原位微分電化學質譜儀（Differential Electrochemical Mass Spectrometry，簡稱DEMS）是一種原位電化學方法，通過檢測揮發性產物，可以獲得界面的定性、定量信息，成為研究電化學反應機理不可或缺的重要工具之一。DEMS系統將電化學反應裝置與質譜儀連用，由電化學反應產生的揮發性產物從疏水透氣的膜接口進入質譜儀的真空系統管路中，通過質譜儀獲得不同質荷比離子的電流隨時間的變化。在電化學反應機理研究中，循環伏安法（CV）是一種較為常用的電化學手段，從獲得的CV圖形中可以獲得豐富的電化學信息，因此，CV被頻繁地用于DEMS研究中。利用DEMS進行電化學研究時，由質譜儀檢測 CV 掃面過程中所生成的揮發性產物的離子電流信號隨時間的變化，再通過時間軸向電勢軸的變換即獲得離子電流隨電勢變化的圖形 （MSCV），為電催化反應機理研究提供更全面更深入的信息。

圖1：探針式原位微分電化學質譜儀原理圖

結構組成：質譜采樣探針和玻璃電化學池組成。

工作原理：質譜采樣探針正對著玻璃電化學池中的工作電極，工作電極上產生的產物經由探針端部濾膜進入到質譜儀從而被檢測到。配置視頻顯微鏡精確調節采樣探針與工作電極之間的距離。

具體應用如：

1. CO₂電催化還原氣相產物(CO,CH₄,C₂H₄,CH₃OH等)瞬時檢測，相對法拉第效率測定

2. 硝酸根電催化還原中NO,N₂O,NH₂OH,NH₃,N₂等中間產物或最終產物原位檢測

3. 電解水OER同位素標記¹⁸O，LOM或AEM反應機理確認

4. 甲醇電氧化反應中間產物或最終產物（HCHO，HCOOH，CO等）瞬時檢測及各產物電流效率計算

5. 氫同位素標記，氫氣析出反應（HER）機理解析

6. 碳材料穩定性評估（高電位下CO，CO₂檢測）

7. 其他（光催化，光電催化，氧還原，氫氧化，氯氣析出，有機電合成等）

應用案例：

1. 硝酸根電還原中間體檢測

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

2. 電解水OER同位素標記¹⁸O，LOM或AEM反應機理確認

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

3. 甲醇電氧化反應

Journal of Power Sources 509 (2021) 230397

4. 氫同位素標記，氫氣析出反應（HER）機理解析

Nature catalysis, 2022,5,66-73

5. CO₂電還原

ACS catal. 2019,9,1383-1388

部分客戶論文清單：

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