电化学测量方法1-稳态

电化学测量1、恒电位法2、稳态极化曲线3、线性电位扫描4、交流阻抗法5、电化学工作站6、支持电解质7、暂态电极过程8、电位阶跃法9、双脉冲电流法10、控制电流法11、辅助电极12、电化学稳态13、液接界电位（势）14、三电极体系15、参比电极16、溶液的欧姆压降1.恒电位法利用恒电位仪，控制研究电极相对参比电极的电位按照人们预想的规律变化，不受电极系统的影响，同时测量相应电流变化的方法。

2、稳态极化曲线当电极过程的基本过程，如双电层充电、电荷转移、扩散和传质达到稳定状态时，测量的极化曲线。

3.线性电位扫描控制电极电位以恒定的速度变化，同时测定通过电极的电流。

4、交流阻抗法以小振幅正弦波为干扰信号，电极系统的响应近似为线性，测量了电极系统在宽频率范围内的阻抗谱，研究了电极系统的方法。

也称为电化学阻抗谱。

5.电化学工作站由计算机控制的电化学测试仪通常称为电化学工作站。

使试验智能化，可存储大量数据，自动化的方式操作数据，将数据以更加方便的方式展示。

6、支持电解质也称为惰性电解液，是添加到被测电解液中的高浓度电解液。

其目的是消除电迁移，减少分散层的影响，提高导电性。

7.瞬态电极过程组成电极过程的各基本步骤如电化学过程、传质过程、双电层过程均处于暂态，即都可能随时间发生变化。

8、电位阶跃法在一定电位下，突然向电极施加一个小的电位阶跃后，记录电流随时间的响应曲线，从而找到电极参数并研究电极过程。

9.双脉冲电流法对电极施加一个较大电流脉冲i1，持续时间很短，用这个脉冲对双层充电，紧接着施加第二个较小电流脉冲i2，持续时间较长。

同时记录电位随时间的变化。

10、控制电流法使用恒电位仪，根据预期规律控制研究电极的电流变化，该规律不受电极系统的影响，同时测量相应的电位变化。

11、辅助电极：也叫对电极，它用来通过电流以实现研究电极的极化。

12.电化学稳态：在规定的时间范围内，电化学系统的参数（如电流、电位、浓度分布等）变化不大，可视为不变。

稳态极化曲线的测定方法
稳态极化曲线是电化学实验中常用的实验方法之一，可以用来研究金属材料的耐蚀性、腐蚀行为等。

下面将介绍稳态极化曲线的测定方法。

1. 实验装置
稳态极化曲线实验装置通常包括：电化学工作站、三电极系统、参比电极、工作电极和计时器等设备。

2. 实验步骤
（1）准备工作电极：选用待测金属并将其打磨至表面光滑，然后放入实验槽中，接好电缆。

（2）加入电解液：向实验槽中加入电解液，确保液面高度足够覆盖工作电极，同时参比电极要浸没在电解液中。

（3）电极极化：以一定的速度改变工作电极的电势，记录下电势和电流的变化。

（4）绘制稳态极化曲线：将电势与电流的数据绘制成稳态极化曲线。

3. 实验注意事项
（1）电解液的选取：应根据待测金属的化学性质和实验目的选择合适的电解液。

（2）电极的放置：工作电极应放在电解液中心，避免与实验槽壁接触。

（3）电极的铺设：参比电极在实验槽中的铺设应尽可能贴近工作电极，以提高实验的精度。

（4）测量稳态极化曲线时，要保证电势的改变速度适当，过快或过慢都会影响实验结果的准确性。

综上所述，稳态极化曲线的测定方法是通过改变工作电极的电势，记录下电势和电流的变化，绘制出稳态极化曲线。

在实验过程中需要注意电解液的选取、电极的放置和铺设以及电势的改变速度等因素，以保证实验结果的准确性。

三电极体系
电化学测试的方法很多，根据测试的特质，大致可以分为以下几大类：1.稳态测试方法；2.暂态测试方法；3.伏安法；4.交流阻抗法等。

这里给大家简单介绍一些使用最普遍，功能最强大的电化学测试方法。

