电化学测试技术-讲稿
电化学测量技术-_讲稿_
DDS-11A 型电导率仪使用 调整仪器表头的机械零点，选好量 程和电极。一般来说，测量电导率 低于 300 μS·cm-1 时，将测量频率 开关置于“低周”，否则置于“高 周”。 将电极常数调节旋钮 K7 调到与配 套电极的常数相对应的位置上。注 意读数倍率。 将校正测量开关 K3 置于“校正”，接通电源，预热 10 分钟后， 调整校正调节器 K4，使表针在满刻度。
② DDS-11A型电导率仪法
指针式
数显式
指针式 DDS-11A 型电导率仪
K7 电极常 数调节 C2 10 mV 输出插口 C1 电极插口
K6 电容补偿
K4 校正调节 K3 校正测量开关
K5 量 程 选择开关
表头
K2 高低周开关 XE 指示灯泡 K1 电源开关
振荡器
电导池
放大器
指示器
电源插口
量程与电极选择
+
-
① 溶液电导率测量的原理---惠斯顿交流电桥法 电桥平衡时，有：
R1
R3 R4
Gx=1/Rx
R3 1 AC 1 R4 R1 CB R1
而电导率为：
交流电源
l 1 l 1 Gx K cell A Rx A Rx
Kcell= l /A，称为电导池系数。对于一固定的电解池，Kcell 有定值， 单位 m-1。
第二部分
电化学测量技术
一、概述
在物理化学实验的过程中，通常会用到电学仪器测定一些相应 的物理量。主要有 电导、电动势 等物理量的测定。现就其测定原理 和仪器使用等方面作些介绍。
电化学测试技术-Part3-2011
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。
电化学测试技术..
两个典型的交流阻抗谱图，根据曹楚南的阻抗解析理论，左 图表现为典型的Warburg阻抗，表明该电沉积过程受扩散步 骤控制；右图有第一象限的两个半圆和第四象限的两个半圆 构成，该电沉积过程受电化学步骤控制。
六.金属腐蚀速度的电化学测试
• 金属在电解液中或者潮湿大气中的腐蚀属于电化 学腐蚀，服从电化学动力学的一般规律，因此可 用电化学技术进行研究。
• • • •
电化学参数，Cd、Rt、Rr、ia、n、D等； 电位阶跃法测定电极真实表面积； 方波电位法研究特性吸附现象； 三角波电位扫描法研究电极反应。
五.交流阻抗法
• 电化学阻抗谱是指通过控制工作电极在小振幅正 弦波电位扰动的条件下，同时测量系统的交流阻 抗，通过对电化学阻抗谱的研究可以分析电极过 程的反应机理 ，判断电极过程是否存在电活性的 吸附态中间产物； • 交流阻抗研究还可以分析电沉积过程离子的分步 放电过程及电沉积过程的控制步骤。
利用控制电流法暂态实验测定电化学参数时，首先对研究对 象进行分析和估算设法把所研究的基本过程或参数突出出来 ，画出电极体系的等效电路，估算被测参数的数量级等，然 后选择合适的测试方法和实验条件： • 浓差极化下的电流阶跃实验； • 恒电流充电法研究点极表面覆盖层。
控制电流暂态法在研究氢在铂电极上析出的步骤所得到的恒 电流暂态图形：
四.控制电位暂态法
• 控制电位暂态法是控制电极电位φ按指定的规律变 化，同时测量电极电流i随时间变化，或者测量电 量Q随时间t的变化，继而计算电极的有关参数或 者电极等效电路中各元件的数值。 • 常见的电位控制法：电位阶跃、方波电位和线性 扫描电位（单程线性电位扫描和循环伏安法）。
控制电位暂态法的运用：
二.稳态极化曲线的测定
• 极化曲线常以h与电流密度的对数lgi来表示，如图
《电化学原理及测试技术》课程教学大纲
液接界电势，盐桥的设计。
3.6电解池
材料，设计要求，几种常用的电解池。
3.7研究电极
M1
4
讲授
4
作业
4
第四章
稳态测量方法
本章重点和难点：塔菲尔直线外推法测定交换电流，线性极化测定极化电阻及交换电流密度，利用弱极化区测定动力学参数。
4.1稳态过程
稳态概念，稳态系统特点。
4.2各种类型的极化及其影响因素
