电化学测试实验报告

电化学测试技术实验报告
实验地点:8号楼8313
姓名：***
学号：SX*******
指导教师：佟浩
实验一铁氰化钾的循环伏安测试
一、实验目的
1. 学习固体电极表面的处理方法；
2. 掌握循环伏安仪的使用技术；
3. 了解扫描速率和浓度对循环伏安图的影响。

二、实验原理
铁氰化钾离子[Fe(CN)6]3-亚铁氰化钾离子[Fe(CN)6]4-氧化还原电对的标准电极电位为：
[Fe(CN)6]3- + e-= [Fe(CN)6]4-φθ= 0.36V
电极电位与电极表面活度的Nernst方程式为：
φ=φθ’+ RT/F ln(COx/CRed)
在一定扫描速率下，从起始电位（-0.2 V）正向扫描到转折电位（+0.8 V）期间，溶液中[Fe(CN)6]4-被氧化生成[Fe(CN)6]3-，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位（+0.6 V）变到原起始电位（-0.2 V）期间，在指示电极表面生成的[Fe(CN)6]3-被还原生成[Fe(CN)6]4-，产生还原电流。

为了使液相传质过程只受扩散控制，应在加入电解质和溶液处于静止下进行电解。

在0.1M NaCl溶液中[Fe(CN)6]4-的电子转移速率大，为可逆体系（1M NaCl溶液中，25℃时，标准反应速率常数为
5.2×10-2 cm2s-1）。

三、仪器和试剂
电化学分析系统；铂盘电极；铂柱电极，饱和甘汞电极；电解池；容量瓶。

0.50 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]；0.50 mol·L-1 K4[Fe(CN)6] ；1 mol·L-1 NaCl
四、实验步骤
1. 指示电极的预处理
铂电极用Al2O3粉末（粒径0.05 µm）将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗。

2. 支持电解质的循环伏安图
在电解池中放入0.1 mol·L-1 NaCl溶液，插入电极，以新处理的铂电极为指示电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，进行循环伏安仪设定；起始电位为-0.2 V；终止电位为+0.6 V。

开始循环伏安扫描，记录循环伏安图。

3. 不同扫描速率K3 [Fe(CN)6]溶液的循环伏安图
在0.50 mol·L-1 K4 [Fe(CN)6]溶液中，以10 mV/s、25 mV/s、50 mV/s、100 mV/s、200 mV/s、500 mV/s,在-0.15 V至+0.7 V电位范围内扫描，分别记录循环伏安图。

五、注意事项
1. 实验前电极表面要处理干净。

2. 扫描过程保持溶液静止。

六、数据处理
1、将不同扫描速率5、10、25、50、100、200、500mV/s的循环伏安曲线进行处理，得到阳极峰和阴极峰电流值，将其与扫速的二分之一次方作曲线，得到如图所示：
图1 不同扫速的CV曲线（无NaCl）
图2 不同扫速的CV曲线（有NaCl）
2、分别以i pa、i pc对v1/2作图:
表1 扫描速率与峰电流（无NaCl）
扫速
5 10 25 50 100 200 500 v/(mV/s)
V1/2 2.24 3.16 5 7.07 10 14.14 22.36 i pa/mA 0.01105 0.01562 0.02379 0.03135 0.03851 0.04918 0.06994 i pc/mA -0.0105 -0.01399 -0.01959 -0.02512 -0.03219 -0.04336 -0.0694
图3 i pa与i pc对v作图峰电流与扫描速率间的关系（无NaCl）
表2 扫描速率与峰电流
扫速
5 10 25 50 100 200 500 v/(mV/s)
V1/2 2.24 3.16 5 7.07 10 14.14 22.36 i pa/mA 0.00632 0.00978 0.01562 0.02125 0.02781 0.03913 0.06558 i pc/mA -0.007 -0.00901 -0.01408 -0.0161 -0.02235 -0.03029 -0.05112
图4 i pa与i pc v 七实验结论
峰电流的比值为：ip
1/ip
2
≈1。