在此之前，先对电化学测试最常用的三电极测试体系进行简单介绍。

所谓的三电极体系，是为了排除电极电势因极化电流而产生的较大误差而设计的。

它在普通的两电极体系（工作电极与对电极）的基础上引入了用以稳定工作电极的参比电极，如图2示。

如左图，电解池由三个电极组成：工作电极（W），对电极（C）以及参比电极（R）。

W是主要的电极研究和操作对象，R是电势电极的比较标准，而C主要用以通过极化电流，实现对电极的极化。

右图中，我们可以看到，三电极体系在电路中时，P代表极化电源，为研究电极提供极化电流。

mA和V分别为电流表和电压表，用以测试电流和电势。

P，mA，C，W构成的左侧回路，称为极化回路，在极化回路中有极化电流通过，可对参比电极进行测量和控制。

V，R，W构成了右侧回路，称为测量控制回路。

在此回路中，对研究电极的电势进行控制和测量，由于回路中无极化电流流过，仅有极小的测量电流，所以不会研究电极的极化状态和参比电极的稳定性造成干扰。

由此可见，三电极体系可使研究电极表面通过极化电流，又不会妨
碍研究的电极电势的控制和测量，可同时实现电势和电流的控制和测量。

因此，大部分电化学研究测试均在三电极体系完成。

电化学研究中的稳态和暂态技术
电化学研究中的稳态和暂态技术在分析电化学反应过程中起着至关重要的作用。

稳态技术是指在反应过程中，对电极电势和电流密度进行监测，以了解电化学反应的稳定状态。

稳态技术能够提供反应机理、反应动力学和电极表面活性等方面的信息。

常见的稳态技术包括循环伏安法、线性扫描伏安法、恒电位电位扫描法等。

循环伏安法是通过改变电极电势的方式，来研究电极上反应的动力学过程和电化学反应的机理。

线性扫描伏安法则是通过改变施加在电极上的电位，来测量电化学反应的电流密度和电极电势之间的关系。

恒电位电位扫描法则是通过固定电极电位，来测量电极上反应的电流密度和反应动力学参数。

暂态技术是指在反应过程中，对电极电位和电流密度进行瞬时测量，以了解反应过程中的瞬时动态变化。

常见的暂态技术包括脉冲伏安法、暂态电流法、暂态电位法等。

脉冲伏安法是通过一定的电压脉冲作用于电极表面，来研究反应过程的动力学和机理。

暂态电流法则是通过在电极上施加一个瞬时电压脉冲，来测量电化学反应的瞬态电流密度和反应动力学参数。

暂态电位法则是通过在电极上施加一个短暂的电势脉冲，来测量电极的瞬态电势变化和反应动力学参数。

稳态和暂态技术在电化学研究中都有着重要的应用。

它们不仅可以用于研究电化学反应的基本机理和动力学过程，还可以用于优化电化学反应的条件和提高反应的效率。

同时，这些技术还广泛应
用于电化学储能、电化学传感、电化学合成等领域。

第 9 章稳态极化曲线测量腐蚀电化学测量方法总体上可分为两大类：一类是电极过程处于稳态或准稳态时进行的测量，称为稳态或准稳态测量方法；另一类是电极过程处于暂态时进行的测量，称为暂态测量方法。

本章主要介绍稳态极化曲线测量。

9.1 稳态9.1.1 稳态的概念在指定的时间范围内，电化学系统的参量(如电极电位、电流、反应数及产物的浓度分布、电极表面状态等)变化甚微，或基本不随时间变化，这种状态称为电化学稳态(steady state)。

而电极未达到稳态以前的阶段称为暂态(transient state)。

正确理解稳态的概念应注意以下三个问题：(1)稳态不是平衡态，平衡态可看做是稳态的一个特例。

例如当Zn2+ /Zn 电极达到平衡时，Zn → Zn2+ + 2e和Zn2+ + 2e → Zn正逆反应速度相等，没有净的物质转移，也没有净的电流通过，这时的电极状态为平衡态。