D-精神状态较差，回答问题有误
10
M2
考勤
5%
A-全勤
B-缺勤1次
C-缺勤2次
D-缺勤2次以上
评分等级说明：
[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]
六、教材与参考资料
序号
教学参考资料明细
1
图书|《电化学测量方法》,贾铮、戴长松、陈玲,化工工业出版社, 1996, ISBN:7502591303.（*主教材）
8
M2
大作业
20%
A-利用电化学测试技术对实际应用问题分析透彻
B-利用电化学测试技术对实际应用问题分析合理
C-利用电化学测试技术对实际应用问题分析基本合理
D-利用电化学测试技术对实际应用问题分析不合理
9
M2
课堂表现
10%
A-精神状态饱满，回答问题准确
B-精神状态良好，问题回答较好
C-精神状态一般，问题回答一般
传荷过程控制下的界面等效电路，浓差极化不可忽略时的界面等效电路，溶液电阻不可忽略时的等效电路。
5.3等效电路的简化
5.4电荷传递电阻
5.5暂态测量方法
暂态法分类，暂态法特点。
M2
《电化学测试方法》课件
05
电化学测试技术发展前景
新型电极材料的研发
总结词
随着科技的发展，新型电极材料在电化学测试领域的应用越 来越广泛，它们具有更高的电化学活性和稳定性，能够提高 电化学测试的精度和可靠性。
详细描述
新型电极材料如纳米材料、碳基材料、金属氧化物等，具有 优异的电化学性能和独特的物理化学性质，能够适应各种不 同的电化学测试需求。它们的研发和应用，将为电化学测试 技术的发展开辟新的道路。
03
恒电位法可以用于研究腐蚀电化学、电化学合成和 电镀等领域。
循环伏安法
循环伏安法是一种常用的电化 学测试方法，通过控制电极电 位在一定范围内循环变化来研 究电极反应。
该方法可以用于研究电极反应 的可逆性和不可逆性，以及电 化学反应的动力学参数和机理 。
循环伏安法在电化学分析、腐 蚀电化学和电化学合成等领域 有广泛应用。
电极反应与电池反应
总结词
电极反应是电化学中的基本单元，电池反应则是多个电极反应的组合。
详细描述
电极反应是指在电极上发生的化学反应，是电化学中的基本单元。电池反应则 是由一个或多个电极反应组合而成，是实现电能与化学能相互转化的整体反应 。
电极电位与电池电位
总结词
电极电位是电极与溶液之间的电势差，电池电位则是电池中正负极电位的代数和。
分类
根据电极反应类型，可分为阳极和阴极。
电解池的工作原理
电解过程
在电解池中，电流通过电极和电解质溶液，使电解质溶液中的离子 在电极上发生氧化还原反应，从而实现电能向化学能的转化。
电子转移
在电极上，电子通过外电路从阳极流向阴极，而电解质溶液中的离 子则通过扩散作用或对流作用迁移到电极表面。
电流分布
电化学测试技术——交流阻抗法
一般两极板之间距离相比较大，视CAB是开路。
Cd Rl Rr
Z
Z
4）控制Z不发生电化学反应（选择适当 ），使 Z ，即
Rr 为理想极化电极，再加入大量持电解质，Rl忽略
最后等效电路为：
Cd
Rl
5）若测溶液电导，使研、辅面积很大，则可测Rl。
1．等效的含义 将正弦波交流信号同时输入等效电路或电解池产 生响应完全相同的信号，则C-R电子线路与电解 池完全等效。 交流信号相同需振幅、位相完全相同，才可与电 解池等效。 2．电解池等效电路 浓差极化仍用等效电路解决问题，而前面只有电 化学极化才用等效电路。
A
CAB RA Cd Rl
Z
/ d
B
s s 只与极化状态有关，改变 Co C R 对比值无影响，提高C* 并不改变Rw，只有改变极化状态才会改变比值。
当
0
Rw.o Rw.R
0
Rw.o 可略
3．Zf~ 关系
(1 j ) 关系作 根据 Z f R r
Zf 1
图，由斜率，截距求Rr、 等。
RT 1 nF i i
二、极限简化法求Rr与Cd
1．理论依据
Z Rl 1 1 jCd Rr Rr
2 Cd Rr Rl j 2 2 2 2 2 1 Cd Rr 1 2Cd Rr
