第3章电化学测试技术
《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
第三章_电位分析法_(三)
五．影响测定准确度的因素 1. 温度 2. 电动势测量 ——直接电位法的固有误差 直接电位法的固有误差 由于K”受多因素影响 受多因素影响， 由于 受多因素影响，产生电位值波动 通常在1mv数量级 通常在 数量级 产生： 价离子测定 产生相对误差4% 价离子测定。 产生：1价离子测定。 产生相对误差 2价离子测定。 产生相对误差 价离子测定。 价离子测定 产生相对误差8% 3. 干扰离子 4. 溶液 溶液pH 适当的 工作范围 适当的pH工作范围 5. 待测离子线性范围 10-1——10-6 M 6. 响应时间 一般〈10 s 一般〈
辐射波长——————————————光谱法 光谱法 辐射波长 辐射强度 （Байду номын сангаас生能级迁移） 发生能级迁移）
辐射方向——————————————非光谱法 非光谱法 辐射方向 辐射速度 （不发生能级迁移） 不发生能级迁移） （折射，散射干涉，衍射，偏振）
二. 电磁辐射基础
1. 光 < 电磁波 = 电磁辐射 =光子流：高速传播，无需媒介 光子流： 光子流 高速传播， 2. 电磁辐射 波粒二象性：波动性 波参数： 波粒二象性：波动性——波参数：波长λ，频率ν，波数γ 波参数 波长λ 频率ν 波数γ 粒子性——量子化 粒子性 量子化 以光子为最小单位 一粒一粒的不连续传输 3. 波长λ：——（一个）波动长（度） 波长λ （一个）波动长（ lamda） ---- λ （lamda） 单位： ---- 单位：长度单位 m=103mm=106μm=109nm 10 A=1nm
C x = ∆ C (10
∆E / S
− 1)
−1
单标准加入法
2 . 303 RT S = nF ∆E = Ex − Es V sC ∆C = Vx
电化学测试技术实验精简版
1、了解电化学交流阻抗的原理 2、学会用阻抗技术检测电化学工作站仪器
(二) 实验原理
电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化学测量 方法。由于以小振幅的电信号对体系扰动，一方面对体系产生大的影响，另一方面也使得扰 动于体系的响应之间近似呈线性关系，这就似测量结果的数学处理变得简单。同时，电化学 阻抗谱方法又是一种频率域的测量方法， 它以测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极 系统，因而能比其他常规的电化学方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。如： 可以从阻抗谱中含有的时间常数个数及其数值大小推算影响电极过程的状态变量的情况； 可 以从阻抗谱观察电极过程中有无传质过程的影响等等。 即使对于简单的电极系统， 也可以从 测得的一个时间常数的阻抗谱中， 在不同的频率范围得到有关从参比电极到工作电极之间的 溶液电阻、电双层电容以及电极反应电阻的信息。 电化学阻抗谱是研究电极过程动力学、电极表面现象和测定固体电解质电导率的重 要手段。阻抗谱图有Nyquist图、导纳图、复数电容图、Bode图和Warburg图等，其中Nyquist 图是以阻抗虚部-Z”对阻抗的实部Z’做的图。 1) 阻抗谱解析 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R， 纯电容C，阻抗值为1/jC，纯电感L，其阻抗值为jL。实际测量中，将某一频率为的微扰 正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所 引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图 3所示.相应的阻抗谱方程图式(2)。
