电化学工作站及XRD分析讲解

一、电化学工作站基本原理
9、等效元件 A、等效电阻R
在Nyquist图上，他只能用实轴上的一个点来表示，在Bode图上是平行于横轴的直线， 当R>0， φ=0， R<0， φ=π。
B、等效电容C
在Nyquist图上，它是虚轴上的一段直线，在Bode图上是一条斜率为-1的直线， 它的幅角为π/2。
C、等效电感L
三、电化学数据分析
1、ocp
开路电位的值是由两个或多个电极半反应系统决定。 稳定的开路电位表示，腐蚀系统达到了稳定的状态， 但是这可能需要数小时或几天， 如果开路电位值不稳定，就不能开始进一步的实验。
三、电化学数据分析
2、Tafel扫描电位范围的确定
E ∈ Eocp±0.3
三、电化学数据分析
3、如何选择Nyquist曲线
10.1 理想极化电极的电化学阻抗谱
理想极化电极， 电极上不发生电极极化所以iF为0 即RL串联Cd。
Bode a) 高频区， lglZl是一条平行于横轴lgω b）低频区， lglZl是一条斜率 为-1的直线
Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗
一、电化学工作站基本原理
在Nyquist图上，它是虚轴上的一段直线，在Bode图上是一条斜率为+1的直线， 它的幅角为-π/2。
D、常相位角元件（CPE）Q
参数Y0~C，n弥散系数; 若n=0，n~R;若n=1,n~C；若n=-1,n~L。 在Nyquist图上，为第一象限倾斜角为φ的直线，在Bode图上是一条斜率为-n的直线， 它的幅角为-π/2。
7）节点电流定律∑ I=0；回路电位定律∑ U=0
8）电化学过程和等效电路过程包含±电阻成分±电抗成分，具有类似交流响应 不同点 1）电荷流动结构 等效电路电荷集中元件和导线中流动，定态下稳定不变 等效电路中均为金属导体，电荷载流子均为电子 2）电荷流动载子性质 3）电荷流动界面转换
4）电荷流动时间演化
电化学及XRD相关知识探讨
电化学工作站原理 电化学实验注意事项 电化学数据分析
XRD数据分析
一、电化学工作站基本原理 1、电极及其组成
电极
导体或半导体，导电、与溶液形成界面，界面是电化 学反应发生的重要场所
工作电极
• 被研究的电极 • 固体金属电极、液 体金属电极、碳电 极
对电极/辅助电极 • 对电极/辅助电极： 电流通道。构成导 电回路，电势必须 稳定，一般是惰性 材料，例如Pt、C棒 电极。
一、电化学工作站基本原理
10.4 电化学极化和浓差极化同时存在的电极电化学阻抗谱
ZF=Rp+Rw+Zcw
Bode a) 高频区，相当于浓差极化可以忽略 b) 低频区， 斜率是-1/2的直线
Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rp电化学反应电阻，Rw浓差极化电阻，
一、电化学工作站基本原理
11、同一等效电路具有不同的阻抗响应（2RC并联）
一、电化学工作站基本原理
EIS 阻抗谱
BCP 黑箱腐蚀过程
ECQ 等效电路
一、电化学工作站基本原理
腐蚀电化学过程和等效电路过程的电流响应的相关特性
相同点： 电化学过程和等效电路中电流-电位关系都遵守电路基本规律 1）电化学过程和等效电路过程都存在电荷流动现象 2）电化学过程连续过程/平衡等效电路串联电路/并联电路 3）电化学过程一端为本体溶液，另一端为金属电极，等效于电路的输入和输出端 4）电中性原理：电路中不存在净电荷积累，总正电荷=总负电荷，保证电流连续性 5）电流方向规则：正电荷流动方向为电流正方向 6）欧姆定律
. WS蓝色、RE白色：~260Ohms
很高的电阻，意味着线断了
5、过载提示
I OVLD V OVLD • 电极面积大，电流太大，超过仪器量程；选的档位不合适； 噪音干扰太大也会出现这种提示
• 测电位的回路线没连好；超过仪器测量范围；RE问题 CA OVLED • 测电位的回路线路没连好，或者CE线有问题；
5、三电极两回路，构成电解池
电流回路 测量回路
1 2
1、工作电极、辅助电极、极化电源构成回路测电流 2、工作电极、参比电极、电位计测电压 工作电极-参比电极-辅助电极
一、电化学工作站基本原理
6、电化学阻抗普
电化学阻抗谱的测量方法：扰动和响应的可靠测量技术