一般情况下，稳态不是平衡态。

例如Zn 2+/Zn电极的阳极溶解过程，达到稳态时Zn → Zn2+ + 2e和Zn2+ + 2e → Zn正逆反应速度相差一个稳定的数值，表现为稳定的阳极电流。

净结果是Zn以一定的速度溶解到电极界面区的溶液中成为Zn2+离子，然后Zn2+离子又通过扩散、电迁移和对流作用转移到溶液内部。

此时，传质的速度恰好等于溶解的速度，界面区的Zn2+离子浓度分布维持不变，所以表现为电流不变，电位也不变，达到了稳态。

可见稳态并不等于平衡态，平衡态是稳态的特例。

(2)绝对不变的电极状态是不存在的。

在上述Zn2+/Zn电极阳极溶解的例子中，达到稳态时，Zn电极表面还是在不断溶解，溶液中Zn2+离子的总体浓度还是有所增加的，只不过这些变化比较不显著而已。

如果采用小的电极面积和溶液体积之比，并使用小的电流密度进行极化，那么体系的变化就更不显著，电极状态更易处于稳态。

(3)稳态和暂态是相对而言的，从暂态到稳态是逐步过渡的，稳态和暂态的划分是以参量的变化显著与否为标准的，而这个标准也是相对的。

1.稳态测试：恒电流法及恒电势法所谓的稳态，即电化学参量(电极电势，电流密度，电极界面状态等)变化甚微或基本不变的状态。

最常用的稳态测试方法，当然就是恒电流法及恒电势法，故名思意，就是给电化学体系一个恒定不变的电流或者电极电势的条件。

通常我们可以利用恒电位仪或者电化学工作站来实现这种条件。

通过在电化学工作站简单地设置电流或电势以及时间这几个参数，就可以有效地使用这两种方法啦。

该方法用的比较多的地方主要有：活性材料的电化学沉积以及金属稳态极化曲线的测定等。

2.暂态测试：控制电流阶跃及控制电势阶跃法所谓的暂态，当然是相对于稳态而言的。

在一个稳态向另一个稳态的转变过程中，任意一个电极还未达到稳态时，都处于暂态过程，如双电层充电过程，电化学反应过程以及扩散传质过程等。

最常见的方法要数控制电流阶跃法以及控制电势阶跃法这两种。

控制电流阶跃法，也叫计时电位法，即在某一时间点，电流发生突变，而在其他时间段，电流保持相应的恒定状态。

同理，控制电势阶跃法也就是计时电流法，即在某一时间点，电势发生突变，而在其他时间段，电势保持相应的恒定状态。

利用这种暂态的控制方法，一般可以探究一些电化学变化过程的性质，如能源存储设备充电过程的快慢，界面的吸附或扩散作用的判断等。

计时电流法还可以用以探究电致变色材料变色性能的优劣。

3.伏安法：线性伏安法，循环伏安法伏安法应该算是电化学测试中最为常用的方法，因为电流、电压均保持动态的过程，才是最常见的电化学反应过程。

一般而言，伏安法主要有线性伏安法以及循环伏安法，两者的区别在于，线性伏安法“有去无回”，而循环伏安法“从哪里出发就回哪去”。

线性伏安法即在一定的电压变化速率下，观察电流相应的响应状态。

同理，循环伏安法也是一样，只不过电压的变化是循环的，从起点到终点再回到起点。

线性伏安法使用的领域较广，主要包括太阳能电池光电性能的测试，燃料电池等氧还原曲线的测试以及电催化中催化曲线的测试等。

而循环伏安法，主要用以探究超级电容器的储能大小及电容行为、材料的氧化还原特性等等。

电化学研究中的稳态和暂态技术电化学研究是研究电化学过程和现象的一门学科，其中稳态和暂态技术是常用的研究手段。

稳态技术用于研究体系在静态状态下的电化学特性，而暂态技术则用于研究体系在动态状态下的电化学特性。

本文将分别介绍稳态和暂态技术在电化学研究中的应用和意义。

一、稳态技术稳态技术是指研究体系在静态状态下的电化学特性的方法和手段。

在电化学研究中，稳态技术被广泛应用于电化学分析、电化学腐蚀、电化学传感器等领域。

稳态技术的基本原理是通过控制电流、电压和时间等参数，使体系达到稳定状态，然后对体系进行分析和测试。

稳态技术的一个典型应用是电化学分析。

电化学分析是一种通过测量电流、电压和电荷等参数来获取样品中化学物质信息的方法。