0.0005
I (Amps/cm2)
-0.0005
-0.0015 -0.25
0
0.25
0.50
0.75
电化学测量技术第三章 暂态方法总论
控制步骤：电化学极化，活化极化。
3.1.3 暂态测量方法的优点
② 通过控制测量时间来降低或消除浓差极化的影响 (控制时间，通电瞬间，电极表面浓度来不及发生变 化)；
t<10-5 s，电流可达几十A/cm2，而不引起显著的浓差极化
③ 研究电极过程，反应机理，如研究电极表面结构 及吸脱附过程；
§3.2 暂态过程的等效电路及其简化
3.2.1.4 利用等效电路暂态测量的注意事项／条件
① 适于小幅度暂态测量（ 10mV ，电路元
件数值不变）；
Rr
RT nF
i
RT nF
i10（极线化性电极阻化区），Rr为反应电阻／
② 不适用于浓差极化的研究（单向持续时间短）。
§3.3 电化学反应等效电阻（Rr）
Hale Waihona Puke 3.2.1.3 溶液电阻不可忽略时（划出具有四个步骤的等 效电路，并说明电路中元件与那些电极过程／步骤相 对应）的等效电路
ic
Cd
i
ir Zw
RL
Rr
四个步骤：
Cd：双电层充电过程／步骤，电极表面状态改 变的过程；
i ic ir
e c R
Rr：电化学反应（活化）过程／步骤，电化学极 化；
Zw：扩散过程／步骤，浓度极化； RL：离子导电过程／步骤，欧姆极化（溶液完成 导电所产生的极化过程）。
3.1.4 暂态测量方法的种类 ① 按极化或控制的幅度分(幅度：电极极化的 幅度，界面电位变化量)；
a. 大幅度暂态测量(研究电极过程) |Δφ|>10 mV (大幅度)
b. 小幅度暂态测量(用于测定参数Rr、RL、Cd) |Δφ|<10 mV (小幅度)
腐蚀学原理-第三章腐蚀动力学(3.1-,3.3)
3.2 腐蚀速度与极化作用
3.2.1 腐蚀电池的极化现象
短路后几秒到几分钟内，电流逐渐减小，最后达 到一稳定值。 违反欧姆定律？
电极的极化？
3.2.2 阳极极化的原因
概念：
活化极化
极化？
浓差极化
去极化？
电阻极化
三个因素，两对矛盾
电子移动速度
活化极化
阳极溶解反应速度 阳离子向溶液深处扩散
浓差极化
3.2.3 阴极极化的原因
0.463V
此腐蚀体系的阴极还原反应为O2的还原： O2+2H2O+4e=4OH－ 此反应的标准电位为E°=0.401V(SHE)。因大气中O2的分 压 为21278.25Pa，溶液中OH－-离子浓度为[OH－]=10－7mol ／L。从而可计算出氧还原反应的平衡电位：
E0,O2
E
阳极极化？
金属阳离子在晶格中的位能较高，而它们在溶液中 的水化离子位能较低。因此，金属离子的水化过程 伴随着能量降低，是一个自发过程。
3.1.2 阴极过程
（1）氢离子还原反应或析氢反应 2H++2e → H2 ↑
（2）溶液中溶解氧的还原反应。 在中性或碱性溶液中，生成OH-离子： O2+2H2O+4e = 40H在酸性溶液中，生成水： O2+4H++4e = 2H2O
（1）腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系
氧化性酸对铁的腐蚀 金属平衡电位对腐蚀电流的影响
(2) 极化性能对腐蚀速度的影响
解读： 钢中有、无硫化物 钢中有、无渗碳体Fe3C
钢在非氧化性酸中的腐蚀极化图
(3) 溶液中含氧量及络合剂对腐蚀速度的影响
电化学测量技术与方法
电化学测量技术与方法
电化学测量技术是一种用于测量化学反应中电子转移数量的技术手段。
它通常使用一个电极和一个参考电极，通过测量电极之间的电势差来计算出电子转移数量。
电化学测量技术可以分为两大类：一类是定量电化学测量技术，可以精确测量电子转移数量，例如极化曲线测量技术、响应曲线测量技术、恒电位测量技术等;另一类是定性电化学测量技术，可以检测电子转移数量的变化，例如恒电流测量技术、恒电位测量技术、电解水技术等。
