电阻可以为10～10000ω，优选为100～9000ω，更优选为500～8000ω，更优选为1000～6000ω，最优选为3000～4000ω。本发明对所述电极的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的可用于电化学实验或者电化学系统的电极即可。在本发明中，所述电极可以为导电玻璃电极、碳膜电极、金属薄膜电极或导电聚合物电极等。在本发明中，所述电极也可以为丝网印刷电极或者复合电极等。本发明对所述电极的形状和尺寸没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择不同形状和尺寸的电极。在本发明中，所述电极的形状优选为矩形、圆形等。在本发明中，所述电极优选为fto导电玻璃(掺杂氟的sno2透明导电玻璃(sno2：f)，简称为fto)或者ito导电玻璃。本发明对所述电极的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。

在本发明中，所述电极的一端和电源的正极相连，电极的另一端和电源的负极相连，本发明中电极的任意一端都可以与电源正极相连，当一端与电源正极相连后，另一端就与电源负极相连，本发明对此并没有特殊的限制。本发明对电源与电极连接的具体位置并没有特殊的限制，电源可以连接在电极上的任意位置，如可以在电极头部，也可以在电极的尾部，还可以在电极中部。本发明将电极与电源正极连接的位置定义为电极的一端，将电极与电源负极连接的位置定义为电极的另一端。本发明对电源和电极连接的方式没有特殊的限制，电源可以直接与电极连接，也可以通过导电介质与电极连接。本发明对所述导电介质没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适的导体将电源与电极连接，如可采用导线。

本发明对所述电源的种类没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择合适类型和电压的电源，如交流电源或直流电源等。本发明对所述电源的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。

本发明提供的电化学系统包括电解液，电解液与电极具有接触面，接触面位于电极的两端之间。在本发明中，所述电解液与电极的接触面可以为一个接触面，也可以为多个接触面。在本发明中，所述接触面为多个接触面时优选为互不连接的多个接触面，互不连接的多个接触面之间是相互独立的。在本发明中，所述接触面为一个接触面时可以进行一种电化学实验，电解液为这种电化学实验所需的原料或试剂。

在本发明中，所述接触面为互不相连的多个接触面时可以同时进行不同的电化学实验，由于多个接触面互不连通，在每个接触面上可以为不同的电解液，由于互不相连，不同的电解液不会混合到一起，这样就可以同时进行不同的电化学实验；当然，在这种情况下不同的接触面上也可以为同种电解液，这样也可以实现上述同时进行同种电化学实验的多次测试。

本发明对电解液与电极形成接触面的方式没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况进行操作，保证电解液与电极具有接触面即可。在本发明中，可以将电解液喷洒或涂刷在电极表面形成接触面。

在本发明中，也可以将电极表面在厚度方向上去除一些材料，形成各种形状的凹槽，将电解液置于凹槽中，使电解液和电极形成接触面。本发明对所述凹槽的形状和尺寸没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要进行设计。本发明对所述凹槽的个数没有特殊的限制，可以为一个或多个凹槽，当为多个凹槽时，各个凹槽之间优选不连通。在本发明中，可以在每个凹槽内置入相同的电解液，这样可以实现同时进行一种电化学反应的多次测试；也可以在每个凹槽内置入不同的电解液，这样可以实现同时进行多个不同的电化学实验。本发明优选设置多个互不连通的凹槽，在不同的凹槽中置入不同的电解液，以同时进行多种电化学实验。

在本发明中，所述电极和电解液的接触面也可通过其他方式形成，如在电极表面固定一个上下开口的筒体，筒体与电极表面形成一个可盛放电解液的空间，因为筒体下端开口与电极表面接触，将电解液置于筒体中电解液也能够与电极表面接触，形成接触面。本发明对所述上下开口的筒体的个数没有特殊的限制，可以为一个也可以为多个，当为多个时，多个上下开口的筒体之间不连通。在本发明中，当为多个上下开口的筒体时，这些筒体可以是单独分开的，每个筒体单独固定在电极表面。在本发明中，所述筒体为单个筒体时一次只能进行一种电化学实验。在本发明中，所述筒体为多个筒体时，能实现同时进行一种电化学实验的多个测试；还可以同时进行不同的电化学实验；原理与上述技术方案所述的凹槽情况类似，在此不再赘述。