串联等效电路
Z Rs j 1 C s
根据
Z Z
令
RT n F
2 2
( 2
1
s CR
DR
1
s Co
) Do
（小幅度，平稳态）
电化学测试技术电化学噪声
在电化学反应过程控制中的应用
总结词
电化学噪声在电化学反应过程控制中具有重要应用，可以用于实时监测和控制 电化学反应过程。
详细描述
通过实时监测电化学噪声信号，可以及时发现和解决电化学反应过程中的问题， 如电极腐蚀、溶液污染和电极堵塞等。此外，电化学噪声还可以用于优化电化 学反应过程，提高产物的质量和产量。
05
电化学噪声的未来研究 方向
新型电化学噪声测量技术的发展
总结词
随着科技的发展，新型电化学噪声测量技术将不断涌现，为电化学噪声研究提供更精确、 更便捷的测量手段。
详细描述
随着材料科学、纳米技术、生物技术等领域的交叉融合，新型电化学噪声测量技术将不 断涌现，如高灵敏度、高分辨率的电化学噪声测量技术，以及基于新型传感器的电化学 噪声测量技术等。这些新型测量技术将为电化学噪声研究提供更精确、更便捷的测量手
20世纪以来，随着电子技术和计算机 技术的飞速发展，电化学测试技术逐 渐成熟，并广泛应用于各个领域。
02
电化学噪声的基本概念
定义与特性
定义
电化学噪声是指在电化学系统中，由 于电极表面的不稳定性或随机变化引 起的电流或电压波动。
特性
电化学噪声通常表现为随机的、非线 性的波动，具有宽频带、低强度和无 规律的特点。
测量仪器
电化学工作站
用于提供和控制系统电解液的电位和电流，同时采集 和记录电化学噪声数据。
示波器
用于实时监测电极电位和电流的变化，以便观察和分 析电化学噪声。
数据采集卡
用于采集和记录电化学噪声数据，以便后续处理和分 析。
测量过程与注意事项
准备电极和电解液
选择适当的电极材料和制备方法，确保电极表面 的质量和活性。同时，选择合适的电解液，以满 足实验需求。
电化学测试技术
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。
电化学工作站实验讲义
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
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。
电化学测试技术PPT课件
控制电位暂态法技术测定的参数： • 电化学参数，Cd、Rt、Rr、ia、n、D等； • 电位阶跃法测定电极真实表面积； • 方波电位法研究特性吸附现象； • 三角波电位扫描法研究电极反应。
20
五.交流阻抗法
• 电化学阻抗谱是指通过控制工作电极在小振幅正 弦波电位扰动的条件下，同时测量系统的交流阻 抗，通过对电化学阻抗谱的研究可以分析电极过 程的反应机理 ，判断电极过程是否存在电活性的 吸附态中间产物；
II. 暂态系统常把电极体系用等效电路来表示。 III. 暂态法极化时间短，可减小或消除浓差极化的影响，有
利于快速电极过程的研究；测量时间短，液相中粒子或 杂质来不及扩散到电极表面，有利于研究界面结构和吸 附现象；有利于研究电极表面状态变化较大的体系，如 金属电沉积和腐蚀等。
13
利用控制电流法暂态实验测定电化学参数时，首先对研究对 象进行分析和估算设法把所研究的基本过程或参数突出出来 ，画出电极体系的等效电路，估算被测参数的数量级等，然 后选择合适的测试方法和实验条件： • 浓差极化下的电流阶跃实验； • 恒电流充电法研究点极表面覆盖层。
17
18
控制电位暂态法的运用：
a. 电化学极化下控制电位暂态法测定溶液电阻双电层电容 和反应电阻；
b. 浓茶极化及吸附情况下的电位阶跃实验； c. 小幅度（扫描电位幅度）运用线性电位扫描法测定双电
层电容和反应电阻，大幅度运用时来测定电极参数，判 断电极过程的可逆性控制步骤和反应机理； d. 电极表面覆盖层的研究。
9
