电化学的原理及应用.doc

电化学的原理及应用 学号：113140301 姓名：胡发志 摘要：本文简要的介绍了关于电化学工作站的主要组成和相关原理，总结了近几年有关电极测试和修饰方面的方法和技术，结果发现，由于汞的污染性和汞膜镀电极的不灵敏性，目前对于汞膜镀电极的研究越来越少，对于铋膜和锑膜镀电极的研究较多，而且电极重现性及灵敏度都相对较高。另外，运用电化学工作站体系测试方便简洁，成本较低，并适合多项研究和实际应用。 关键词：电化学 镀铋膜 电化学工作站 概述 1.1电化学工作站 电化学工作站（Electrochemical workstation） 电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学常用的测量设备。将这种测量系统组成一台整机，内含快速数字信号发生器、高速数据采集系统、电位电流信号滤波器、多级信号增益、IR降补偿电路以及恒电位仪、恒电流仪。可直接用于超微电极上的稳态电流测量。如果与微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流。如果与大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±2A。某些实验方法的时间尺度的数量级可达l0倍，动态范围极为宽广。可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等测量。工作站可以同时进行四电极的工作方式。四电极可用于液/液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差。仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号，例如光谱信号等。这对光谱电化学等实验极为方便。 　　电化学工作站已经是商品化的产品，不同厂商提供的不同型号的产品具有不同的电化学测量技术和功能，但基本的硬件参数指标和软件性能是相同的。 电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现，二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。因而电化学往往专指“电池的科学”。 1.2 三电极体系 电极（electrode）是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系。相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。 工作电极：又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是：工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。（1）所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定；（2）电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应；（3）电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。 辅助电极：又称对电极，辅助电极和对电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应， 以使电解液组分不变， 即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。 但减少辅助电 极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、 多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离 两电极区的溶液。 为了避免辅助电极对测量到的数据产生任何特征性影响，对辅助电极的结构还是有一定 的要求。 如与工作电极相比， 辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工 作电极上。辅助电极本身电阻要小，并且不容易极化，同时对其形状和位置也有要求。 参比电极: 是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极。 参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。在控制电位实验中，因为参比半电池 保持固定的电势，因而加到电化学池上的电势的任何变化值直接表现在工作电极/电解质溶 液的界面上。实际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离的 双重作用。 参比电极需要具备的一些性能：(1)具有较大的交换电流密度，是良好的可逆电极，其 电极电势符合 Nernst 方程; 2) 流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状; 3) 应具有良好 的电势稳定性和重现性等。 参比电极的种类：不同研究体系可选择不同的参比电极。水溶液体系中常见的参比电极 有:饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl 电极、标准氢电极(SHE 或 NHE)等。 1.3电化学发展史 1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，一般认为这是电化学的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”，即现今所谓“伏打堆”。这是化学电源的雏型。在直流电机发明以前，各种化学电源是唯一