由此可知，铁氰化钾体系(Fe(CN)
6
3-/4-)在中
性水溶液中的电化学反应是一个可逆过程。

(注：由于该体系的稳定，电化学工
作者常用此体系作为电极探针，用于鉴别电极的优劣。

) 在误差的范围内K
3
[Fe(CN)
6
]在NaCl溶液中电极过程的具有可逆性。

从图中可以看出来随着扫描速率的增大氧化还原峰的距离越来越大，即是可逆性降低。

根据电化学理论，对于扩散控制的电极过程，峰电流ip与扫描速度的二分
之一次方呈正比关系。

由图得出峰电流i
pa 和i
pc
与扫描速度的二分之一次方呈线
性关系，相关系数达到0.9919，0.9965以及0.9841，0.9974。

由此可说明，铁氰化钾循环伏安是由扩散控制的电极过程。

实验三 铁氰化钾交流阻抗
一、实验目的：
1.了解交流阻抗的测试原理和方法
2.学会解读交流阻抗图谱
二、实验原理：
2222)()1('P d d P L R C C R R Z +++++=ω
σωωσωσ 2
2222
2)()1()()1(''P d d P d d R C C R C C Z ++++++=ω
σωωσωσωωσωσ 在低频区，1)1(lim 0
=+→d C ωσω，简化后可得：
P L R R Z ++=ωσ'； d d d C C C Z 222)1(''σω
σσωσωσ+=++= 在高频区，当∞→ω时，可以求得：
2221'P
d P L R C R R Z ω++=，222221''P d P d R C R C Z ωω+=，两式消去ω得： 222)2
('')2'(P P L R Z R R Z =+-- 三、 试验装置：
CHI750C 电化学工作站，铁氰化钾，亚铁氰化钾，铂电极，参比电极。

四、实验步骤
1．溶液的配制
在250mL 容量瓶中，依次加入K 4Fe(CN)6溶液和K 3Fe(CN)6溶液，使稀释至接近刻度处，静置，用蒸馏水定容。

配制K 3[Fe （CN ）6] 和K 4[Fe （CN ）6]浓度均为0.005mol/L 的溶液。

2． K 4Fe(CN)6溶液和K 3Fe(CN)6溶液的交流阻抗曲线
初始电平0.1V ，从低频0.01Hz 到高频100KHz ，振幅0.005V 。

五、结果与讨论
图5 K3[Fe（CN）6] 和K4[Fe（CN）6]浓度均为5mM的溶液交流阻抗图
数据分析:从图中可以看到，在低频区，当 /4时，电极的Nyquist图是
一条斜率为1的直线，受扩散控制，直线在Z’轴上的截距为R
L +R
P
-2C
d。

图上出
现实分量和虚分量的线性相关，这是电极过程扩散控制的最鲜明的阻抗特征。

复平面上相应于高频区的阻抗曲线是一个半圆，受电化学控制，圆心在Z’轴上
R L +R
P
/2处，半径等于R
P
/2,其中加入NaCl的eis在高频区具有更小的半圆，传
荷阻抗较小，具有更快的电荷转移速率。

实验四苯胺单体的电聚合
一、实验目的
1、熟悉电化学工作站测试方法的应用
2、了解苯胺单体电聚合的机理
二、实验原理
聚苯胺作为一种优良的防腐材料逐渐引起重视，并且成为导电聚苯胺最有希望的研究领域。

因导电聚合物(如聚苯胺)通常不溶于水和一般有机溶剂，且无热塑性，故加工困难，涂料生产成本很高，涂料的生产和涂装过程涉及大量的挥发性有机溶剂，易造成生产和周围环境的空气污染，危害工人健康。

因此，采用电化学法制备导电聚苯胺在防腐蚀应用上应具有更大的优势。

苯胺的电聚合反应可以概括为以下过程：一般认为，反应的第一步是电极从芳香族单体上夺取一个电子，使其氧化成为阳离子自由基;生成的两个阳离子自由基之间发生加成性偶合反应，再脱去两个质子，成为比单体更易于氧化的二聚物。

留在阳极附近的二聚物继续被电极氧化成阳离子，继续其链式偶合反应。

三、实验试剂基仪器
试剂：苯胺单体、0.5M 硫酸
仪器：化学工作站、三电极体系
四、实验步骤
首先、打磨铂片电极，尽量打磨发亮，将较亮的一极作为工作极。

其次、连接测量电路。

将三个电极分别插入注入0.5mol L-1硫酸和苯胺单体的电解溶液的中。

最后、将电解池中的三电极分别与电化学工作站三根相应的导线相连。

然后测量并保存数据。

在-0.2~0.8 V之间以，10，200 mV/s的扫速循环伏安扫描50圈，比较电容性能。

五、实验数据及分析
图6 50mv/s的CV曲线图7 200mv/s的CV曲线图
数据分析：从图中可观察到聚苯胺两对典型的氧化还原峰(即苯胺的氧化掺杂) ,这不同于典型的双电层电容器的循环伏安曲线,显示出法拉第准电容的存在,且随循环次数的增加,反应电流随之增大,表明聚苯胺在铂电极上的顺利聚合，50 mv/s扫速下反应电流增加的更快说明低扫速更有利于聚苯胺在铂电极上的聚合，具有更好的反应动力学。