常见的电化学分析方法包括电化学滴定、电位滴定、电解合成等。

这些方法通过稳态技术控制反应过程中的电流和电压，从而实现对样品中特定物质的定量分析。

另一个重要的应用是电化学腐蚀研究。

电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种电化学反应，通常表现为金属的电极溶解和电流的流动。

稳态技术可以用于研究金属腐蚀的动力学特性、腐蚀速率和腐蚀机理等。

通过控制电流和电压，可以模拟实际腐蚀环境中的电化学反应条件，从而更好地了解金属腐蚀的过程和机理。

稳态技术还被广泛应用于电化学传感器的研究和开发。

电化学传感器是一种利用电化学方法来检测和测量化学物质浓度、pH值、氧气含量等参数的装置。

稳态技术可以通过控制电流和电压，使传感器达到稳定工作状态，并实现对待测参数的灵敏检测和精确测量。

二、暂态技术暂态技术是指研究体系在动态状态下的电化学特性的方法和手段。

相对于稳态技术，暂态技术关注的是体系在非平衡状态下的动态响应和瞬时变化。

通过暂态技术可以研究体系的动力学特性、反应速率和电化学过程的机理等。

暂态技术在电化学研究中的应用非常广泛。

例如，在电化学反应机理研究中，暂态技术可以用于观察和分析中间体的生成和消失过程，揭示电化学反应的详细机理和反应途径。

电化学测量方法学院：化学与生物工程学院专业：应用化学班级：应化0901学号：200967090125姓名：宁波电化学测量方法概述：电极电势、通过电极的电流是表征总的、复杂的微观电极过程特点的宏观物理量。

电化学测量的主要任务是通过测量包含电极过程各种动力学信息的电势、电流两个物理量，研究它们在各种极化信号激励下的变化关系，从而研究电极过程的各个基本过程。

Summary：Electrode potential, the current passing through the electrodes is the characterization of the total, complex micro electrode process macroscopical physics quantity. Electrochemical measurement of the main task is through the electrode process kinetics of various measurements contain information potential, current two physical quantities, study them in various polarization signals under the excitation of changes, thus studying electrode process of all the basic process.测量方法分类：基于电化学的测量规律、按照对应出现的时间顺序，电化学测量大致可以分为三类。

第一类是电化学热力学性质的测量方法，基于Nernst方程、电势-pH图、法拉第定律等热力学规律；第二类是依靠单纯电极电势、极化电流的控制和测量进行的动力学性质的测量方法，研究电极过程的反应机理，测定过程的动力学参数；第三类是在电极电势、极化电流的控制和测量的同时，结合光谱波谱技术、扫描探针显微技术，引入光学信号等其他参量的测量，研究体系电化学性质的测量方法。

第三章电化学测量实验的基本知识3-2三电极两回路体系三电极体系：可同时测定和控制通过电极的电流和电位，并且有足够的测量精度。

使用超微电极作为研究电极时，可采用两电极体系。

三个电极：WE：研究电极or工作电极，该电极上所发生的电极过程是我们的研究对象。

RE：参比电极（两电极体系没有RE）用来测量研究电极电位CE：辅助电极or对电极，只用来通过电流，实现研究电极极化两个回路：极化回路(左侧)，包括P,m A,CE,WE。