在实际应用中，电化学测量技术可以用于测量化学反应中的电子转移数量、反应速率、反应平衡常数等参数，帮助人们更好地理解化学反应的机理和规律。
同时，电化学测量技术也可以用于制备电极材料、研究电极表面形貌、电子传输机制等方面的研究。
总结起来，电化学测量技术是一种高效、精确、可靠的技术手段，在化学、材料、环境等领域都有着广泛的应用。
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。
仪器分析-第三章电位分析法
5 lg A 9 []2 g k ' 0 .05 lg S 9 2 ] [2 2
既可以为Ag+离子选择电极，也可以作为S2-离子选择电极。
该电极在一定情况下可以测定CN-离子。测定时向试液 中（本身不含Ag+）加入少量的Ag(CN)2- 使其浓度为10-5～ 10-6 mol•L-1 ，试液中存在下面的平衡：
种类繁多
例如，葡萄糖电极、尿素电极、尿酸电极、胆固醇 电极、乳酸电极、丙酮酸电极等等。就是葡萄糖电 极也并非只有一种，有用pH电极或碘离子电极作 为转换器的电位型葡萄糖电极等。
氨基酸的测定用氨基酸脱羧酶和氨基酸氧化酶 催化，例如：
HO6H C4CH 2CHN 2CHOO氨 H 基 酸 脱 羧酶 HO6H C4CH 2CH 2NH 2＋CO 2
非晶体膜电 极
均相晶体膜电极
非均相晶体膜电 极 刚性基质电极
流动载体电极
敏化离子选择 电极是以原电 极为基础装配 成的离子选择 电极。
敏化电极
气敏化电极 酶（底物）电极
（1）玻璃电极
玻璃电极的膜电位的建立是一个典型的例子。 玻璃电极：pH、pNa、pK玻璃电极等。
pH 玻璃电极是最早出现 的 ISE ， 底 部 敏 感 膜 很 薄 0.1mm ， 两 边 厚 。 内 充 0.1mol·L-1HCl 溶 液 作 为 内 参 比溶液，内参比电极是 Ag|AgCl。
由于电极的内参比溶液和试液中离子的活度不 同，感应膜的内外均形成双电层，在膜的内外壁之 间产生电位差(膜电位)，此电位差与待测离子的活 度有定量关系。
（a）离子接触型；（b）全固态型 全固态型电极制作简单，可以在任意方向倒置使 用，而且消除了压力和温度对内部溶液的限制。
电化学 第3章 电化学极化讲解
第3章 电化学极化 （电荷转移步骤动力学）绪论中曾提到：一个电极反应是由若干个基本步骤形成的，一个反应至少有三个基本步骤：00R R ze O O s s →→+→-1) 反应粒子自溶液深处向电极表面的扩散——液相传质步骤。
2) 反应粒子在界面得失电子的过程——电化学步骤。
3) 产物生成新相，或向溶液深处扩散。
当有外电流通过电极时，ϕ将偏离平衡值，我们就说此时发生了极化。
如果传质过程是最慢步骤，则ϕ的偏离是由浓度极化引起的（此时0i s i C C ≠，e ϕ的计算严格说是用s i C 。
无浓度极化时0i s i C C =，ϕ的改变是由s i C 的变化引起）。
这时电化学步骤是快步骤，平衡状态基本没有破坏。
因此反映这一步骤平衡特征的Nernst 方程仍能使用，但须用ϕ代e ϕ，s i C 代0i C ，这属于下一章的研究内容。
如果传质等步骤是快步骤，而电化学步骤成为控制步骤，则这时ϕ偏离e ϕ是由电化学极化引起的，也就是本章研究的内容。
实际上该过程常常是比较慢的，反应中电荷在界面有积累（数量渐增），ϕ随之变化。
由此引起的ϕ偏离就是电化学极化，这时Nernst 方程显然不适用了，这时ϕ的改变将直接以所谓“动力学方式”来影响反应速度。
3.1 电极电位与电化学反应速度的关系电化学反应是一种特殊的氧化—还原反应（一个电极上既有氧化过程，又有还原过程）。
若一个电极上有净的氧化反应发生，而另一个电极上有净的还原反应发生，则在这两个电极所构成的电化学装置中将有电流通过，而这个电流刚好表征了反应速度的大小，)(nFv i v i =∝[故电化学中总是用i 表示v ，又i 为电信号，易测量，稳态下串联各步速度同，故浓差控制也用i 表示v 。