实验六镍片钝化曲线
一、实验目的：
1.熟悉CHI电化学工作站的使用。

2.学会用阳极钝化曲线进行样品分析的实验技术。

3.了解镍片在不同电势区间表现出的钝化和破钝现象
二、实验原理
由阳极极化引起的金属钝化现象，叫阳极钝化或电化学钝化。

金属表面状态发生变化，使它具有贵金属的低腐蚀速率和正电极电势增高等特征的过程。

金属与周围介质自发地进行化学作用而产生的金属钝化称为化学钝化或自钝化作用。

通常强氧化剂（浓HNO3、KMnO4、K2Cr2O7、HClO3等）可使金属钝化。

钝化后的金属失去原有的某些特性。

若金属通过电化学阳极极化引起钝化称为阳极钝化。

一些可以钝化的金属，当从外部通入电流，电位随电流上升，达到致钝电位后，腐蚀电流急速下降，后随电位上升，腐蚀电流不变，直到过钝区为止利用这个原理，以要保护的设备为阳极导入电流，使电位保持在钝化区的中段，腐蚀率可保持很低值。

在保持钝性的电位区间，决定金属的阳极溶解电流密度大小的是钝化膜的溶解速度，所以，金属的钝态不是热力学稳定状态，而是一种远离平衡的耗散结构状态。

阳极保护法需要一台恒电位仪以控制设备的电位（以免波动时进入活化区或过钝化区）。

由于只适用于可钝化金属，所以这种方法的应用受到限制。

三、试验装置：CHI750C电化学工作站，镍片，铂电极，参比电极。

四、实验步骤
1镍电极前处理：研究电极是高纯Ni电极，经1.5μ研磨膏抛光，洗涤剂和蒸馏水冲洗即可待用。

2电解液配制：电解质溶液是0.1M H2SO4溶液。

3试验装置搭配：辅助电钮是Pt电极。

参电极是饱和甘汞电极。

4设置参数测试：初始电极电位为-0.4 V vs SCE，终止电位为1.8V vs SCE。

控制扫描速度测定单程阳极钝化曲线。

五、结果与讨论
实验测试所得钝化曲线结果如图：
图8 镍钝化曲线图
数据分析：镍片钝化曲线可分为四个区域：
由图可观察到:
-0.18v到0v区间为活性溶解区,是镍片的正常溶解区间，阳极电流随电位变化符合Tafel公式；
0到0.35v区间为钝化过渡区,此时镍片表面形成钝化膜,所以电流密度随着
阳极电极电势增大而减小
0.35v到1.43v为钝化稳定区,金属处于钝化状态,此时镍片表面生成一层致密的钝化膜,在此区间电流密度稳定在很小值，此时的电流密度为金属镍的稳定溶解电流密度；
1.43v以后为过钝化区,电流密度又随阳极电极电势的增大而迅速增大,在此区间钝化了的镍片又重新溶解。

实验七镍片在硫酸体系tafel研究
一．实验目的：
1.学会运用tafel实验方法测定电化学动力学参数。

2.学会运用tafel建立电化学分析方法。

二．实验原理：
塔菲尔（Tafel）线外推法。

一种测定腐蚀速率的方法。

做法是将金属样品制成电极浸入腐蚀介质中，测量稳态的伏安（E~I）数据，作log|I|~E图，将阴、阳极极化曲线的直线部分延长，所得交点对应的即为log[I corr],由腐蚀电流I corr除以事先精确测量的样品面积S0，即得腐蚀速率。

此法快速省时，适用于金属均匀腐蚀的测量。

首先关系是：E=a+b*|lgi|，所以a值的求法，就直接延长阳极支与E轴的交点，而b的值其实就是阳极支曲线的斜率，在图上就能求出。

电极的极化引发的电极反应中电流、电压的关系变化繁多，统称为极化曲线，或称伏安图。

它的测量和研究是电极反应动力学的重要内容，其结果也是电化学生产过程控制的重要依据。

极化曲线的测量方法可以是“稳态”的，也可是“暂态”的。

前者是先控制恒定的电流(或电压)，待响应电压(或电流)恒定后测量之，可获得稳态极化曲线。

后者则控制电流恒定或按一定的程序变化，测量响应电势的
变化；或控制相应的电势，测量响应电流的变化获得暂态极化曲线。

三、实验器材
仪器：CHI660A电化学工作站，饱和甘汞电极，铂片。

试剂：浓硫酸。

四、实验步骤
1电解液配制：配制1mol/L H2SO4溶液。

2设置测试参数：选定3个不同的扫描速率，分别为2、5和10mV/s，扫描范围为-0.50~+0.20V（vs.SCE）。

3由测试结果进行分析：求得测试得到tafel曲线，并依据此曲线的结果进行电化学动力学分析。

五、结果与讨论
图9 不同扫速下的塔菲尔曲线图
通过分别将不同扫速的伏安数据坐tafel曲线，取阴、阳极极化曲线的直线部分进行线性拟合，所得直线交点即为腐蚀电流，除以样品面积即为交换电流密度。