电位测量回路(右侧)，包括V,RE,WE。

极化回路中有极化电流通过，因此极化电流大小的控制和测量在此电路中进行。

电位测量回路中对研究电极的电位进行测量和控制，回路中几乎没有电流通过。

极化时电极电势测量和控制的主要误差来源溶液欧姆压降：i R u=jl/κ降低溶液欧姆压降：加入支持电解质，使用鲁金(L u gg in)毛细管（最佳组合是小的球形电极和细的鲁金毛细管接近电极表面，距离为毛细管外径的两倍）（桥式补偿电路，运算补偿电路，断电流法）3-4参比电极参比电极的一般性要求：(1)电极可逆性好。

(2)不易极化。

(3)具有良好的恢复特性（温度系数小）(4)电位稳定。

(5)电位重现性好。

(6)低电阻。

(7)若电极式金属的盐或氧化物，则要求其溶解度很小。

(8)考虑使用的溶液体系的影响。

常见的水溶液体系参比电极：1)可逆氢电极，P t，H2∣H+将铂片与铂丝焊接，将铂丝严密的封入玻璃管中，再在铂片上镀上铂黑。

氢电极中毒的三种情况：•溶液中含有氧化性物•溶液中含有易被还原的金属离子•铂黑强烈的吸附能力2)甘汞电极，Hg∣Hg2C l2(s)∣C l-3)银-氯化银电极，Ag∣AgC l∣C l-准参比电极含义：采用与电池负极相同材质的金属电极直接插入电池溶液中作为参比电极使用，特点：1.无需测准确电极电势，只需知极化值。

2.无液接电势和溶液污染问题。

3.测量的准确性和稳定性好，响应速率较快。

4.可逆性好3-5盐桥盐桥的作用：1.减小液接界电势2。

电流电位法电流电位法是一种常用的电化学分析方法，通过测量电流和电位的变化来研究电极过程动力学、反应机制和物质传输等。

根据测量电流电位的方式不同，电流电位法可以分为稳态电流电位法和瞬态电流电位法。

1.稳态电流电位法稳态电流电位法是指在电极过程中没有显著的电流或电位变化，系统处于稳定状态时进行的测量。

这种方法通常用于研究电极过程的可逆性和反应机制，以及计算电极反应的动力学参数。

2.瞬态电流电位法瞬态电流电位法是指在电极过程中有瞬态电流或电位变化时进行的测量。

这种方法可以捕捉到电极过程中的动态变化，用于研究不可逆的电极过程和物质传输等。

在电流电位测量中，可以根据需要采用不同的扫描方式，如线性电位扫描、循环伏安法、脉冲伏安法、阶梯电位扫描、方波电位扫描等。

3.线性电位扫描线性电位扫描是指以恒定速度沿电极电位方向进行扫描的方法。

这种方法可以用于研究电极过程的可逆性和反应机制，以及计算电极反应的动力学参数。

4.循环伏安法循环伏安法是一种常用的电化学方法，通过在电极上施加一个周期性的电压信号，并测量相应的电流信号，以研究电极过程的动力学行为。

这种方法可以用于研究不可逆的电极过程和物质传输等。

5.脉冲伏安法脉冲伏安法是一种施加脉冲电压信号的电化学方法，通过测量相应的电流信号来研究电极过程的动力学行为。

这种方法可以用于研究脉冲充电、放电和化学反应等过程。

6.阶梯电位扫描阶梯电位扫描是指以阶梯状的电压信号沿电极电位方向进行扫描的方法。

这种方法可以用于研究物质传输和反应机制等。

7.方波电位扫描方波电位扫描是指以方波状的电压信号沿电极电位方向进行扫描的方法。

这种方法可以用于研究电极过程的反应机制和物质传输等。

除了以上方法，交流电流电位法也是一种常用的电流电位测量方法。

通过在电极上施加一个交流电压信号，并测量相应的电流信号，可以获得更多的信息，如电极过程的阻抗谱和频率响应等。

在电流电位法实验中，通常需要对电流密度和电位进行控制。

电化学测量方法 PDF一、电化学测量方法的分类 ??第一类电化学热力学性质的测量方法 ??第二类单纯依靠电极电势、极化电流的的控制和测量进行动力学性质的测量。

??第三类在电极电势、极化电流的控制和测量的同时引入光谱波谱技术、扫描探针显微技术的体系电化学性质测量方法二、电化学测量的基本原则要进行电化学测量研究某一个基本过程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他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。