i 的单位为A/cm 2，zF 的单位为C/mol ，V 的单位为mol/（cm 2.s ）]。
既然电极上有净的反应发生（反应不可逆了），说明电极发生了极化，ϕ偏离了平衡值，偏离的程度用η表示，极化的大小与反应速度的大小有关，这里就来研究i ~ϕ二者间的关系。
电化学测试技术
① H2O2 +2H+ +2e = 2H2O 0 = 1.776V
② O2 +2H+ +2e = H2O2
0 = 0.595V
判断H2O2的氧化性用① (O的价态由-1减小到-2。 H2O2是氧化剂，本身被还原)。
判断H2O2的还原性用② (O的价态由0减小到-1，O2 是氧化剂；H2O2是还原剂(态))。
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
Zn2 /Zn
O Zn2 / Zn
0.0591 2
lg
Zn2
b 氧化还原电极——零类电极——惰性金属电极
3、电极电势的测量
单个电极的绝对电极电位无法测定；相对电极电位。 标准氢电极与待测电极组成原电池，利用对
峙法测定：
标准氢电极 || 待测电极
4.半电池与电极电势
a金属-金属离子电极
金属与该金属离子溶液组成的电极，其电极电位取决于金属离子 的活度。
Mn+ + ne-
M
O Ox / Re d
RT nFຫໍສະໝຸດ 6.电极的种类(1) 工作电极（working electrode－WE,也称研究电极）
（1）所研究的反应在该电极上发生； （2）要求：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+
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
第三章 控制电流暂态法
§3-1 暂态法概述
逐点条件控制电位法测得的304 不锈钢在1M H2SO4中的阳极极 化曲线，电位阶跃幅值100mV 时间间隔： 1--- 0.5s 2--- 1s 3--- 0.5min 4--- 1min 5 4 5--- 4min 6 6--- 15min 为节省测量时间，提高测量 的重现性，一般往往人为规 定：Δt=0.5∼10min
d d ） ） t＝0 （ t＝0 dt dt
＝＝（ i1 Rl＋Rr）
可求反应电阻: R r＝ － Rl i1
t
△φ2 △φ1 0
△φ2 △φ1 0
η∞＝ △φ ∞
η∞＝ △φ ∞
t
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
6
§3-2 电化学极化下控制电流暂态
§3-2 电化学极化下控制电流暂态
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
电化学测试技术（第三章）
1
本章主要内容
本章重点
§3-1暂态法概述（3-1） §3-2电化学极化下的恒电流暂态（3-2,3-5） §3-3浓差极化下的电流阶跃实验（3-3） §3-4恒电流暂态法的应用举例（3-4,3-6）
0
d d （ ） ） t＝0 （ t＝0 dt dt
t
△φ2 △φ1 0
η∞＝ △φ ∞
Cd Rr Rl
t
φ2 φ1 电化学测试技术（第三章）
§3-2 电化学极化下控制电流暂态
2)双电层开始充电，在 t 0 ic i1 时，充电电流最大， d ic＝C d dt ic i1 ＝ Cd＝ d d （ ） （ ） t＝0 t＝0 dt dt
电化学测试技术
电化学技术电位扫描技术：循环伏安法：原理：以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，得到的电流电压曲线包括两个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新在电极上氧化，产生氧化波。
