原位微分电化学质谱仪(电催化DEMS）

原位微分电化学质谱仪（Differential Electrochemical Mass Spectrometry，简称DEMS）是一种原位电化学方法，通过检测挥发性产物，可以获得界面的定性、定量信息，成为研究电化学反应机理不可或缺的重要工具之一。DEMS系统将电化学反应装置与质谱仪连用，由电化学反应产生的挥发性产物从疏水透气的膜接口进入质谱仪的真空系统管路中，通过质谱仪获得不同质荷比离子的电流随时间的变化。在电化学反应机理研究中，循环伏安法（CV）是一种较为常用的电化学手段，从获得的CV图形中可以获得丰富的电化学信息，因此，CV被频繁地用于DEMS研究中。利用DEMS进行电化学研究时，由质谱仪检测 CV 扫面过程中所生成的挥发性产物的离子电流信号随时间的变化，再通过时间轴向电势轴的变换即获得离子电流随电势变化的图形 （MSCV），为电催化反应机理研究提供更全面更深入的信息。

图1：探针式原位微分电化学质谱仪原理图

结构组成：质谱采样探针和玻璃电化学池组成。

工作原理：质谱采样探针正对着玻璃电化学池中的工作电极，工作电极上产生的产物经由探针端部滤膜进入到质谱仪从而被检测到。配置视频显微镜精确调节采样探针与工作电极之间的距离。

具体应用如：

1. CO₂电催化还原气相产物(CO,CH₄,C₂H₄,CH₃OH等)瞬时检测，相对法拉第效率测定

2. 硝酸根电催化还原中NO,N₂O,NH₂OH,NH₃,N₂等中间产物或最终产物原位检测

3. 电解水OER同位素标记¹⁸O，LOM或AEM反应机理确认

4. 甲醇电氧化反应中间产物或最终产物（HCHO，HCOOH，CO等）瞬时检测及各产物电流效率计算

5. 氢同位素标记，氢气析出反应（HER）机理解析

6. 碳材料稳定性评估（高电位下CO，CO₂检测）

7. 其他（光催化，光电催化，氧还原，氢氧化，氯气析出，有机电合成等）

应用案例：

1. 硝酸根电还原中间体检测

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201915992

2. 电解水OER同位素标记¹⁸O，LOM或AEM反应机理确认

J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17, 6482-6490

3. 甲醇电氧化反应

Journal of Power Sources 509 (2021) 230397

4. 氢同位素标记，氢气析出反应（HER）机理解析

Nature catalysis, 2022,5,66-73

5. CO₂电还原

ACS catal. 2019,9,1383-1388

部分客户论文清单：

Nature Catalysis. 2022, 5, 66-73

Nature Catalysis. 2021, 4, 1012-1023

J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 6482-6490

J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 9444-9447

Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5350-5354

Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 4670-4674

Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7297-7307

Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22933-22939

Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26177-26183

Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202204541

Joule. 2021, 5, 2164-2176

Nat. Commun. 2022, 13, 2191

Nat. Commun. 2021, 12, 2164

Adv. Mater. 2020, 32, 2002297

Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2001289

Appl. Catal. B. 2021, 280, 119393

ACS Energy Letters. 2022, 7, 1187-1194

ACS Energy Letters. 2022, 7, 284-291

Chem. Eng.J. 2022, 435, 134969

Chem. Eng.J. 2022, 433, 133495

Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 614-623

ACS Catal. 2021,11, 840-848

ACS Catal. 2019, 9, 4699-4705

Nano Energy. 2021, 86, 106088

NanoEnergy. 2019, 60, 43-51

ACS Catal. 2021, 11, 14032-14037

ACS Catal. 2020, 10, 3533-3540

ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022, 14, 12257-12263

J. Mater. Chem. A. 2021, 9, 239-243

Cell Reports Physical Science. 2021, 2, 100378

J. Mater. Chem. A. 2021, 9, 9010-9017

Journal of Catalysis. 2021, 397, 128-136

Journal of Power Sources. 2021, 509, 230397

Science China Chemistry. 2020, 63, 1469-1476

Adv. Sustainable Syst. 2020, 4, 2000227

Science China Chemistry.2021, 64, 1493-1497

J. Colloid Interface Sci.  2022, 614, 405-414      

Angew. Chem. Int. Ed.  2022, 61, e20211563

Nat. Commun. 2022, 13, 2577  

J. Mater. Chem. A. 2022, 10, 6448–6453  

J. Mater. Chem. A. 2021, 9, 14741–14751

ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 5958–5965

J. Mater. Chem. A. 2022, 10, 5430-5441

Appl. Catal. B.  2022, 301, 120829  

Adv. Mater. 2020, 2202523

Adv. Mater. 2020, 2202874

ACS Catal. 2022, 12, 14, 8658–8666

Energy Environ. Sci. 2022,15, 3912-3922

Adv. Mater. 2022, 2209307

Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217071

ACS Nano. 2022, 16, 6, 9095–9104

Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202212341

J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 35, 16006–16011

Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2103960   

Nature Energy. 7, 978–988 (2022)   

Energy Environ. Sci. 2022, 15, 4175

Nat. Commun. (2022) 13:7958