紫外-可见-近红外光谱电化学是循环伏安法 (CV) 和吸收光谱在紫外、可见和近红外区域的组合。电极处的电子转移反应导致电活性物质的电子结构发生变化。这些变化及其对化合物光谱响应的影响构成了光谱电化学方法的基础。因此，将循环伏安法测量与吸收光谱的测量相结合，可以提供电化学反应机理、形成的带电粒种的类型及其电子结构的非常有价值的信息。原位光谱电化学方法能够在电子转移条件下进行灵敏的光谱测量，这种精确的测量方法可以对带电物质的形成和及其浓度随施加电位的变化进行跟踪测量。

紫外-可见-近红外光谱电化学是研究电致变色材料氧化还原过程的方法。这些材料可以通过电化学反应可逆地改变其颜色，它们是各种电致变色器件 (ECD) 的重要组成部分。对于定制 ECD器件的开发和生产，了解此类材料中电子转移反应的机制并确定导致着色的物质非常重要。

UV-VIS-NIR光谱电化学在电致变色材料研究中的应用：•通过氧化还原反应实时监测电致变色导致的颜色变化•通过光谱法检测和识别导致着色的物质•研究带电物质的光学特性和稳定性•（有色）物质的浓度分布与逐步变化电位的关系•阐明电化学反应机制

仪器

光谱电化学装置包括光谱仪、光源、稳压器、光纤和光谱电化学电池（方案 1）。它可以扩展到其他光谱模式，例如电子自旋（顺磁）共振（ESR/EPR）光谱。

 方案1. 光谱电化学装置

该测量需要使用AvaSpec 多通道光谱仪系统，它可以在宽光谱范围(200-2500 nm) 内进行精确测量（图 1）。每个内置的光谱仪都可以独立配置（不同的探测器、狭缝、光栅）。它可以在几个毫秒内同时得到整个范围的光谱。

图1.AvaSpec多通道光谱仪

AvaLight-DH-S-BAL 是一种输出平衡光谱的氘-卤素光源，其中 656 nm 处的α峰显着降低（图 2）。其内置的TTL快门可以通过稳压器来触发。

图2. AvaLight-DH-S-BAL均衡型氘卤钨灯光源

任何提供TTL 触发输出的稳压器都可用于触发光谱仪。光谱仪的数字输入/输出 (DIO)接口使其可以通过TTL控制信号把电化学测量与由外部设备进行同步。用外触发的方式来控制 Avantes 光谱仪上并控制光源的快门，是需要专用的触发线。该触发线用于连接位于 Avantes 光谱仪背面的 外触发 I/O接口和稳压器上的 数字IO 接口。光谱的采集是通过从稳压器向光谱仪和光源发送 TTL 脉冲来触发的。每个触发脉冲可以采集一个光谱。

利用一分二或一分多光纤，可以连接光源、电池和光谱仪的各个探测通道（图 3）。

图3.Avantes的一分二光纤

需要一个光学透明的薄层电化学电池，在透射模式下把电化学和吸收光谱耦合起来。通常，使用贵金属网或镀有氧化铟锡 (ITO) 或超薄铂或金层的基底作为工作电极。在薄层条件下（电池厚度小于扩散层），可以快速实现电活性反应物的完全电解。干扰反应物的吸收减少到最小。这在连续电子转移反应的情况下更为重要。光程长度为 1.0、0.5 或≤0.2 mm 的电池是常见的商用电池，非常适合电化学技术和在有限和半无限扩散条件下对反应产物进行同步光谱表征。

紫外-可见-近红外光谱电化学测量的结果，可以根据施加的电位收集绝对或差值光谱。在后一种情况下，吸收带位置、形状和强度的变化会更加明显。

图4：记录的 UV-VIS-NIR 光谱的二维图

结合ESR光谱

电子自旋（顺磁）共振(ESR/EPR) 光谱是检测和表征含有未配对电子的结构（例如有机自由基、过渡金属离子）的方法。中性有机分子中电子转移的主要步骤导致自由基离子的形成，这可以通过 ESR 光谱明确证实。第二次电子转移通常导致抗磁结构。紫外-可见-近红外光谱提供有关顺磁性和反磁性物质的光学特性的信息。

图5.ESR 信号和NIR 波段强度以及颜色坐标的潜在轮廓