本发明对所述筒体的尺寸(如厚度)和形状没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况进行选择，如可以为圆筒、方筒等。在本发明中，所述筒体用于盛放电解液其材质优选为绝缘材料，更优选为成本较低的绝缘材料，如本领域技术人员熟知的塑料、橡胶等材料。本发明对所述筒体和电极之间的固定方式没有特殊的限制，本领域技术人员可采用熟知的连接方式进行固定，如可采用胶粘剂将筒体底部平面粘接在电极表面。

本发明提供的电化学系统的突出优点为在电极表面上设置多个互不相连的接触面，如通过在电极表面设置多个互不相通的凹槽或者在电极表面固定多个互不相通的上下开口的筒体，这样将电极两端通电后就能够在每个接触面上发生不同的电化学反应，通过向不同的凹槽或筒体中注入不同的电解液，本发明提供的电化学系统能够同时进行多种电化学实验，而且在同时进行多种电化学实验时其结构简单的优势更为明显。

在本发明中，所述接触面位于电极的两端之间，本发明对接触面在电极两端之间的具体位置没有特殊的限制，接触面可以在电极两端之间的任意位置；本发明中电极的两端之间指的是电极与电源正极和电源负极连接的两个位置之间。在本发明中，所述接触面可以为电极两端之间的全部表面，也可以为电极两端之间的部分表面。在本发明中，上述凹槽和上下开口的筒体需要设置在电极的两端之间。

本发明对所述电解液的成分没有特殊的限制，本发明中的电解液可以理解为利用本发明提供的电化学系统进行电化学实验时所采用的原料或者试剂。本发明对所述电化学系统能够进行的电化学实验没有特殊的限制，本领域技术人员熟知的基于电化学原料的电化学实验均可以进行，如电化学发光实验、电聚合实验或者电镀实验等，本发明优选采用电化学系统进行电化学发光实验，这种电化学实验主要检测光信号，对于电流和电位信号则可以检测也可以不检测，尤其适用本发明的这种电化学系统。

在本发明中，所述电解液可以为进行电化学发光实验所用的溶液如吡啶钌和各种胺(如氨基酸、脂肪胺)的混合溶液；或者鲁米诺和过氧化氢的混合溶液等。在本发明中，所述电解液还可以为电聚合实验所用的溶液如苯胺、噻吩、吡咯的溶液等。在本发明中，所述电解液也可以为进行电镀实验所用的各种电镀液。

本发明是利用给电极通电时，电极两端会存在电压差的现象来构建一种新型的电化学体系。在这种新型的电化学体系中，仅仅只需一个电极。而且，本发明提供的电化学体系在用于多样品电化学实验时，也不需要增加更多的电极，只需要电极表面形成多个盛放电解液(可以盛放相同电解液也可以盛放不同电解液)的空间，使电解液和电极表面的不同位置接触，在多个位置中同时进行电化学实验。本发明提供的电化学体系具有结构简单，便于进行多样品和高通量分析等优点。

本发明实施例提供的电化学系统结构如图1所示，图1为本发明实施例提供的电化学系统的结构示意图，包括：

长方体ito导电玻璃电极，电极的一端通过导线和电源的正极相连，电极的另一端通过导线和电源的负极相连；

固定在电极表面的上下开口的方形筒体；方形筒体和电极表面之间通过密封胶粘接固定，方形筒体和电极表面之间形成可以盛放电解液的空间；

方形筒体内部装有电解液。

本发明另一实施例提供的电化学系统的结构如图2所示，图2为本发明实施例提供的电化学系统的结构示意图，与图1的区别在于，固定在电极表面的为多个上下开口的方形筒体，方形筒体与电极表面之间形成多个可以盛放电解液的空间。