稳态极化曲线的应用： a) 电化学基础研究方面； b) 金属腐蚀方面； c) 电镀、电冶金和电解方面； d) 化学电源方面，化学电源负荷下的电压是直接由
总极化决定的，极化较大的电池的负荷特性很差 ，即电压效率低，因此负荷特性可直接用整个电 池的极化曲线定量描述。
电化学测试技术PPT课件
M
O Ox / Re d
RT nF
ln M n M
25C
=
O Ox
/
Re
d
+
0.0591 n
lg
M
n
12
例如：Ag-AgNO3电极(银电极)，Zn-ZnSO4电极(锌电极) ，电极电位为(25°C) ：
Ag / Ag
O Ag / Ag
0.0591lg Ag
| 2
O
| 2
RT a
F
ln
P
金属及其难溶盐（或络离子）所组成的电极体系，间接反映与 该金属生成难溶盐（或络离子）的阴离子的活度。该类电极有 两个相界面，常用作参比电极。 例如：饱和甘汞电极， Ag/AgCl电极
16
甘汞电极
电极反应：Hg2Cl2 + 2e- = 2Hg + 2 Cl半电池符号：Hg，Hg2Cl2（固）|KCl
E
E
RT nF
ln i
21
pH玻璃电极 参比电极 pH复合电极 离子电极
离子选择性电极在电位分析中应用最广，比如pH计
5.电极电势的应用
(1). 电极电势
原电池中有电流，表明原电池有电位差(即电池电动势)—构 成两电极的电位不等(电极电势之差)：
电流方向
锌
铜
电
电
极
极
电
电
极
极
电
电
势
势
较
ห้องสมุดไป่ตู้
E K+ 0.0591 lg Ox
n
Re d
3、电极电势的测量
电化学测试技术
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。
北航电化学测试技术课件第一章
药物传输与释放
通过电化学测试技术，研究药物 在电场作用下的传输和释放行为， 为药物控制释放和靶向治疗提供
技术支持。
生物电化学研究
电化学测试技术可以用于研究生 物体内的电化学行为，如神经传 导、肌肉收缩等生理过程，有助 于深入了解生物系统的功能和机
制。
05
结论
本章总结
介绍了电化学测试技术的基本概念、 原理和应用领域。
通过实际案例说明了电化学测试技术 在能源、环境、生物医学等领域的应 用。
重点讲述了电化学阻抗谱（EIS）和循 环伏安法（CV）两种测试方法的基本 原理、实验操作和数据分析方法。
下一步工作展望
深入研究其他电化学测试方法，如恒电位阶跃法、计时电流法等，并探讨其在不同 领域的应用。
结合实际应用需求，开发新型电化学传感器和测试系统，提高测试精度和稳定性。
循环伏安法广泛应用于电池、 燃料电池、电镀和电合成等 领域的研究，可以提供关于 电极反应过程的重要信息。
线性扫描伏安法
总结词
详细描述
总结词
详细描述
线性扫描伏安法是一种常用的 电化学测试方法，用于研究电 极反应的动力学过程和机理。
线性扫描伏安法通过在电极上 施加一个线性变化的电压，并 测量电流随电压变化的关系， 可以获得电极反应的电流-电压 曲线。
电极过程动力学
电极反应速率控制步骤
电极反应速率受制于最慢的反应步骤， 找出控制步骤是提高反应速率的关键。
电极过程动力学方程
扩散控制与反应控制
根据电极反应受扩散步骤还是反应步 骤控制的差异，可将电极过程分为扩 散控制和反应控制两类。
描述电极反应速率与反应物浓度、电 极电位等参数关系的动力学方程。
电池基本原理
电化学测试技巧
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。
电化学测试技术电化学噪声
孔蚀指标PI 被定义为电流噪声的标准偏差SI 与电流的均 方根( Root Mean Square)IRMS的比值
一般认为, PI 取值接近1. 0 时, 表明孔蚀的产生; 当PI 值处于0. 1~ 1. 0 之间时, 预示着局部腐蚀 的发生; PI 值接近于零则意味着电极表面出现 均匀腐蚀或保持钝化状态.
