电化学方法概述硕士
电化学研究方法介绍
计时电量法是指在电势阶跃实验中将通过电极/ 溶液界面的总电量作为时间的函数进行记录，得 到了相应的电量Q-t的响应。对于扩散控制的电 极 反 应 ， 电 量 — 时 间 关 系 式 可 由 Cottrell 方 程 (1.74)积分得到：
扩散系数D的值同样可以从Q-t1/2直线斜率求得。
需要指出的是：对于扩散控制的电极反应，由于 溶液电阻和双电层的存在及仪器的限制，单电势 阶跃实验有效的时间范围在几十微秒到200s之间。 同时，与计时电流法相比，计时电量法的优点是： 由于电量是电流的积分，在很短的时间内电量受 双电层的影响，但在长时间范围内充电电流等对 总电量的影响很快就可以忽略，这样得到的结果 就会更真实；而且双电层充电和吸附物质对总电 量的贡献可以与反应物的扩散区别开来：对于双 电层充电和吸附物质存在时的单电位阶跃实 验．公式(1.75)；T表达为：
对于符合Nernst方程的电极反应(可逆反应)，其 阳极和阴极峰电位差在25℃为
25℃时峰电位与标准电极电势的关系为
式 中 E 为 氧 化 还 原 电 对 的 标 淮 电 极 电 势 ， Dox, DRed，分别为氧化态物种和还原态物种的扩散系 数，n为电子转移数。
25℃时氧化还原峰电流ip可表示为：
单电势阶跃是指在暂态实验开始以前，电极 电势处于开路电位，实验开始时，施加于工作 电极上的电极电势突跃至某一指定值，同时记 录电流—时间曲线(计时电流法)或电量—时间 曲线(计时电量法)．直到实验结束为止。图 1.15为单电位阶跃实验的电势—时间曲线和得 到的相应的电流—时间响应曲线。
刚开始时电流迅速增加达到最大值，此 时暂态电流可能由于双电层充电引起，达到 最大值后电流又随时间延长而下降，说明电 极反应可能是扩散控制或电化学步骤和扩散 联合控制。通过分析实验得到的电流—时间 曲线同样可以确定电极反应的机理和测定动 力学参数等，本部分只介绍扩比电极系统 使用参比电极是为了提供一个不随电流大小和实验条
电化学研究方法介绍
电化学研究方法简单地讲可以分为稳态和暂态 两种。稳态系统的条件是电流、电极电势、电极表 面状态和电极表面物种的浓度等基本上不随时间而 改变。对于实际研究的电化学体系，当电极电势和 电流稳定不变(实际上是变化速度不超过一定值)时， 就可以认为体系已达到稳态，可按稳态力法来处理。 需要指出的是：稳态不等于平衡态，平衡态是稳态 的一个特例，稳态时电极反应仍以一定的速度进 行．只不过是各变量(电流、电势)不随时间变化而 已；而电极体系处于平衡态时．净的反应速度为零； 稳态和暂态是相对的言的，从暂态到达稳态是一个 逐渐过渡的过程。
现代的电化学测试装置一般包括恒电势仪以及能控 制其工作的计算机、并配合相关的测试软件。实验者 只需准备好所研究的电极体系．通过计算机输入相关 的实验参数，计算机就可以控制数据的采集，并根据 需要画出图形。高级的软件还有数据处理功能。使得 电化学研究变得更加方便快捷。
1 稳态和暂态
电极过程是一种复杂的过程，电极反应总包含有 许多步骤。要研究复杂的电极过程，就必须旨先分析 各过程及相互间的联系，以求抓住主要矛盾：—般来 说，对于一个体系的电化学研究，主要有以下二个步 骤，即实验条件的选择和控制．实验结果的测量以及 实验数据的解析。实验条件的选择和控制必须在具体 分析电化学体系的基础上根据研究的目的加以确定， 通常是在电化学理论的指导下选择并控制实验条件， 以抓住电极过程的主要矛盾，突出某一基本过程。在 选择和控制实验条件的基础上以运用电化学测试技术 测量电势、电流或电量变量随时间的变化，并加以记 录，然后用于数据解析和处理，以确定电极过程和一 些热力学、动力学参数等。
对于恒电流电解实验，施加于工作电极上的 氧化或还原电流随时间的延长、工作电极表面还 原态物种或氧化态物种浓度逐渐降低，直到为零， 此时电极电势将快速地向更正电位或更负方向变 化，直到另一个新的氧化或还原过程开始为止。 施加恒电流后到电位发生转换的那段时间称为过 渡时间。过渡时间与物种浓度相扩散系数有关。 通过实验得到的电势-时间曲线，同样可以判别 电极反应的可逆性和反应机理，计算有关的动力 学参数。
第1节 电化学分析法概述.ppt
2.电解与库仑分析法
电解分析： 在恒电流或控制电位 条件下，使被测物质在电极上析出，实 现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法： 电解过程中在阴 极上析出的物质量通常可以用称重的方 法来确定。
库仑分析法： 依据法拉第电解定 律，由电解过程中电极上通过的电量确 定电极上析出的物质量的分析方法
