电化学工作站与xrd分析讲解.pptx

电化学及XRD相关知识探讨 电化学工作站原理 电化学实验注意事项 电化学数据分析 XRD数据分析 目录 电极 导体或半导体，导电、与溶液形成界面，界面是电化 学反应发生的重要场所 一、电化学工作站基本原理 工作电电极 • 被研究的电极 • 固体金属电极、液 体金属电极、碳电 极 对电对电 极/辅辅助电电 极 • 对电极/辅助电极： 电流通道构成导 电回路，电势必须 稳定，一般是惰性 材料，例如Pt、C棒 电极 参比电电极 • 是电极电势的参考 点，不是极化电 极 • 例如饱和甘汞电极 1、电极及其组成 高频响应进入第四相区：恒电位仪/参比电极响应速度不够导致相移 参比电极 准确性稳定性低内阻0Ω 对测试体 系无影响 一、电化学工作站基本原理 2、参比电极的特性 3、常见的参比电极 饱和甘汞电极，VSCE 饱和甘汞电极的电势随温度升高而降低 控制放大器：控制工作电极与参比电极之间的电位 电流电压转换器：测量工作电极和对电极之间的电流 恒电位仪静电计：测量工作电极与参比电极之间的电位差 控制电位检测电流 恒电位计 控制电位检测电流 控制两个电极之间电位差 为0，检测电位和电流 恒电流计零电阻电流计 一、电化学工作站基本原理 4、电化学工作站的基本组成 一、电化学工作站基本原理 5、三电极两回路，构成电解池 1、工作电极、辅助电极、极化电源构成回路测电流 2、工作电极、参比电极、电位计测电压 1 2 工作电极-参比电极-辅助电极 电流回路 测量回路 一、电化学工作站基本原理 6、电化学阻抗普 电化学阻抗谱的测量方法：扰动和响应的可靠测量技术 电化学阻抗谱解析方法：动力学模型解析，等效电路图解析 因果性：响应信号和扰动信号存在因果关系，响应信号只是扰动信号的响应， 而非其他信号的（如噪声）的响应 线性：响应信号与扰动信号存在同频率线性函数 稳定性：扰动信号不会引起系统内结构的变化，停止扰动后能够恢复初始状态 电化学阻抗测量仪器和方法=扰动产生+响应测量 三电极系统-研究电极、辅助电极、参比电极、电解池电解质溶液 恒电位仪：控制电位/电流 FRA-信号发生器+频率响应分析仪 一、电化学工作站基本原理 7、溶液界面结构 一、电化学工作站基本原理 ●金属中的电流为电子电流，溶液中的电流为离子电流， 电子不能在溶液中流动，而离子也不能在金属中流动， 电极反应是在电极/溶液界面上进行的异相反应，实现 电流 的连续性，电流流经界面必须转换电流形势，两者 在溶液/金 属界面进行氧化还原转化。

●电荷在金属表面膜流动方式取决于膜的结构 致密钝化膜中按P或N型半导体导电 在金属/溶液界面上的荷电物质的定向排列称为电解质双电层 8、双电层 腐蚀过程腐蚀过程腐蚀过程———电化学阻抗谱电化学阻抗谱电化学阻抗谱———等效电路等效电路等效电路 关系关系关系 EIS 阻抗谱谱 ECQ 等效电电路 BCP 黑箱腐蚀过蚀过 程 一、电化学工作站基本原理 腐蚀电化学过程和等效电路过程的电流响应的相关特性 相同点： 电化学过程和等效电路中电流-电位关系都遵守电路基本规律 1）电化学过程和等效电路过程都存在电荷流动现象 2）电化学过程连续过程/平衡等效电路串联电路/并联电路 3）电化学过程一端为本体溶液，另一端为金属电极，等效于电路的输入和输出端 4）电中性原理：电路中不存在净电荷积累，总正电荷=总负电荷，保证电流连续性 5）电流方向规则：正电荷流动方向为电流正方向 6）欧姆定律 7）节点电流定律∑ I=0；回路电位定律∑ U=0 8）电化学过程和等效电路过程包含±电阻成分±电抗成分，具有类似交流响应 一、电化学工作站基本原理 不同点 1）电荷流动结构 2）电荷流动载子性质 等效电路电荷集中元件和导线中流动，定态下稳定不变 等效电路中均为金属导体，电荷载流子均为电子 3）电荷流动界面转换 4）电荷流动时间演化 一、电化学工作站基本原理 A、等效电阻R 在Nyquist图上，他只能用实轴上的一个点来表示，在Bode图上是平行于横轴的直线， 当R0， φ=0， R0， φ=π。