因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，故该法称为循环伏安法，其电流—电压曲线称为循环伏安图。
如果电活性物质可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。
循环伏安法中电压扫描速度可从每秒钟数毫伏到1伏。
工作电极可用悬汞电极，或铂、玻碳、石墨等固体电极。
应用：循环伏安法是一种很有用的电化学研究方法，可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究。
也可用于定量确定反应物浓度，电极表面吸附物的覆盖度，电极活性面积以及电极反应速率常数、交换电流密度，反应的传递系数等动力学参数。
线性扫描伏安法：原理：将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。
工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。
常用的电位扫描速率介于0．001～0．1V/s。
可单次扫描或多次扫描。
应用：根据电流-电位曲线测得的峰电流与被测物的浓度呈线性关系，可作定量分析，更适合于有吸附性物质的测定。
Tafel图：塔菲尔曲线是指符合Tafel关系的曲线，一般指极化曲线中强极化区的一段。
该段曲线（E －logi曲线）在一定的区域（Tafel区）呈现线性关系。
η=a+blgI电位扫描—阶跃混合方法电位阶跃技术计时电流法计时电量法阶梯波安法差分脉冲伏安法常规脉冲伏安法差分常规脉冲伏安法方波伏安法多电位阶跃。
电化学测试技术使用方法详述
电化学测试技术使用方法详述引言：电化学测试技术是一种应用于化学、材料、环境等领域的重要研究方法。
它通过测量电流、电位等电化学参数，来研究物质的电化学性质、反应动力学和电化学行为。
本文将详细介绍电化学测试技术的使用方法，包括仪器选择、样品制备、实验条件以及数据分析，以期帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、仪器选择在进行电化学测试实验前，首先需要选择适当的仪器。
常见的电化学测试设备包括电化学工作站、电化学扫描仪、电化学电池等。
根据实验需求，选择具备合适电位范围、电流检测能力和较高精度的仪器。
同时，保证仪器的稳定性和耐腐蚀性，以适应不同的实验环境和测试物质。
二、样品制备样品制备是电化学测试的重要步骤。
首先，目标物质需要精确称取，避免对实验结果产生偏差。
其次，样品需要制备成适当的形态，如片状、粉末状、胶体状等，以便于电极的固定和样品的溶解。
对于固体样品，还可以通过研磨、筛分等方法得到均匀的颗粒大小。
此外，为了避免杂质对实验的干扰，还需通过溶剂提取、浸渍等方法使样品达到较高的纯度。
三、实验条件在进行电化学测试实验时，需要注意优化实验条件以获得准确的结果。
首先，选择合适的电极材料和电解质。
电极材料的选择应考虑样品的性质和实验要求，例如，金属电极常用于电位扫描实验，碳材料电极适用于电流-电压曲线实验等。
电解质的选择应保证溶解度和化学稳定性，并避免与样品反应产生假象结果。
其次，应确保实验系统的密封性和稳定性，以排除外界因素对实验结果的影响。
最后，根据实验需求，选择合适的电位扫描速率、电流密度和扫描范围，以获得所需的电化学曲线和动力学参数。
四、数据分析电化学测试实验得到的原始数据需要经过处理和分析，以得出有意义的结果。
常用的数据分析方法包括电化学曲线的绘制和解释、功率谱分析、电化学阻抗谱分析等。
通过这些分析方法，可以深入理解样品的电化学性质和反应机理。
此外，还可以利用电化学测试数据拟合、模拟和预测物质的电化学行为，为实际应用提供理论依据。
【电化学】第三章 电极过程动力学及有关电化学测量方法