本发明以下实施例所用原料均为市售商品。

实施例1

本发明实施例1提供的电化学系统的结构示意图如图1所示，包括：

长宽高分别为2厘米、1.5厘米和0.1厘米的长方体ito导电玻璃，作为电极；

电极的一端通过导线与电池的正极连接，电极的另一端通过导线与电池的负极连接，电源采用电化学工作站chi-660c(直流电)，电压为2v。

采用市售的带粘胶的绝缘防水的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)标签贴纸作为塑料块体；长宽高分别为1.2厘米、1厘米和0.02厘米，用方形打孔器在贴纸中间打出长宽分别为1厘米和0.8厘米的通孔，然后将该带通孔的方形塑料块体贴于电极上，使该绝缘塑料块体的中心通孔和电极表面形成一个能够盛放电解液的空间。

电解液为鲁米诺和过氧化氢溶于碱性碳酸盐缓冲液(碳酸氢钠、氢氧化钠和水组成)中形成的混合溶液，鲁米诺在混合溶液中的浓度为1mmol/l，过氧化氢在混合溶液中的浓度为1mmol/l。

本发明实施例1提供的电化学系统中的电解液为电化学发光溶液，将电解液加入到实施例1提供的电化学系统的塑料块体通孔内部；开启电源通电。由于ito导电玻璃具有一定的电阻，和电解液接触的ito导电玻璃两侧会产生电压降，使和电解液接触的ito导电玻璃一侧发生电化学氧化反应，产生电化学发光。

采用光电倍增管的发光探测器对产生的发光信号进行检测，可以看到本发明实施例1提供的电化学系统通电时，光电倍增管电压为400v时检测到的发光信号为1200。

采用数码相机进行检测，可以观察到和电解液接触的ito导电玻璃的阳极端有明显的发光现象，当电极两端施加电压越大，发光强度越强，如图3所示，图3为本发明实施例1提供的电化学系统的性能检测结果(分别为相同条件下电压为2v、3v和4v的发光情况)。

实施例2

本发明实施例2提供的电化学系统的结构示意图如图2所示，包括：

长宽高分别为4厘米、4厘米和0.1厘米的长方体ito导电玻璃，作为电极；

电极的一端通过导线与电池的正极连接，电极的另一端通过导线与电池的负极连接，电源采用电化学工作站chi-660c(直流电)，电压为10v。

采用市售的带粘胶的绝缘防水的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)标签贴纸作为塑料块体(多个上下开口的筒体)，长宽高分别为3厘米、3厘米和0.02厘米，用圆形打孔器在贴纸中间打出9个直径为0.8厘米的通孔，使9个通孔均匀分布在塑料块体中，各个通孔之间不能互相连通是各自独立的；然后将该带圆形通孔的方形塑料块体贴于电极上，使该绝缘塑料块体中的通孔和电极表面形成多个能够盛放电解液的空间。

电解液为鲁米诺和过氧化氢溶于碱性碳酸盐缓冲液(由碳酸氢钠、氢氧化钠和水组成)中形成的混合溶液，鲁米诺在混合溶液中的浓度为1mmol/l，过氧化氢在混合溶液中的浓度为1mmol/l。

本发明实施例2提供的电化学系统中的电解液为电化学发光溶液，将电解液加入到实施例2提供的电化学系统的塑料块体的每个通孔中；开启电源通电。

采用数码相机进行检测，可以观察到和电解液接触的ito导电玻璃的阳极端有明显的发光现象，如图4所示，图4为本发明实施例2提供的电化学系统的性能检测结果，本发明提供的电化学系统能够同时进行多个样品的检测，而且结构简单。

由以上实施例可知，本发明提供了一种电化学系统，包括：一个电极，所述电极的一端和电源正极相连，所述电极的另一端和电源负极相连；电解液，所述电解液与电极具有接触面；所述接触面位于电极的两端之间。与现有技术相比，本发明提供的电化学系统只有一个电极，电解液与电极具有接触面，电极具有电阻，电流通过电极时，与电解液接触的两侧电极产生压降从而具有不同的电势，一侧形成阴极，另一侧形成阳极，构成电化学系统。本发明提供的电化学系统只有一个电极，结构简单，操作方便。