( )
2
1 d
(()
指(t )的傅里叶变换)
由此, 小波母函数通过平移和伸缩而得到的连 续小波函数族Ψa,b(t)为
于是, 对于某一信号f(t) , 以小波Ψ( t) 作为窗函 数的小波变换定义为:
上式 称为f(t)的连续小波变换，a 和b 分别称为 伸缩平移因子
三电极电势电流噪声独立测量
三电极两回路电化学测量体系， 采用参比电极测量工作电极 WE1的电势噪声，工作电极 WE2为对电极测量电流噪声
灵敏度高，自动抑制信号偏离， 只记录变化部分
丢失噪声信号直流部分，电流 电势信号独立，无法关联研究
电势电流噪声同时相关测量
目前电化学噪声最常 用测量方法
不同噪声指数α的1/ f α噪声。
最大熵值法( MEM)
MEM 频谱分析法相对于其它频谱分析法( 如 FFT) 具有很多优点: ( a) 对于某一特定的时间 序列而言, MEM 在时间( 空间) 域上具有较高 的分辨率; ( b)MEM 特别适用于分析有限时间 序列的特征, 无须假定该时间序列是周期性的 或假定有限时间序列之外的所有数据均为零。
电化学测试技术——电化学噪声
主讲：黎学明 教授 Email：xuemingli@
什么是电化学噪声？
电化学噪声(Electrochemical noise,简称EN)是指电化 学动力系统演化过程中,其电学状态参量(如：电极 电位、外测电流密度等)的随机非平衡波动现象。
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密度为零时的电极电位，称为开路电位。 对于可逆电极（如锌在锌盐溶液中），开路电位就 是其平衡电位。 对于不可逆电极（如锌在海水中），开路电位就是 其稳定电位（或自腐蚀电位）。 外电流通过电极时，电极电位与平衡电位之差为电 极在该电流密度下的过电位，通常以h表示。
（1-5）
式中i0为交换电流密度，简称交换电流； a和b称为传递系数，是表示过电位对电极反应活化能 影响程度的参数， a+b=1；
1.3 电极反应与交换电流
hk和hA分别表示该电极的阴极和阳极过电位； n为电极反应中的电子数，F为法拉第常数；R为气
体常数，T为绝对温度。 代入式(1-4 )和(1-5)就可算出各过电位下的反应速度。
1.2 电极过程与控制步骤
对于反应物和反应产物的传质过程，其主要矛盾是浓
差对扩散阻力这对矛盾，主要影响因素为电流密度及
对于双电层充放电过程，其主要矛盾是电流对双电层电
其持续时间、反应物（或产物）的浓度和搅拌速度等。
容这对矛盾，主要影响因素为电流密度及其持续时间、 表面活性物质的吸附等。
1.2 电极过程与控制步骤
应速度等于外电流密度。
1.4 电化学极化方程式
所以，活化过电位是由于外电流密度i（外因)与电极反
应本身的速度i0（内因）这一对矛盾引起的，i相对于i0 越大，活化过电位越大。
根据稳态下，外电流密度等于电极上净的反应速度这一
原理，可以导出电化学极化基本方程式。
因电极上同时存在着氧化反应和还原反应，在平衡电位
1.4 电化学极化方程式
但事实上，反应需要一定的活化能，电极反应不那么容
易进行，于是电极上就积累过量的电子，即电子对双层 充电，使电极电位向负方向移动，产生阴极极化。
阴极极化的结果，反过来降低了还原反应的活化能，提
高了还原反应的速度；同时增加了氧化反应的活化能， 降低了氧化反应的速度。
最终，电极极化达到某一稳定值，使电极上净的还原反
1.4 电化学极化方程式
一、电化学极化基本方程式
