电化学的概念： 研究有电子转移反应参与的化学行为 保证电中性，两个（或更多）半反应向相反的方向进行 (氧化/还原) 化学能转化为电能 ? 电池 电能转化为化学能 ? 电解 电极反应的本质 电极反应是各种各样的，发生在电极和溶液的界面区域 ? 扩散层 每个电极的电量由容量代表 电量转移的困难是由电阻造成的 电极可以作为  电子的来源(阴极) ? 还原， 或者，转移到/来自于溶液中样品的一组电子    (阳极) ? 氧化  电子转移的量与流过两个电极的电流有关 热力学和动力学 发生还原或氧化反应的电位（相对于常规氢电极） Nernst方程给出：   ?i : 化学计量值 – 样品还原为正，氧化为负	 	 E0 : 标准电极电位 	 ci : 浓度(如果活度系数不是1，必须用ai ！) 热力学和动力学 电极界面附近的样品浓度取决于物质传递系数kd  电极反应速率表示为“标准速率常数”k0 ，即E = E0时的速度 可逆反应 ? k0    kd  不可逆反应 ? k0    kd,     为了克服这个动力学障碍，必须附加一个过电位? 介于以上二者之间的行为称为准可逆反应  电化学试验的条件： 必须给出重现性试验条件 必须消除妨碍性副作用 迁移效应 不明确或大的扩散层 高溶液电阻     所有三种作用都可以通过添加惰性支持电解液来消除加入的非活性电解质称为支持电解质。作为支持电解质的物质常有碱金属、碱土金属的无机盐、四甲基铵盐及强络合性的有机盐类 完全研究电极过程需要测量动力学和热力学参数 由于k0 是常数，不能改变，因此至少在反应变成准可逆（不同参数可以计算）之前尽可能降低kd    研究电极反应的方法： 稳态方法: 流体动力学电极 ? 增加对流; 微电极 ?                           减小尺寸 线性扫描方法 : 增加扫描速度 阶跃和脉冲方法: 增加幅值和/或频率 阻抗方法: 增加扰动频率，记录更高谐波，等等     选择技术的类型取决于反应的时间等级，测量不变参数和变化参数    记时方法(只用一个阶跃) 电流 		设置E ? 测量I 库仑 		设置E ? 测量Q 电位(无电流和恒电流) 			设置I ? 测量E 直流电化学检测	设置E ? 测量I  电化学噪声测量 				在两个工作电极之间测量E和I 电化学交流阻抗技术（AC Impedance/EIS）是最基本的电化学研究方法之一，在涉及电极表面反应行为的研究中具有重要作用。交流阻抗谱的激励信号为小幅度正弦波交流信号，可以叠加在给定的电极电位或极化电流的直流分量上，当电化学体系达到交流稳定状态后，测量交流响应信号，通过分析测量体系中输出的阻抗、相位、时间的变化关系，从而获得有关欧姆电阻、吸脱附、电化学反应、表面膜以及电极过程的动力学参数等信息。 测试原理：对电化学体系施以小振幅的对称的正弦波电信号扰动并同时测量其响应，响应信号与扰动信号的比值称阻抗或导纳。测出不同频率ω的阻抗实部和虚部,得到一系列数据点，构成阻抗谱图。  特点： 两步骤测量 电化学沉积(浓缩) 测量(溶出步骤) 增加灵敏度，因为   ASV: 阳极溶出伏安  CSV: 阴极溶出伏安 AdSV: 吸附溶出伏安 			 被分析物的恒电位聚积 被分析物与氧化剂或还原剂发生反应，或施加一个恒电流  记录电位变化与时间的关系，作为记时电位               E = f(t)    记时方法包括以下几种： 电流 库仑 电位(恒电流或零电流)   总结 Electrochemical Noise characterization of localized corrosion phenomena (pitting) APPLICATIONS Can characterize stochastic(随机) phenomenon In situ Non destructive Red connector WE  Black connector  green  instrumentground RE  WE  CE  (not connected)  Noise Cable ECN Module Reference Electrode Two identical working Electrodes                             必须牢记！ 施加 E I 测量 ? 		I 或 Q ? 		E Nernst方程:    E = E0 – RT/nF ??i ln ai      欧姆定律:  E = R I Data Analysis Many options depending on the technique used Data Analysis More options in the edit data menu   电化学测量技术 电化学工作站 电化学测量方法 及应用 2006-02-28 E = E0 – RT/nF ??i ln ci 伏安分析法Voltammetric Analysis  循环伏安及线性扫描Cyclic Voltammetry  计时方法Chrono-Methods  阶跃与扫描Steps and Sweeps  电化学噪声Electrochemical Noise AUTOLAB电化学方法 通用电化学方法GPES 电化学交流阻抗FRA General Purpose Electrochemistry Software (GPES) 通用电化学方法 Voltammetric Analysis 伏安分析 Cyclic Voltammetry  & Linear Sweep    循环伏安与线性扫描 Chrono-Methods 计时方法 Steps and Sweeps 阶跃与扫描 Electrochemical Noise电化学噪声 —Multi Mode Electrochemical Detection多模式电化学测量 —Potentiometric Stripping Analysis电位溶出分析(PSA) Voltammetric Analysis 伏安分析 伏安分析Voltammetric Analysis 包括： 差分脉冲Differential Pulse  方波法Square wave  取样直流Sampled DC  常规脉冲Normal Pulse  交流伏安AC Voltammetry  二次谐波AC 2nd Harmonic  常规差分脉冲Differential          Normal Pulse  I ? celectrode —Potentiometric Stripping Analysis电位溶出分析(PSA) 电位溶出分析(PSA) Potentiometric Stripping Analysis电位溶出分析 Chemical stripping化学溶出 先在一个固定的电位下富集在电极表面,  然后利用溶液中所含有的氧化还原剂进行溶出。 测量： E ~ t 曲线 或 dt/dE ~ E曲线 Constant current stripping恒流溶出 先在一个固定的电位下富集在电极表面， 然后利用一个恒定的电流进行溶出。 测量：E ~ t曲线 或 dt/dE ~ E曲线 Potentiometri
电化学测量方法及其应用.ppt