八月西日,北京。沈辞到北大化学楼的时候,天刚亮。晨光透过梧桐树的叶子洒在地上,斑驳的光影随风晃动。
他站在门口,手里拎着一个保温箱,里面装着昨晚新鲜制备的样品。方旭跟在后面,背着双肩包,手里拿着一杯咖啡。
“你来过这里?”方旭问。
“来过。之前在这边做过MOF合成。”
沈辞推开门,走进楼道。空气里弥漫着熟悉的试剂味道,混合着丙酮、乙醇和某种说不清的酯类香气。他走到陈教授的实验室门口,敲了敲门。
门开了,陈教授站在门后,穿着一件深蓝色的polo衫,手里拿着一杯茶。他看到沈辞,笑了笑。
“来了。进来吧。”
沈辞走进去,方旭跟在后面。实验室还是老样子,实验台、通风橱、仪器,和几个月前一模一样。只是操作台上多了一台新的仪器——原位红外光谱仪,银白色的外壳,连着两根气管和一堆电线,像一个精密的机器人。
“这台机器刚装好没多久,你是第一个用的。”陈教授拍了拍仪器,“操作不难,但数据处理要花点功夫。我让唐昕教你,她做过类似的实验。”
唐昕从里间走出来,穿着一件白色实验服,头发扎成低马尾。看到沈辞,她笑了。“又来了?这次是什么课题?”
“电催化。CO2还原。需要测反应中间体。”
唐昕点了点头,走到仪器前,开始讲解。“原位红外,原理和普通红外一样,但多了电化学池。样品在工作电极上,在反应过程中实时采集光谱。你要测的是中间体,所以需要在不同电位下采集,然后差减,去掉背景。”
沈辞拿出笔记本,开始记录。电解池的组装、窗口材料的选择、参比电极的位置、采集参数——每一个细节他都写得清清楚楚。
“来,你试试。”唐昕让开位置。
沈辞戴上手套,开始组装电解池。工作电极是玻碳电极,上面滴涂了他的催化剂。对电极是铂丝,参比电极是银氯化银。
电解液是碳酸氢钾,零点二摩尔。他把电解池装到光谱仪上,通氮气除氧,然后启动采集。
屏幕上出现了一条红外光谱。横坐标波数,纵坐标吸光度。三千西,水的峰。两千三,二氧化碳的峰。一千六,羧基的峰。还有几个小峰,他认不出来。
“电位多少?”方旭问。
“开路电位。还没开始反应。”沈辞设置电位负零点八伏,启动电化学工作站。屏幕上出现了一条新的光谱,和背景差减之后,几个新的峰出现了。
“两千一,一氧化碳的峰。”唐昕指着屏幕,“一千九,可能是中间体的峰。文献里有人报道过,一千九附近的峰归属有争议,有人说是COOH,有人说是CO桥式吸附。”
沈辞盯着那个峰,脑子里在快速运转。电化学机理洞察能力正在帮他分析这些数据。一千九的峰,强度随电位变化,在负零点八伏最强,负零点九伏减弱。如果是COOH,强度应该随电位负移而增强,因为COOH是还原的中间体。
但这里负零点九伏减弱了,说明不是COOH。如果是CO桥式吸附,强度应该随电位负移而增强,因为CO是最终产物,电位越负,生成越多。但也对不上。
“这个峰,可能是HCOO。”沈辞说。
唐昕愣了一下。“甲酸根?你的产物是CO,不是甲酸。”
“我知道。但HCOO可能是中间体。CO2还原生成CO,有两种路径。一种通过COOH,一种通过HCOO。文献里一首有争论。我的数据,一千九的峰和文献里报道的HCOO特征峰吻合。”
方旭凑过来看屏幕。“有道理。但你需要证据。”
“做同位素标记。用C13O2代替CO2,看峰位移。”
陈教授从旁边走过来,看了看屏幕,又看了看沈辞。
“同位素标记,我们这里做不了。你要去化学所,他们有同位素质谱。”
沈辞沉默了一下。同位素质谱,化学所有,但要预约,排队至少一周。他没有一周的时间。
“先做不同电位的系列。”沈辞说,“看看这个峰的强度随电位的变化规律。”
他设置了一系列电位,从负零点六伏到负一点零伏,每隔零点一伏采集一次光谱。每次采集前稳定一分钟,确保反应达到稳态。唐昕帮他记录数据,方旭帮他调整参数。三个人配合默契,像一支训练有素的队伍。
中午十二点,所有数据采集完毕。沈辞把光谱叠加在一起,画了一张图。横坐标电位,纵坐标峰强度。一千九的峰,强度随电位负移先增加后减少,峰值在负零点八伏。
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