控制和在线分析。 （3）应用广泛
传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析；药物分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 活体分析。
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4. 电化学分析的学习参考资料
General Books:
1* A.J.Bard and L.R.Faulkner, Electrochemical methods, fundamentals and applications, Wiley, New York, 1980(2nd Edition, 2001) 电化学方法－原理和应用，邵元华等译，2005年5月，化学工业出版社
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Series（丛书）
1. Electroanalytical Chemistry, ed. A.J.Bard 2. Modern Aspects of Electrochemistry, eds. J.O'M.Bockris, B.E.Conway, et al.,
Journals（学术期刊）
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4. 现代电分析方法
时间和空间上体现“快”，“小” 与“大” 。 （1）化学修饰电极（chemically modified electrodes）
这种技术是20世纪80年代发展起来的。 （2）生物电化学传感器（Biosensor） （3）光谱电化学方法 （ Electrospectrochemistry） （4）超微电极（Ultramicroelectrodes）、芯片电极（chip
3版仪器分析第1节-电化学分析法概述课件
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3. 电化学分析法的特点
（1）灵敏度、准确度高，选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。
（2）电化学仪器装置较为简单，操作方便 直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动
控制和在线分析。 （3）应用广泛
传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析；药物分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 活体分析。
高频电导分析
特点：溶液与电极不直接接触；
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三、电化学分析的应用领域
application fields of electrochemical analysis
1.化学平衡常数测定 2.化学反应机理研究 3.化学工业生产流程中的监测与自动控制 4.环境监测与环境信息实时发布 5.生物、药物分析 6.活体分析和监测（超微电极直接刺入生物体内）
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内容选择
第一节 电化学分析概述
generalization of electro-chemical analysis
第二节 化学电池与电极电位
electrochemical cell and electrode potential
22:57:55
结束
学习目标
1、复述故事，深入理解文章内 容，初步把握人物形象。
22:57:54
5. 电化学分析的学习参考资料
(1)《电化学分析导论》，科学出版社，高小霞等，1986 (2)《电化学分析》，中国科大出版社，蒲国刚等，1993 (3)《电分析化学》，北师大出版社，李启隆等，1995 (4)《近代分析化学》，高等教育出版社，朱明华等，1991
考研电化学知识点详解
考研电化学知识点详解电化学是化学与电学相结合的一门学科，研究化学反应中电子在电极上的传递过程和电荷转移现象。
在考研化学中，电化学是一个重要的考点，了解电化学的相关知识点对于顺利通过考试至关重要。
本文将对考研电化学的知识点进行详细解析，帮助考生理解和掌握相关内容。
一、电解质电解质是指能在溶液中或熔融状态下产生离子的物质。
根据电离度的不同，电解质可分为强电解质和弱电解质。
