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電化學實驗基礎之電化學工作站篇 (一)電化學工作站的基本功能和使用
來源:測試GO 時間:2021-01-20 17:20:29 瀏覽:47870次

1線性伏安測試

LinearSweepVoltammetry,LSV)

圖1IVIUMSTAT工作站LSV設置界面

電位隨時間線性變化,測量電流隨電壓變化的過程。線性伏安測試一般分為兩類:掃速足夠慢時,電極表面被認為處于穩(wěn)態(tài),這時電流隨電壓的響應曲線稱為穩(wěn)態(tài)極化曲線,簡稱極化曲線,此時的電流為法拉第電流;當掃速較快時,電極表面處于暫態(tài),我們將其稱為伏安曲線,此時的電流包括法拉第和非法拉第電流。

IVIUMSTAT工作站為例,設置界面如圖1所示:

1)選擇LinearSweep,通常選用Standard;

2)Estart為起始電壓,Eend為結(jié)束電壓,根據(jù)電解液和參比電極進行反向推算并設定,如OER一般對應RHE下1.1-2.0V,可根據(jù)需求調(diào)整;

3)Estep為測試步長,一般為1-10mv。例如圖中設置為每隔5mV測試一個點;

4)Scanrate為掃描速度。玻碳電極一般選擇5或者10mV/s,碳紙、泡沫鎳等選擇2mV/s以下;

5)CurrentRange為電流測試范圍,根據(jù)測試需求選擇。選擇越小,電流精度值越高,一般根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整為比測試結(jié)果電流略大的電流值范圍。

LSV測試注意事項:

1)在測試LSV曲線之前,通常樣品會測試若干圈CV曲線,活化樣品表面;

2)在測試前,觀察參比電極中是否存在氣泡,避免斷路;

3)在測試時如發(fā)現(xiàn)電流過大,立即停止掃描,檢查裝置是否短路;

4)在測試時如發(fā)現(xiàn)電流過小,立即停止掃描,檢查裝置是否斷路。

2循環(huán)伏安法(CyclicVoltammetry,CV)

把伏安曲線的輸入信號改成循環(huán)三角波,其響應就稱為循環(huán)伏安曲線。得到的電流電壓曲線包括兩個分支,如果前半部分電位向陰極方向掃描,電活性物質(zhì)在電極上還原,產(chǎn)生還原波,那么后半部分電位向陽極掃描時,還原產(chǎn)物又會重新在電極上氧化,產(chǎn)生氧化波。因此在一次三角波掃描后,電極完成一個還原和氧化過程的循環(huán),也因此掃描電勢范圍須使電極上能交替發(fā)生不同的還原和氧化反應,故該法稱為循環(huán)伏安法。采用循環(huán)伏安方法,一方面能較快地觀測較寬電勢范圍內(nèi)發(fā)生的電極過程,為電極過程提供豐富的信息;另一方面又能通過對掃描曲線形狀的分析,估算電極反應參數(shù)。

圖2IVIUMSTAT工作站CV設置界面

IVIUMSTAT工作站為例,如圖2所示:

1)選擇CyclicVoltammetry,通常選用Standard;

2)Estart為起始電壓,根據(jù)電解液和參比電極設定:Vertex1為頂點電壓1,根據(jù)樣品、參比電極和測試需求選擇。樣品從Estart開始掃描,在到達Vertex1時,開始反向掃描;Vertex2為頂點電壓2,通常和Estart數(shù)值相同,樣品從Vertex1反向掃描至Vertex2時,一圈掃描結(jié)束。該范圍值可參考LSV;

Nscans為掃描的圈數(shù),Scanrate為掃描速度,CurrentRange為電流測試范圍,均根據(jù)測試需求選擇。

3電化學阻抗譜(EIS)

電化學阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,簡稱EIS,也叫交流阻抗譜):給電化學系統(tǒng)施加一個頻率不同的小振幅的交流信號,測量交流信號電壓與電流的比值(此比值即為系統(tǒng)的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化,或者是阻抗的相位角Φ隨ω的變化。進而分析電極過程動力學、雙電層和擴散等,研究電極材料、固體電解質(zhì)、導電高分子以及腐蝕防護等機理。常用的電化學阻抗譜有兩種,分別為Nyquist圖、Bode圖,電化學研究中,一般Nyquist圖見較為常見。Nyquist圖中Z'(實部)與Z''(虛部)表現(xiàn)了電極表面的電子轉(zhuǎn)移電阻(Rct),其值與半圓部分的直徑相同,并可用于描述電極與電解液之間界面的特性。Nyquist圖由兩部分組成,高頻區(qū)的半圓形部分對應電子傳輸限制過程,低頻區(qū)線性部分則對應于擴散限制過程。通過計算電極表面的電子轉(zhuǎn)移電阻Rct,可以對光催化、電催化等實驗過程中的某些現(xiàn)象進行解釋。

圖3IVIUMSTAT工作站EIS設置界面

EIS的測試設置,如圖3所示:

1.采用三電極體系;

2.設置測試電壓,一般選擇電流密度在10mA/cm2處的電壓或者是開路電壓;

3.設置測試頻率,由高頻100000Hz到低頻0.01Hz,通常頻率設置為36,其他參數(shù)采用默認數(shù)值即可。

4穩(wěn)定性測試

穩(wěn)定性測試可以用采用計時電流法、計時電位法和循環(huán)伏安法來評估催化劑的穩(wěn)定性。計時電流法穩(wěn)定性測試,即通過控制工作電極的電壓保持不變,同時測定工作電極的電流隨時間的變化。計時電位法反之,即通過控制工作電極的電流保持不變,同時測定工作電極的電壓隨時間的變化。循環(huán)伏安法是通過在一定電位范圍內(nèi)進行CV掃描前后測試LSV曲線,來衡量催化劑的電化學穩(wěn)定性。計時電流法和計時電位法在測量電催化劑穩(wěn)定性時,都有一個局限,就是只能在同一電流或同一電壓下進行測量。相對而言,多步計時電流法,即控制不同電壓,同時測量流過電極的電流隨時間的變化。這樣可以測量不同電位下電催化劑的穩(wěn)定性。

圖4IVIUMSTAT工作站恒壓穩(wěn)定性測試設置界面

以計時電流法為例,參數(shù)設置界面如圖4所示:

1.選擇transients->ChronoAmperometry;

2.點擊levels,設置單一或者多步電壓,以及每個步驟對應的時間;

3.設置好之后點擊close退出;

4.設置電流范圍,防止測試中超量程;

5.點擊測試后及時查看測試是否正常再離開。最好在通風櫥內(nèi)實驗,防止氫氣聚集。

注意:長時間測試時,因為數(shù)據(jù)量過大,儀器容易死機,數(shù)據(jù)丟失,因此要注意定期檢查并保存數(shù)據(jù)!

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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