第八章 交流阻抗法.pdfVIP

一、 概述 二、电化学极化下的交流阻抗 三、存在浓差极化的交流阻抗 四、各种电极的阻抗与复平面 五、交流阻抗数据测量及实验注意事项 六、电化学阻抗谱的数据处理与解析 七、 交流阻抗的应用 电化学测量技术 1 一、概述 1、交流阻抗测量法含义 交流阻抗法（alternating current impedance, AC impedance ）是指控制通过电化学系统的电流 （或电势）为小幅度正弦交流信号，同时测量相 应的系统电势（或电流）随时间的变化，或者直 接测量系统的交流阻抗（或导纳），进而分析电 化学系统的反应机理、计算系统的相关参数。 电化学测量技术 2 交流阻抗法包括两类技术 电化学阻抗谱：（electrochemical impedance spectroscopy, EIS） 是在某一直流极化条件下，特别是在平衡 电势条件下，研究电化学系统的交流阻抗随频 率的变化关系。 交流伏安法：（AC voltammetry） 是在某一选定的频率下，研究交流电流的 振幅和相位随直流极化电势的变化关系。 电化学测量技术 3 2、阻抗与导纳 一个未知内部结构的物理系统就像一个黑箱，其内部结构 是未知的。 从黑箱的输入端施加一个激励信号（扰动信号），在其输 出端得到一个响应信号。 激励信号 物理系统 响应信号 或扰动信号 （电化学系统） 一个系统的传输函数是由系统的内部结构所决定的。 通过对传输函数的研究，可以研究物理系统的性质，获得 关于这个系统内部结构的有用信息。 电化学测量技术 4 如果扰动信号是一个小幅度的正弦波电信号，那么响应信号 通常也是一个同频率的正弦波电信号，此时传输函数G (ω) 被称为频率响应函数或简称为频响函数。 Y (响应信号)=G (ω) X (激励信号) 若：X 为正弦交流电流信号；Y为正弦交流电势信号； G (ω) 为阻抗 （impedance）, 用Z表示。 若：X为正弦交流电势信号；Y为正弦交流电流信号； G (ω)为导纳 （admittance），用Y表示。 Z, Y合称为阻纳 （immittance）。 电化学测量技术 5 阻纳是一个频响函数，是一个当扰动与响应都是电 信号而且两者分别为电流信号和电压信号时的频响函数。 由阻纳的定义可知，对于一个稳定的线性系统，当 响应与扰动之间存在唯一的因果性时，G 与G 都决定 Z Y 于系统的内部结构，都反映该系统的频响特性，故在GZ 与G 之间存在唯一的对应关系： Y Gz = 1/ Gy G是一个随频率变化的矢量。 要保证测量的频响函数有意义，保证X, Y是同一频率的 正弦波信号，需满足三个基本条件。 电化学测量技术 6 3 、电化学阻抗谱的基本条件 因果性条件。当用一个正弦波的电位信号对电极系统进 行扰动，因果性条件要求电极系统只对该电位信号进行 响应。