1. 强电解质强电解质在水溶液中或熔融状态下完全离解，并能形成可控制的离子浓度。
常见的强电解质包括无机酸、无机碱、盐类等。
2. 弱电解质弱电解质在水溶液中或熔融状态下只部分离解，并不能形成可控制的离子浓度。
常见的弱电解质包括有机酸、有机碱、酒精等。
二、电解池电解池是进行电解反应的装置，一般包括电解质溶液、电极和外部电源。
1. 电解质溶液电解质溶液是电解池中用于导电的溶液，其中溶解了电解质。
通过控制电解质溶液的浓度和配比，可以改变电解反应的速率和效果。
2. 电极电极是电解池中与电解质溶液相接触的两个导电材料，分为阳极和阴极。
阳极是电子的流出方向，阴极是电子的流入方向。
三、电解过程电解是指在外加电动势下，电解质中的阳离子和阴离子通过电子转移的过程。
电解过程中主要涉及电子的传递、离子的迁移和氧化还原反应等。
1. 电子的传递在电解过程中，电子从阴极流入电解质溶液，供给离子的还原反应。
而在阳极，由于还原反应需要电子，所以发生氧化反应，电子流出电解质溶液。
2. 离子的迁移在电解质溶液中，离子会沿着电场方向移动，向着有相反电荷的极移动。
正离子向阴极移动，负离子向阳极移动。
3. 氧化还原反应电解过程中伴随着氧化还原反应，即离子的电荷转移现象。
氧化是指物质失去电子，还原是指物质得到电子。
电极的氧化还原反应决定了离子的电荷变化和电解过程的进行。
四、电解过程中的规律1. 法拉第定律法拉第定律是描述电化学反应的速率与电流的关系。
根据法拉第定律，电流量与反应速率成正比。
电化学方法原理和应用
电化学方法原理和应用电化学方法是一种利用电化学原理进行分析、检测和研究的方法。
它主要包括电化学分析、电化学合成和电化学腐蚀等方面。
电化学方法在化学、生物、环境等领域有着广泛的应用，具有灵敏度高、选择性好、操作简便等优点，因此备受研究者的青睐。
电化学方法的原理主要基于电化学反应和电化学技术。
电化学反应是指化学反应伴随着电子转移的过程，包括氧化还原反应、电解反应等。
电化学技术则是利用电化学反应来进行分析或合成的技术手段，包括电化学分析、电沉积、电解等。
电化学方法的基本原理是通过电极与被测物质发生电化学反应，测量电化学参数来获得被测物质的信息。
在电化学分析方面，电化学方法可以用于测定物质的浓度、纯度、活性等。
常见的电化学分析方法包括电位滴定、极谱分析、电化学传感器等。
其中，电位滴定是通过测量电极电位的变化来确定被测物质的浓度，具有灵敏度高、准确度好的特点。
极谱分析则是利用电化学技术对被测物质进行定量或定性分析，具有操作简便、快速准确的优点。
电化学传感器则是利用电化学原理制成的传感器，可以实现对溶液中各种离子、分子的快速准确检测，被广泛应用于环境监测、生物医学等领域。
在电化学合成方面，电化学方法可以用于合成各种化合物、材料。
电化学合成是指利用电化学技术进行合成反应的过程，包括电沉积、电解等。
电沉积是指利用电流在电极上沉积物质的过程，可以用于金属镀覆、合金制备等。
电解则是指利用电流在电解槽中进行化学反应的过程，可以用于氧气、氢气等气体的制备，也可以用于有机物的电化学合成。
在电化学腐蚀方面，电化学方法可以用于研究材料的腐蚀行为、腐蚀机理等。
电化学腐蚀是指在电化学条件下材料与介质发生的腐蚀现象，包括金属腐蚀、缓蚀剂研究等。
电化学方法可以通过测量腐蚀电流、极化曲线等参数来研究材料的腐蚀性能，为材料的防腐蚀提供理论基础。
总之，电化学方法是一种重要的分析、合成和研究手段，具有广泛的应用前景。
随着电化学原理的深入研究和电化学技术的不断发展，电化学方法将在化学、生物、环境等领域发挥越来越重要的作用。
研究生电化学知识-概述说明以及解释
研究生电化学知识-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：电化学是研究电荷传递过程和化学反应之间关系的学科。
在研究生教育中，电化学作为一门重要的学科，为理解和探索化学反应提供了重要的工具和方法。
通过掌握电化学基础知识和实验技术，研究生能够更深入地理解物质的化学性质和反应机制。
本文将首先介绍电化学的基础知识，包括电化学反应动力学、电极反应机理等内容。
然后探讨电化学在研究生教育中的重要性，以及电化学实验技术与应用在研究生教育中的作用和意义。
最后总结电化学在研究生教育中的重要性，并展望未来电化学研究的发展方向。
通过本文的阐述，希望能够加深对电化学的理解，提高研究生的学术能力，促进电化学领域的发展和研究生教育的提升。
1.2 文章结构文章结构部分是研究生电化学知识的重要组成部分，它包括了电化学基础知识、电化学在研究生教育中的重要性和电化学实验技术与应用等内容。