三、电化学测量的主要步骤 ??1、实验条件的控制 ??2、实验结果的测量 ??3、实验结果的解析四、电化学测量的基本知识 ??1、电极电势的测量和控制 ??2、电流的测量和控制 ??3、电化学测量的基本元件介绍 1、电极电势的测量 ?当用电势差计接在研究电极和参比电极之间时测量电路中没有电流流过此时测得的研究电极电势VV开E但是使用电压表作为测量仪器电路中不可能完全没有电压VV开i测R池 i测R仪器? E所以对测量和控制电极电势的仪器有一系列的要求。

?要求测量仪器有足够高的输入阻抗以保障测量电路中的电流足够小使得电池的开路电压绝大部分都分配在仪器上同时测量电路中的电流小还不会导致被测电池发生极化干扰研究电极的电极电势和参比电极的稳定性。

?要求仪器有适当的精度、量程一般要求能准确测量或控制到1mV。

?对暂态测量要求仪器有足够快的响应速度具体测量时对上述指标的要求并不相同也各有侧重需要具体问题具体分析。

2、电流的测量和控制极化电流的测量和控制主要包括两种不同的方式 ?在极化回路中串联电流表适当选择电流表的量程和精度测量电流。

这种方式适用于稳态体系的间断测量不适合进行快速、连续的测量 ?使用电流取样电阻或电流-电压转换电路将极化电流信号转变成电压信号然后使用测量、控制电压的仪器进行测量或控制。

这种方法适用于极化电流的快速、连续、自动的测量和控制。

?另外还可能对极化电流进行一定的处理后再进行测量。

§2-1 稳态法的特点??§2-2 控制电流法与控制电位法??§2-3 三电极体系与电流和电位的测定??§2-4 稳态极化曲线的测定??§2-5 旋转圆盘电极及其应用??§2-6 稳态极化曲线的应用本章重点??基本概念：稳态法、控制电流法、控制电位法、阶跃法、慢扫描法等??恒电位仪控制电位的基本原理，恒电位仪性能评定??测量电池设计的基本要求??阶跃法与慢扫描法的测量电路图及其特点??如何选择电位测量仪器??旋转圆盘电极的特点及应用第一节稳态法的特点??一.概念??稳态：在给定的时间间隔内，电化学系统的参量（如电位、电流、浓度分布、电极表面状态等）趋于稳定，即体系的各参数变化甚微时，该体系的状态叫做电化学稳态，简称稳态。

??稳态法：在电化学过程达到稳态后，测定电流密度与电极电位（过电位）之间关系的实验研究方法。

第一节稳态法的特点??二.稳态法的特点??1.稳态法中数据测量间隔时间长为了测定稳态极化曲线，必须等电化学过程达到稳态时才可测量。

而要使电极过程达到稳态，往往需要一段时间，这个时间长短视体系和实验条件而定。

通常取决于：??双电层充电??传质过程??电极表面状态第一节稳态法的特点??2.稳态测量时，通过电极/溶液界面的外电流全部消耗于电极反应i外i反i充0；稳态法中，外电流与双电层充电、吸脱附无关，稳态电流全部由电极反应所产生，所以极化曲线完全反映电极反应过程的规律。

??3.扩散（传质）过程对稳态测量有重要影响。

第一节稳态法的特点??三.稳态测试方法分类：??按自变量的控制方式分：控制电流法与控制电位法??按自变量的给定方式分：手动逐点式、阶跃法与慢扫描法第二节控制电流法与控制电位法一.控制电流法（恒电流法）??控制流过研究电极的电流，使其按指定的规律变化，同时测量相应的电极电位的方法。

??实现稳态恒电流法的关键：对给定的每一电流值应维持恒定，使其不受电解池阻抗变化的影响。