当电极过程为电化学步骤控制时，在外电流作用下，由
于电极反应本身的“迟缓性”而引起的电极极化，称为 电化学极化或活化过电位。
电流通过阴极时，单位时间内以一定数量的电子供应给
电极，如果反应足够快，可以立即把这些电子“吸收”， 则平衡电位可维持不变。
1.4 电化学极化方程式
同理，对阳极极化可得
1.4 电化学极化方程式
与经验塔费尔公式h = a + blgi相比，可得
（1-14）
1.4 电化学极化方程式
若将h对lgi作图可得直线，即图1-2中的BC或mn段。 这段极化曲线称为塔费尔区（也叫强极化区）。 此直线称为塔费尔直线。
1.1 稳态极化曲线
习惯上常取h为正值，所以阴极过电位为
阳极过电位为
通过电极的电流密度不同，电极的过电位也不同。电极电
位（或过电位）与电流密度的关系曲线叫做极化曲线，如 图1-1、1-2所示。
1.1 稳态极化曲线
图1-1 极化曲线示意图
图1-2 极化曲线示意图
1.1 稳态极化曲线
极化曲线坐标的取法很不统一。 有的根据电极反应与电位的因果关系来取，因为稳态下
1.2 电极过程与控制步骤
反之，如果测定电化学反应速度，则必须创造条件使电
化学反应以外的其他过程退居次要地位。
例如，使用鲁金毛细管，加入支持电解质等方法来降低
溶液的电压降对测量的影响。
如果电化学反应是整个电极过程的决定性步骤，则反应 反之，如果电极反应足够快，以致于传质过程成为控制
个反应速度相等而已。所以在平衡电位下，
1.3 电极反应与交换电流
交换电流可定量地描述电极反应的“可逆程度”。
由式(1-4 )和式（1-5)知，若达到同样的反应速度，i0愈大，
则所需过电位h愈小，说明电极反应的可逆性大。反之， i0愈小，则达到同样反应速度所需过电位愈大，说明电极 不可逆性愈大。 须知，这里的“可逆”一词不是指热力学上的可逆，而是 指电极反应的难易。 交换电流大，表示电极平衡不易遭到破坏，即电极反应的 可逆性大。
1.3 电极反应与交换电流
电极上总是同时存在着两个反应（也可存在两对或两对
以上的反应），一个是还原反应O+ne→R；一个是氧化 反应R→O+ne，即
式中O表示氧化态粒子，R表示还原态粒子。若以 表示 还原反应篷度，以 表示氧化反应速度，根据电极反应 速度方程式可得
1.3 电极反应与交换电流
（1-4）
i0、a（或b）也称为电极反应的基本动力学参数。
因n、F、R、T各常数已知，只要测得i0、a（或b），
1.3 电极反应与交换电流
交换电流i0表示平衡电位下电极上的氧化或还原反应速
度。
在平衡电位下，电极处于可逆状态。宏观上看，电极体
系并未发生任何变化，即净的反应速度为零。
但从微观上看，物质的交换始终没有停止，只是正反两
在这种情况下，要研究电化学反应则必须设法加强搅拌，
总之，在电化学研究中必须把所要研究的过程突出出来，
1.2 电极过程与控制步骤
在稳态下，整个电板过程中相串联的各步骤速度是
相同的。
整个电极过程的速度是由“最慢”的（即进行最困
难的）那个步骤的速度决定的。
这个“最慢”的步骤称为控制步骤，整个电极过程
要取决于i与i0的相对大小。根据极化曲线不同区域的实验 数据，用不同方法可测得i0、bK、bA等动力学参数。
在科研和生产实践中 ，极化电流的大小一般在 10-6-1
1.4 电化学极化方程式
二、线性极化方程式 当外电流密度足够小，即i<<i0时，电极反应仍接近平衡 状态，电极过电位h很小。当h<<RT/anF或RT/bnF时 （大约相当于h << 50/n mV），可将式（1-7）中的指 数项以级数展开，并略去高次项可得