当溶液组成一定时，界面张力与电极电位有：
Hale Waihona Puke q ddE此式是Lippman 公式。界面张力对电位微商得到了电荷密度。
有Lippman公式和Cd的定义可获得、q 和Cd的关系式
Cd
dq dE
d 2
dE 2
如果发生特性吸附，电毛细曲线有三种类型。
a) 阴离子吸附 b) 阳离子吸附 c) 有机分子吸附
阴离子吸附对左分支影响大，Ez向负移； 阳离子吸附对右分支影响大，Ez向正移； 中性有机分子吸附在Ez附近表面张力下降。
COHP = 7.23 103|z| Co0.5 cosh(19.46|z|1F)
用交流电桥法可测定双电桥的微分电容，其电容和溶液浓度有 关。下图是用汞电极测得在0.1M 和0.001M NaF溶液的微分电 容曲线。
用汞作为电极时，汞表面有较多负电荷，在较大的电位范围微 分电容值几乎与所用的阳离子种类以及水化半径无关。如0.1M LiCl 和0.1MAlCl3 溶液中， Li+ 和Al3+ 的水化半径约为0.34nm 和0.62nm，但在1伏的范围内，其微分电容值基本相同。可用 无特性吸附来解释。
到零，而电流达到最大。这种现象称为完全浓度极化。在完全 极化下的另一边界条件为：
t > 0 时，C(0,t)= 0 其Fick公式的解为：
C(x, t) Coerf x 2 Dt
erf 是误差函数，它等于
2 z eydy
0
。其电流为：
i nF C
nF Co
x x0
Dt
Cottrell方程
浓差愈大，过电位愈大； 活化能愈高，过电位也愈大。
§3.3 稳态扩散和浓差极化方程式 一、液相传质及电极表面附近浓度的分布 液相传质有三种方式：电迁移、扩散和对流
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一级电极反应 M （ s） Msole
阳极反应速度 ia Fk a
阴极反应速度 ic FkcCM
其中 阳极反应速度常数 阴极反应速度常数
ka ka expRaFT
kc kc expRcTF
阳极反应速度 阴极反应速度
ia Fka expRaFT
icFkcCM exp RcF T
ii i 总电流
i 0
在平衡态
a即0ka ceFx R aR a p F T T c0 l n kk cc C kC aM M ex R pcF T 0
平衡电位 交换电流密度
i0
FkakcC kaM
a
ac
总电流密i度i0 ex R a p F T 0 ex R p cF T 0
浸在某一电介质溶液中并在起界面发生 电化学反应的导体称为电极。
电化学过程进行时，在两相接触处发生 电化学反应。
因一个电池或电解池必由两个电极组成， 故电极又叫半电池。
一个电极反应不能单独存在，必与另一 配对电极的反应同时发生，反应的性质 （氧化或还原）由两个电极本性决定。
正极与负极，阳极与阴极
过电位 0
总电流密度 （Butler-Volmer公式）
ii0 ex pR nT FexpR nTF
1
浓差极化影响：
i
nFDo
ao0 aos
o
稳态极限扩散电流密度
id
nFDo
ao0
o
a
s o
0
浓差极化过电位
d
RnFTln1
i id
极化曲线： i f（） 净电流随外加电位（极化电位）的变化曲线。
③如果被测溶液中不允许含有氯离子，应避免 直接插入甘汞电极。
④应注意甘汞电极的清洁，不得使灰尘或局外 离子进入该电极内部。
⑤当电极内溶液太少时应及时补充。
盐桥
定义：为降低液接电势，在两电解质 溶液间设置的浓度高且正、负离子迁 移数相近的电解质溶液“桥”，称盐 桥。
作用：盐桥使两电解质溶液不直接接 触，又使电路沟通。
最常用的参比电极：
饱和甘汞电极 KCl浓度为0.1000mol·dm-3 及1.0000mol·dm-3的甘汞电极， 银-卤化银电极 硫酸铜电极
常温下它们的电极电势稳定，且容易制作，使用方便。
