电化学测试技术-讲稿

极化的种类及特点各类极化的动力学规律各类极化的动力学规律G H各类极化的动力学规律各类极化的动力学规律各类极化的动力学规律各类极化的动力学规律浓差极化电化学极化欧姆极化不可逆电极的阴极极化曲线稳态测试方法稳态测试方法实质：就是选择自变量，使得在每一个自变量下，只有一个函数值。

稳态测试的注意事项稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理23稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理-0.30.355稳态测量数据的处理Tafel直线外推法解析动力学参数腐蚀体系中极化曲线的Tafel拟合根据阳极、阴极Tafel直线的斜率可以得到表观传递系数α和β，将阴极、阳极极化曲线的直线部分外推得到交点，交点横坐标为lgi，可计算交换电流密度稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理强制对流技术旋转电极装置示意图旋转圆盘电极忽略，转速太快，会发生湍流。

要求转速在1~2×10旋转圆盘电极结构示意图旋转圆盘电极由于溶液具有黏性，圆盘电极的旋转带动附近的溶液发向外流动；向切向流动；电极附近溶液向外流动使得电极中心区溶液的压力下速度向中心流动。

旋转圆盘的柱坐标38旋转圆盘电极流速的矢量表示旋转圆盘电极旋转圆盘电极旋转圆盘电极使用的注意事项太近会引起湍流，太远会增大溶液的欧姆压降。

43旋转圆盘电极使用的注意事项辅助电极最好也做成圆盘，而且其表面应与旋转圆盘电极的表面平行，辅助电极放置的位置，在不干扰流体动力学性质的前提下，尽可能靠近旋转圆盘电极的表面。

检验旋转圆盘电极性能好坏可通过已成熟的体系检验，测得的i d ~ω1/2关系应该是一条通过原点的直线。

旋转圆盘电极旋转环盘电极旋转环盘电极结构示意图旋转环盘电极稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用实验得到的线性电流半对数极化曲线稳态极化曲线的应用50稳态极化曲线的应用不同温度下燃料电池的电压和功率密度对电流密度曲线图(a)和(b)比较直观地说明了该电池在不同操作温度下的放电性能。

线性电势扫描过程当电势从没有还原反应发生的较正电势开始向电势负方向线性扫描时，还原电连续三角波扫描8由于采用的是小幅度测量信号，C d 可以看成是常数，在单程扫描过程中，响应电流恒定不变，即dEi i C const==−=12电极处于理想极化状态，且溶液电阻可忽略所以在B 点电势换向瞬间，电流从C d v 突变为-C d v 。

''2A B d A B i i i i i C vΔ=−=−=由于()()A B B C dEdEvdt dt →→−==因此，电势换向前后电流的突跃值Δi 为变换上式可得2d iC v Δ=4d iT C E Δ=ΔT 为三角波电势信号的周期ΔE 为三角波电势信号的幅值上述方法是测定电化学超级电容器的电容值常用方法。

2Ev TΔ=由等效电路可知，总电流由双电层充电电流和法拉第电流两部分，即d fdEi C i dt =−+相应的三角波电势控制信号和相应的响应电流如下图。

的增大，体系的峰值电流i可以从可逆行为变化为准可逆行为，再变p化到完全不可逆行为。

3840对于一个电化学反应O ne R−+R O ne R−+→R O ne −→+正向扫描(即向电势负方向扫描)时发生阴极反应反向扫描时，则发生正向扫描过程中生成的反应产物R 的重新氧化的反应循环伏安法当从一个不发生电极反应的初始电势开始扫描时，暂态只有非法拉第电流流过。

随着电极电势逐渐负移到(还原电位)附近时，O 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。

由于电势越来越负，电极表面反应物O 因此向电极表面的流量和电流就增加。

当O 的表面浓度下降到近于零，电流也0平ϕ随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R 粒子的浓度较大，在电势接近时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成对于产物稳定的可逆体系，循环伏安曲线两组参数具有下述重要特征：且与扫速v 、换向电势E λ、扩散系数D 1pa pci i =2.35925o pc p pa pcRT E E E E mV nF n≈Δ=−≈或（C）准可逆体系循环伏安曲线两组参数的特征为：准可逆体系的|∆E p |比可逆体系的大，即且随着扫速v的增大而增大。

实验6 K 3Fe(CN)6溶液循环伏安曲线测定与分析一、 实验目的1． 仔细阅读理解本讲义和相关资料，掌握循环伏安法的基本原理和测量技术。

2． 通过对[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-体系的循环伏安测量，了解如何根据峰电流、峰电势及峰电势差和扫描速度之间的函数关系来判断电极反应可逆性，以及求算有关的热力学参数和动力学参数。

二、 实验原理1. 循环伏安法简介循环伏安法（Cyclic V oltammetry ，简称CV ）往往是首选的电化学分析测试技术，非常重要，已被广泛地应用于化学、生命科学、能源科学、材料科学和环境科学等领域中相关体系的测试表征。