通过对这些内容的探讨和分析，读者将能够更好地了解电化学在研究生学习和科研中的作用，为他们在这一领域的学习和研究提供支持和指导。
因此，本文将以这三个主要部分展开讨论，希望能够为读者提供清晰的知识结构，有助于他们更好地理解和掌握电化学知识。
1.3 目的本文旨在深入探讨研究生电化学知识，旨在为研究生提供全面系统的电化学基础知识，帮助他们更好地理解电化学的原理和应用。
同时，通过分析电化学在研究生教育中的重要性，探讨电化学实验技术与应用，旨在拓展研究生对电化学相关领域的知识和技能，为其未来的学术研究和职业发展打下坚实基础。
通过本文的研究，我们希望能够启发更多研究生对电化学这一重要领域的兴趣，促进学术交流，推动科学进步。
2.正文2.1 电化学基础知识电化学是研究电荷在电解质溶液和电极表面之间传递的过程的学科。
这一领域涉及电化学反应、电位、电流等基本概念。
在研究生阶段，对电化学基础知识的理解是至关重要的，因为这些知识将为进一步深入研究提供基础。
电化学反应电化学反应是在电解质溶液中或电极表面上发生的化学反应，其过程涉及电子转移和离子传递。
第一章电化学研究方法概述
师傅引进门 修行在个人
2020/9/19
Seminar 1
Applied Electrochemistry Center
§1.2 电化学科学的发展简史
一、电化学热力学发展（1799~1905） 1799 因伽伐尼，伏打发明第一个化学电源 1800 尼克松发明电解水 1833 法拉第定律发现 (戴维/法拉第\\霍普金斯/麦克斯韦) 1870 亥姆荷茨提出双电层概念 1889 能斯特提出电极电位公式 1905 塔菲尔提出塔菲尔公式
课程性质、学时与安排
本课程是面向应用电化学专业 及电化学相关专业方向本科生 和硕士研究生的课程。
2020/9/19
Seminar 1
Applied Electrochemi测量概述 第2章 电化学体系的数学描述 第3章 电化学测量实验的基本知识 第4章 稳态测量方法 第5章 暂态测量方法总论 第6章 控制电流阶跃暂态测量方法 第7章 控制电势阶跃暂态测量方法 第8章 线性电势扫描伏安法 第9章 脉冲伏安法 第10章 交流阻抗法 第11章 电化学测量仪器的基本原理 第12章 电化学扫描探针显微技术 第13章 光谱电化学技术及其它联用表征技术
业出版社，1986.10 《电化学原理》，李荻主编，北航出版社，1999.8 《腐蚀电化学》，曹楚南，化学工业出版社，1994 《金属腐蚀研究方法》，吴荫顺等编，冶金工业出版社，1993年5月 《电化学》，吴辉煌 主编，化学工业出版社，2006年 《应用电化学》，杨辉 等 编著，科学出版社，2002年
2020/9/19
Seminar 1
2020/9/19
Applied Electrochemistry Center
德国科学家（Gerhard Ertl）因对固体表面化学 研究取得的杰出成就荣获 本年度诺贝尔化学奖。
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自动电位和电流零位调整
电位和电流测量低通滤波器,自动或手动设置，
覆盖八个数量级的频率范围
旋转电极控制输出:0-10V(以上型号)
电解池控制输出:通氮，搅拌，敲击
最大数据长度:128,000点-4,096,000点可选择
仪器尺寸:(宽)(深)(高)
仪器重量:
Gamry
2.2 电化学测试有效性的检测 体系响应异常的可能性：恒电位仪器故障/电解池故障 1.电子元件等效电路取代电解池方法 2.电化学阻抗高频响应进入第VI象限 3.频率响应分析仪连接错误 4.辅助电极和工作电极问题
电化学方法概述硕士
2020年4月23日星期四
2.1 腐蚀电化学实验技术
1. 腐蚀电极体系 2. 电解质溶液 3. 研究电极 4. 辅助电极 5. 参比电极 6. 电解池 7. 盐桥 8. 电化学测量仪器
1. 腐蚀电化学测量体系
① 电极电位和电流、电流密度等 ② 三电极体系： 工作电极：金属电极、汞电极、碳电极；可重现表面； 辅助电极：实现对工作电极的极化；大面积以降低极化；产物无影响； 参比电极：电位测量标准；可逆不极化电极；稳定性、重现性、恢复性；
8. 恒电位仪的性能指标
电解池等效电路检测恒电位仪性能可避免电解池电化学反应变化引起的影响。
① 分辨率：电流分辨率/电位分辨率/数据采集分辨率 ② 输入阻抗：高阻抗有利于测量微弱电流； ③ 漂移：基准电位、电位和电流检测表零点漂移。 ④ 负载特性：极化电流变化到额定值时工作电极电位的变化情
况即为恒电位仪的跟随特性
5. 参比电极问题 6. 电解池设计和电极位置 7. 溶液电阻对稳态测量影响 8. 溶液电阻对暂态测量影响
