第3章电化学测试技术

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。

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。