CV 测试比较简便，所获信息量大。

通过电化学工作站（或恒电势仪），使电极电势(φ或E)在一定范围内以恒定的变化速率扫描。

电势扫描讯号如图1a 所示的对称三角波。

电极电势从起始电势i ϕ变化至某一电势r ϕ，再按相同速率从r ϕ变化至i ϕ，如此循环变化，同时记录相应的响应电流。

有时也采用单向一次扫描讯号（从i ϕ到r ϕ）而得到单程扫描曲线称为线性扫描伏安法（Linear Scan V oltammetry ，简称LSV ）。

图1循环伏安法输入信号(a)，所测定的循环伏安曲线(b)若电极反应为O + e - → R ，反应前溶液中只含有反应粒子O 、且O 和R 在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势0平ϕ正得多的起始电势i ϕ处开始作正向电势扫描，电流响应曲线则如图1b 所示。

开始时电极上只有不大的非法拉第电流（双电层充电电流）通过。

当电极电势逐渐负移到0平ϕ附近时，O 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。

由于电势越来越负，电极表面反应物O 的浓度必然逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。

当O 的表面浓度下降到近于零，其向表面的物质传递达到一个最大速度，电流也增加到最大值。

即在图中出现峰值电流I pc ，然后由于电极表面O 的扩散速度赶不上电荷转移速度使电流逐渐下降。

电化学测试原理
电化学测试原理是基于电化学原理的一种实验方法，用来研究电化学过程中的电流、电压、电荷等物理量的变化规律。

电化学测试原理包括电池测试原理、电解池测试原理等。

电池测试原理是通过将被测试物质置于电池中，利用电流和电压的测量来研究其电化学性质。

在电池中，纳入两个不同的电极（阳极和阴极），它们与电解液接触，形成两个半电池。

阴极半电池发生还原反应，接受电子；而阳极半电池发生氧化反应，释放电子。

这些电子通过外部电路流动，并在电池中产生电流。

电池测试中，通过测量电流和电压的变化，可以分析电池的性能和反应动力学。

电解池测试原理是通过电解池实验来研究物质的电化学性质。

电解池由两个电极（阳极和阴极）和电解液组成。

当外加电压施加到电解池中时，阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。

这些反应在电解液中引起电荷的转移，形成电流。

通过测量电流和电压的变化，可以分析电解物质的电导率、溶解度、电极反应速率等。

电化学测试原理的应用十分广泛。

它可以用来研究金属腐蚀、电解过程、电池性能等领域。

通过测试原理的分析，可以帮助我们深入了解电化学过程中的物理现象，并为相关领域的研究提供理论依据。

电极电位的测量
极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量
δ=
2d
极化条件下的电极电位测量极化条件下的电极电位测量
极化条件下的电极电位测量标准氢电极
饱和甘汞电极
甘汞电极的使用注意事项
Hg/HgO电极
几种常用的水溶液体系参比电极
Hg/Hg
2SO
4
电极
Ag/AgCl电极
几种常见的电解池
，反应物
(chemical reaction before
(electron transfer
(chemical
，
每个电极基本过程在整个电极过程中的地位随具体条件而变化，而整个电极过程总是表现出占据主导地位的电极基本过程的特征，在进行电化学测试时，往往要研究某一个电极基本过程，测量某一个基本过程中的参量，因此就必须控制实验条件，突出主要矛盾，使该过程在电极总过程中占据主导地位，降低或消除其它基本过程的影响，通过研究总的电极过程研究这一基本过程。

电化学测量的主要步骤
电化学测量的主要步骤
电化学测试仪器
常用电化学工作站信息。

电化学测试技巧
1. 仪器的校准和维护：确保仪器在使用前经过正确的校准，并按照制造商的建议进行定期维护。

这将确保测量的准确性和可重复性。

2. 控制实验条件：在进行电化学测试时，尽量控制实验条件的稳定性，如温度、溶液组成和搅拌速度等。

这些因素的变化可能会影响测试结果。

3. 选择合适的电极：根据具体的实验需求，选择合适的电极材料和形状。

例如，对于金属的腐蚀研究，通常使用铂或金电极。

4. 合理设计实验：在进行电化学测试前，仔细设计实验方案，包括控制变量、测量参数和数据分析方法等。

合理的实验设计可以提高结果的可信度。

5. 数据处理和分析：使用适当的数据处理和分析方法，对电化学测试结果进行解释和分析。

常见的分析方法包括极化曲线分析、循环伏安法等。

6. 安全操作：在进行电化学测试时，遵循安全操作规程，特别是涉及高电压或有毒有害物质的实验。

确保个人防护设备的正确使用。

7. 文献调研和经验分享：在进行电化学测试之前，充分了解相关领域的文献和研究成果。

与其他研究者进行交流和分享经验，可以帮助你更好地理解和应用电化学测试技术。

总之，电化学测试需要仔细的实验设计、准确的操作和合理的数据分析。

通过遵循以上技巧，你可以提高电化学测试的质量和可靠性。