电化学阻抗谱解析方法：动力学模型解析，等效电路图解析 因果性：响应信号和扰动信号存在因果关系，响应信号只是扰动信号的响应， 而非其他信号的（如噪声）的响应 线性：响应信号与扰动信号存在同频率线性函数 稳定性：扰动信号不会引起系统内结构的变化，停止扰动后能够恢复初始状态 电化学阻抗测量仪器和方法=扰动产生+响应测量 三电极系统-研究电极、辅助电极、参比电极、电解池电解质溶液 恒电位仪：控制电位/电流 FRA-信号发生器+频率响应分析仪
一、电化学工作站基本原理
10.3 溶液电阻不能忽略无扩散阻抗的电化学极化电极的电化学阻抗谱
ZF=Rp+Zw=Rct
Bode a) 高频区， lglZl是一条平行lgω的直线， lglZl =lg RL b) 低频区， lglZl是一条平行lgω的直线， lglZl =lg（ Rp+RL）
Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rp电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗
一、电化学工作站基本原理
4、电化学工作站的基本组成
恒电位计
恒电流计
零电阻电流计
控制电位检测电流
控制电位检测电流
控制两个电极之间电位差
为0，检测电位和电流
控制放大器：控制工作电极与参比电极之间的电位
恒电位仪
静电计：测量工作电极与参比电极之间的电位差
电流电压转换器：测量工作电极和对电极之间的电流
一、电化学工作站基本原理
一、电化学工作站基本原理
7、溶液界面结构
一、电化学工作站基本原理
8、双电层
在金属/溶液界面上的荷电物质的定向排列称为电解质双电层。 ●金属中的电流为电子电流，溶液中的电流为离子电流， 电子不能在溶液中流动，而离子也不能在金属中流动， 电极反应是在电极/溶液界面上进行的异相反应，实现电流 的连续性，电流流经界面必须转换电流形势，两者在溶液/金 属界面进行氧化还原转化。 ●电荷在金属表面膜流动方式取决于膜的结构。 致密钝化膜中按P或N型半导体导电
参比电极有问题，阻抗试验可能会出现过载提示，以及红点
3、参数
Step size：1—5mv
Step size 2 mv时，扫速600 V/S
二、电化学检测注意事项
4、电极线有问题
电位漂移（测电压的回路有问题）；电流总是0（测量电流的回路有问题）；出现CA OVLD
万用表检 查电极线
. WE绿色、CE红色：0 Ohms
参比电极
• 是电极电势的参考 点，不是极化电极。 • 例如饱和甘汞电极
一、电化学工作站基本原理
2、参比电极的特性 参比电极
准确性 稳定性 低内Fra Baidu bibliotek0Ω 系无影响
对测试体
高频响应进入第四相区：恒电位仪/参比电极响应速度不够导致相移
3、常见的参比电极
饱和甘汞电极，VSCE
饱和甘汞电极的电势随温度升高而降低
一、电化学工作站基本原理
11、同一等效电路具有不同阻抗响应（3RC串联）
二、电化学检测注意事项
1、电极接头
电极接头是测量回路的一部分 鳄鱼夹、柱状电极接头锈蚀，锈蚀产生的产物导电性能差，锈蚀严重的部分必须更换， 注意清洁电极。
2、参比电极内阻过大
极化曲线不平滑，数据点扰动
过细过长的鲁 金毛细管 参比电极有气 泡，有结晶 多孔材料堵塞， 污染物吸附
一、电化学工作站基本原理
10、电化学等效电路
Zj一般不是纯电容或纯电阻， 需要用阻抗表示。电极上进行 一个独立的电化学反应，就可 以用一个Faraday阻抗ZF表示。
界面总的过电势等于电化学极化过电势 和浓差极化过电势之和。
Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗
一、电化学工作站基本原理
同种材料
不同种材料
四、XRD数据分析
1、Mg三强峰，及峰位
四、XRD数据分析
2、CaO三强峰，峰位
四、XRD数据分析
3、同时看几个数据
首先把数据都读出来
四、XRD数据分析
3、同时看几个数据
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参考书
10.2 溶液电阻可以忽略，无扩散阻抗时，电化学极化的电化学阻抗
RL=0，扩散阻抗Zw=0， 所以 ZF=Rp+Zw=Rct
Bode a) 高频区，lglZl是一条斜率为-1的直线 b）低频区， lglZl是一条平行于横轴lgω的直线 ， lglZl =lg Rp
Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