2.3 稳态腐蚀电化学技术
1. 电极过程对极化的暂态和稳态响应： 电极过程由多个速度不同基元步骤组成，并具有阻抗成分。
响应电流中，在达到稳态后，非法拉第电流为零。
2. 稳态极化电极过程特征 双电层充电步骤、电化学步骤、离子导电步骤、反应物/产物扩散步骤。 电化学极化：电化学控制；影响因素为i0，T，1,，表面活性 物质吸脱附；
⑤ 响应时间：频率响应特性。 ⑥ 容性负载允许范围：电容变化会引起高频
振荡，适应电容变化的的范围。
*最大功率：
200W
P4000
*最大输出电压： ±48V
*最大输出电流： ±4A
最小电位分辨率： 300nV
*电流量程范围 40pA4A 12档
电流分辨率
1/32000全程
最小电流量程： 40pA
最小电流分辨率： 1.2fA
恒电位仪带宽 >10MHz
*输入阻抗
>1013Ω
*最大采样频率： 1MS/s
*电化学交流阻抗测试范围： 10uHz―5MHz
交流电压幅值范围： 0.1mV-1V
带宽噪声滤波 7个
IR补偿
正反馈
有
动态补偿
有
接口
辅助电压输入接口
缓存：4M
恒电位仪
CHI
电位范围:
10V
电位上升时间: <1微秒
槽压:
12V
3. 工作电极
① 固体金属电极 选择要点：重现性和稳定性； 电流响应与表面状态； 表面与处理；
② 电极制备和封装 电极：连接、封装、净化（Pt：热稀NaOH-热浓硝酸 -蒸馏水） 环氧树脂固化封装、清漆、石蜡 电极边缘缝隙影响：反应面积改变、缝隙腐蚀；
③ 电极表面预处理： 机械预处理 化学预处理 电化学预处理
钢
6. 电解池设计
① 材料：玻璃、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）； ② 设计：容量、辅助电极形状和位置、参比电极和
鲁金毛细管位置
7. 电化学实验操作要点
① 电化学仪器选择 ② 实验参数选择 ③ 实验异常 ④ 噪声
8. 电化学测试基本仪器——恒电位
原理：深度电压/电流负反馈 结构：极化回路+测量回路
1. 腐蚀电化学测量体系
③ 极化回路和测量回路 ④ 二电极体系：参比电极连接辅助电极；
电解池等效电路及其条件简化
全电解池 理想辅助电极 忽略扩散
稳态过程
2. 电解质溶液 ① 水溶液： ② 有机溶剂： a. 溶解水不溶物质；与水反应的物质； b. 乙腈、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲醇、四氢呋喃 ③ 熔盐电解质：冰晶石、NaCl
低电流密度下，与i正比； 高电流密度下，与lgi正比；
浓差极化：浓差控制；影响因素为a，，T，D;
混合极化：电化学/浓差混合控制； 改变可以改变两者控制比例； 根据极化曲线特征判断电极反应控制步骤和反应机
电荷移动速度k和传质速度m对极化曲线影 响
半对数极化曲线中Tafel区和浓差极化区
电化学极化和浓差极化特征比较
电化学极化
浓差极化
极化曲线形式 流动对电流密度影响
电流范围:
250mA
参比电极输入阻抗:11012欧姆
灵敏度:
1/V共12档量程
输入偏置电流: < 50pA
电流测量分辨率: <0.01pA
CV的最小电位增量: 0.1mV
电位更新速率: 5MHz
快速数据采集: 16位分辨@1MHz
外部电压输入信号记录通道
自动及手动iR降补偿
ZAHNER
CV和LSV扫描速度:0.000001-5, 玻碳电极：
酚醛聚合物高压加热1000C以上在惰性气氛中碳化 获得各向同性玻璃碳； 性质：导电性高、热胀系数小、坚硬、化学稳定、纯 度高、类似铂电极、用于电沉积和修饰电极；
⑥ 碳糊电极：碳粉和液体胶黏剂混合，装入 聚四氟乙烯管或玻璃管中；制作简单，重 现性好。
⑦ 汞电极：固体电极易污染，汞电极表面易 更新
电位扫描时电位增量:0.1mV@500V/s
CA和CC脉冲宽度:0.0001-1,000sec
CorrTest
CA和CC阶跃次数:320
DPV和NPV脉冲宽度:0.0001-10sec
SWV频率:1-100kHz
ACV频率:0.1-10kHz
SHACV频率:0.1-5kHz
IMP频率:0.00001-100kHz
4. 参比电极
① 基本要求：理想不极化可逆电极 ② 氢电极SHE：使用维护复杂 ③ 甘汞电极SCE
④ 硫酸亚汞电极：硫酸盐溶液；
⑤ 氧化汞电极：碱性溶液 ⑥ 氯化银电极：高温稳定性好；Br- 敏感，
光照；
⑦ 简易参比电极:土壤CuSO4、电池Cd、同 材料参比；
⑧ 盐桥
5. 辅助电极
① 基本要求：面积大 ② 常用材料：铂片、铂网、镀铂钛网、石墨、不锈