B、等效电容C 在Nyquist图上，它是虚轴上的一段直线，在Bode图上是一条斜率为-1的直线， 它的幅角为π/2 C、等效电感L 在Nyquist图上，它是虚轴上的一段直线，在Bode图上是一条斜率为+1的直线 ， 它的幅角为-π/2 D、常相位角元件（CPE）Q 参数Y0~C，n弥散系数; 若n=0，n~R;若n=1,n~C；若n=-1,n~L 在Nyquist图上，为第一象限倾斜角为φ的直线，在Bode图上是一条斜率为-n的直线， 它的幅角为-π/2 9、等效元件 一、电化学工作站基本原理 10、电化学等效电路 Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗 Zj一般不是纯电容或纯电阻， 需要用阻抗表示电极上进行 一个独立的电化学反应，就可 以用一个Faraday阻抗ZF表示 界面总的过电势等于电化学极化过电势 和浓差极化过电势之和 一、电化学工作站基本原理 10.1 理想极化电极的电化学阻抗谱 Bode a) 高频区， lglZl是一条平行于横轴lgω b）低频区， lglZl是一条斜率 为-1的直线 理想极化电极， 电极上不发生电极极化所以iF为0. 即RL串联Cd。

Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗 一、电化学工作站基本原理 10.2 溶液电阻可以忽略，无扩散阻抗时，电化学极化的电化学阻抗 Bode a) 高频区，lglZl是一条斜率为-1的直线 b）低频区， lglZl是一条平行于横轴lgω的直线 ， lglZl =lg Rp RL=0，扩散阻抗Zw=0， 所以 ZF=Rp+Zw=Rct Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rr电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗 一、电化学工作站基本原理 10.3 溶液电阻不能忽略无扩散阻抗的电化学极化电极的电化学阻抗谱 Bode a) 高频区， lglZl是一条平行lgω的直线， lglZl =lg RL b) 低频区， lglZl是一条平行lgω的直线， lglZl =lg（ Rp+RL） ZF=Rp+Zw=Rct Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rp电化学反应电阻，Zw浓差极化阻抗 一、电化学工作站基本原理 10.4 电化学极化和浓差极化同时存在的电极电化学阻抗谱 Bode a) 高频区，相当于浓差极化可以忽略 b) 低频区， 斜率是-1/2的直线 ZF=Rp+Rw+Zcw Cd纯电容， RL溶液电阻 ， Rp电化学反应电阻，Rw浓差极化电阻， 11、同一等效电路具有不同的阻抗响应（2RC并联） 一、电化学工作站基本原理 11、同一等效电路具有不同阻抗响应（3RC串联） 一、电化学工作站基本原理 电极接头是测量回路的一部分 鳄鱼夹、柱状电极接头锈蚀，锈蚀产生的产物导电性能差，锈蚀严重的部分必须更换 ， 注意清洁电极。

1、电极接头 2、参比电极内阻过大 多孔材料堵塞 ，污污染物吸附 参比电电极有气 泡，有结结晶 过细过长过细过长 的鲁鲁 金毛细细管 二、电化学检测注意事项 极化曲线不平滑，数据点扰动 参比电极有问题，阻抗试验可能会出现过载提示，以及红点 3、参数 Step size：1—5mv Step size 2 mv时，扫速600 V/S 4、电极线有问题 电位漂移（测电压的回路有问题）；电流总是0（测量电流的回路有问题）；出现CA OVLD 万用表检 查电极线 . WE绿色、CE红色：0 Ohms . WS蓝色、RE白色：~260Ohms 二、电化学检测注意事项 很高的电阻，意味着线断了 5、过载提示 • 电极面积大，电流太大，超过仪器量程；选的档位不合适； 噪音干扰太大也会出现这种提示 • 测电位的回路线没连好；超过仪器测量范围；RE问题 • 测电位的回路线路没连好，或者CE线有问题； I OVLD V OVLD CA OVLED 三、电化学数据分析 1、ocp 开路电位的值是由两个或多个电极半反应系统决定 稳定的开路电位表示，腐蚀系统达到了稳定的状态， 但是这可能需要数小时或几天， 如果开路电位值不稳定，就不能开始进一步的实验。

三、电化学数据分析 2、Tafel扫描电位范围的确定 E ∈ Eocp±0.3 三、电化学数据分析 3、如何选择Nyquist曲线 同种材料 不同种材料 四、XRD数据分析 1、Mg三强峰，及峰位 四、XRD数据分析 2、CaO三强峰，峰位 四、XRD数据分析 首先把数据都读出来 3、同时看几个数据 按着Ctrl点击想看的数据 四、XRD数据分析 3、同时看几个数据 参考书 。