1.4 电化学极化方程式
同理．对于阳极极化可得
下二反应速度相等，称为交换电流，即
1.4 电化学极化方程式
在电流通过电极时，电极平衡被打破。在阴极极化时，
。在稳态下，外电流密度等于电极上净的反应 速度，即 。由式(1-4)、(1-5）及hK=-hA 可得
（1-7）
1.4 电化学极化方程式
同理，对于阳极极化可得
（1-8）
式(1-7)就是电化学极化基本方程式。
可见，在i＜＜i0时，即h＜＜50/n (mV)时，过电位与极
化电流密度成正比，即h-i成直线关系。这相当于图1-1 极化曲线中的OA和Om段，称为线性极化区。
1.4 电化学极化方程式
为了模拟欧姆定律 ，通常将此直线的斜率称为极化电阻或
反应电阻Rr。其式为
应指出，反应电阻Rr只是形式上的模拟，或者说等效，并
非在电极界面上真有这么大的电阻存在。 由式(1-9)和(1-10)可知，利用极化曲线线性段的斜率可求交 换电流。
1.4 电化学极化方程式
三、塔费尔(Tafel）方程式 当i>>i0时，即极化电流足够大而又不引起严重的浓差极 化时，电极上的电化学平衡受到很大破坏，也就是说电 极电位偏离平衡电位较远，大约相当于h>100/n (mV)。 这时i→与i←相差很大，以致可达到忽略其中之一的地步。 譬如，在阴极极化下， i→与i←，与i→相比i←可忽略。于 是由式(1-7)可得
区。过电位h大约在20-70 mV范围内。
在此区域内，电极上的氧化反应速度与还原反应速度既
不接近相等，也不相差十分悬殊，因此不能用上述两种 近似方法处理。由式(1-7)和(1-14)可得
1.4 电化学极化方程式
1.4 电化学极化方程式
由实验可测得不同h下的iA和iK，求出相应的g0将lgg 对h
取坐标。因此文献上极化曲线坐标的取法各式各样。
为什么在不同条件下测得的极化曲线具有不同的形状？
测得的极化曲线能说明什么问题？要弄清这些问题必须 了解电极过程动力学的规律。
1.2 电极过程与控制步骤
电极过程是包括多个步骤的复杂过程。一般情况下包括
下列基本过程或步骤：
(1)电化学反应过程－在电极／溶液界面上得到或失去
动力学待征就和这个控制步骤的动力学特征相同。
1.2 电极过程与控制步骤
当电化学反应为控制步骤时，则测得的整个电极过
程的动力学参数，就是该电化学步骤的动力学参数。
反之，当扩散过程为控制步骤时，则整个电极过程
的速度服从扩散动力学的基本规律。
当控制步骤发生转化时，往往同时存在着两个控制
步骤，这时电极反应处于混合控制区，简称混合区。
根据此直线的斜率由式(1-14)可求传递系数a或b。将此
直线外推到与h=0的直线相交，可得交换电流i0也可利 用阴、阳极极化曲线的塔费尔直线的交点得到i0 （图12）。
1.4 电化学极化方程式
图1-2 极化曲线示意图
1.4 电化学极化方程式
四、利用弱极化区测定动力学参数
极化曲线的线性极化区与塔费尔极化区之间称为弱极化
电子生成反应产物的过程，即电荷传递过程。
(2)反应物和反应产物的传质过程—反应物向电极表面
传递或反应产物自电极表面向溶液中或向电极内部的传 递过程。
1.2 电极过程与控制步骤
(3)电极界面双电层的充放电过程。 (4)溶液中离子的电迁移或电子导体中电子的导
电过程。
此外，还可能有吸（脱）附过程，新相生长过程，
以及伴随电化学反应而发生的一般化学反应等等。
1.2 电极过程与控制步骤
上述这些基本过程各有自己的特点及影响因素。在研