常用参比电极
饱和甘汞电极
铜/硫酸铜电极
便携式测量型
长期埋地型
甘汞电极
优点：具有装置简单、可逆性高、制作 方便、电势稳定等优点。
氯化钾溶液浓度 （mol·dm-3）
饱和
1.0
0.1
电极电势 （V）
0.2412-7.6×10-4（t－25）
0.2801-2.4×10-4（t－25）
0.3337-7.0×10-5（t－25）
使用甘汞电极时应注意:
①由于甘汞电极在高温时不稳定，故甘汞电极 一般适用于70℃以下的测量。
②甘汞电极不宜用在强酸、强碱性溶液中，因 为此时的液体接界电位较大，而且甘汞可能被 氧化。
腐蚀电解池
调温外套 LUGGIN毛细管 参比电极 温度计 样品尺寸Ø 14mm， 厚度1mm 可清洗系统
平板电解池
适合大面积样品， 58 – 85 mm直径， 参比电极 对电极
电极
什么是电极？ 请同学想一下电极的定义
电极 （半电池）
定义：（ 两种含义）
电极就是由金属（或其它电子导体）与 电解质溶液（或其它离子导体）组成的 电化学体系。
电极中固-液两个接触相之间的电势差称为电 极的绝对电势。
由于电极的绝对电势值无法确定，因此人们指 定一个电极的电势值，再用它确定其他电极电 势的相对值。
国际上（IUPAC）规定，标准氢电极的电 势值为零，以他为基准进行比较所得的 各个电极的相对电势值称为电极电势。
实际操作中，将标准氢电极与另一给定 电极组成电池，测其电动势，由于氢标 准电极电势为零，所以测得的电动势就 是该指定电极的电势（相对值）。
要求：用作盐桥的电解质不能与电极 物质发生反应
常用的盐桥电解质是KCl，KNO3， NH4NO3等。
盐桥不能完全消除液接电势，只能减 少到可忽略程度。
Electrochemical Methods of Corrosion — 腐蚀电化学研究方法
电极过程动力学基础
1 电极过程动力学基本过程
a i
ia
K
ia
iK
-ic
i
ic
i ia
a
eq ia
c
ba
2.3 0 3R T .n F
lg icorr
2.303R T b c .n F
lg|i|
c
扩散控制下的极化曲线
E E eq
id
i
2 偶合体系与混合电位
2.1电极电位高的区域进行阴极反应，电流方向为溶液 电极；电极电位低的区域进行阳极反应，电流方向为 电极溶液。
第3章 电化学测试技术
材料科学与工程系
复习几个概念
电解池 电极 （半电池） 正极与负极，阳极与阴极 电极电势 参比电极 盐桥
电解池
电化学测量是通过电解池和电解池中的 电极实现的，它们是整个电化学测量回 路中的重要组成部分。
电极和电解池的结构设计及组装对测量 结果有着重大的影响。
简单的电解池装置
标准氢电极
电极反应为H2(g)
2H++2e-,
标准氢电极：
H2(g)压力为1标准大气压（ p∅ ） H+活度为1 的氢电极 其平衡电位规定为零。
它是国际上通用的测定电极电势的标准,电极符号是: Pt|H2( p∅ )|H+(aH+=1)
参比电极
实际测量中，由于标准氢电极难制作，稳定性差，测得的 电极电势重现性不好，因此就选用一个电极值仍以标准氢 电极为二级标准电极，用它代替标准氢电极，这个二级标 准电极常称为参比电极或参考电极。
构成：在玻璃容器的底部装入少量的汞， 然后装汞和甘汞的糊状物，再注入氯化 钾溶液，将作为导体的铂丝插入，即构 成甘汞电极。
甘汞电 极表示形式: Hg-Hg2Cl2(s)｜KCl(a)
电极反应为:
Hg2Cl2(s)+2e→2Hg(l)+2Cl-(aCl-)
不同氯化钾溶液浓度的甘汞电极电势与温 度的关系
请同学回答
正极与负极，阳极与阴极
电池或电解池中 电势（电位）高的电极称正极， 电势（电位）低的电极叫负极。
发生还原反应的电极叫阴极； 而发生氧化反应的电极叫阳极。
习惯上，电池中，正极即阴极，负极即阳极。 在电解池中，正极即阳极，负极即阴极。
电极电势
电极电势有所谓绝对电势与相对电势之分。