电化学工作站原理及应用.ppt

一、恒电位仪的原理溶液等效电路与三电极体系两电极体系+-E两电极体系常用于工业电解、电镀、电合成以及电池。但在基础理论研究中并不适用电极等效电路⊕⊕⊕⊕⊕------XERfCdRl紧密层E？Cd:双层电容;Rf：法拉第电阻;Rl：溶液电阻界面电位～电化学特性的关系是电化学研究中的核心部分三电极体系E’？?恒电位仪CEREWEEi=0iRE要求：电极电位非常确定、稳定。常用饱和甘汞电极（SCE），Ag/AgCl，可逆氢电极(RHE)，以及某些金属，如Pt、Ag等恒电位仪可以控制单根电极的界面电位，从而研究它的电化学特性。CE一般只要求化学/电化学稳定性好，表面积较大，如Pt黑、C等123～～132现代恒电位仪的结构框图计算机单片机缓存A/DD/A电流转化恒电位电路通讯协议USB,串口，GPIB（并口）状态控制电解池电子线路基础直流电源220V～变压整流滤波对于恒电位仪，电源电压10～100V，它决定最大槽压正电源电源、运算放大器、A/D与D/A负电源地，0V电路板中的“地线”是一个参考点，它与平常从大地引出来的地线不是一个概念。但由于电路板的“地线”常与电源插头的地线、金属外壳相连，最后通过三孔插头与地线相连，使仪器具有较好的安全性和屏蔽性能。运算放大器(Operationalamplifier)运算放大器是恒电位仪恒电位电路的核心部件。掌握运算放大器的原理、特性及其基本电路，才能了解恒电位仪的原理！+-反相输入同相输入输出正电源负电源Vin+Vin-VoutVout=A(Vin+-Vin-)A为放大倍数，一般可达105以上开环特性Vout(Vin+-Vin-)DV0.2mVVin+＝Vin-运算放大器的特性输入阻抗高，可达1012W以上运放基本电路+-VoutVi~Vout=Vi电压跟随输入阻抗高，~1012W，电位测量准确应用:测量开路电位REWE12ViVi+-RVouti电流～电压转化00iVout=-iR应用:测量电流i=-Vout/R1/R为电流灵敏度虚地+-RFVouti00iRi为放大倍数Vi反相放大A1放大A1衰减VjRi加法运算+-RFVoutiViiRiVi同相放大Vi0V放大倍数两回路由：控制与测量电位的仪器、WE、RE、盐桥等组成。①测量回路（并联电路）由：极化电源、WE、CE、可变电阻以及电流表等组成。①极化回路（串联电路）实现控制或测量极化的变化测量WE通电时的变化情况功能目的调节或控制流经WE的电流实现极化电流的变化与测量01可以同时测量极化电流和极化电位；02电极两回路具有足够的测量精度。三电极的优点研究电极所处的溶液体系。1.被测体系0102.测量体系两类溶液体系是装电解质溶液、WE、CE所用，是一种容器，要求稳定性好，不溶出杂质，不与电极物质、电解液发生反应，大部分无机电解质是玻璃的，强碱电解液例外，具体要求如下：化学稳定性高；体积适中太小：研究体系浓度变化；太大：浪费浓度变化：，可见c与J0有关→η。1.2.1电解池／容器三电极体系中各组成部分的作用和要求鲁金Luggin毛细管距离；太近：电位测不准；太远：较大的欧姆压降；距离(管直径)，这是半定性半定量关系；鲁金：是苏联电化学创始人“A.H.弗鲁姆金”院士的人名，为了纪念他发明的装置，他是经典电化学的奠基人。气体电极：要注意气体的入口和出口例如：燃料电池的氢电极、氧电极。三电极体系中各组成部分的作用和要求01辅助电极的位置、大小及形状；02位置：与WE平行放置；03大小：SCE5SWE。三电极体系中各组成部分的作用和要求三电极体系中各组成部分的作用和要求形状：例如天津第一电镀厂，要镀12t的轴（直径1.2m，长：12m），怎么做呢？就在地下挖个大坑，把轴吊在坑里并转动，转动的目的是减小浓差极化，四周为辅助电极，如下图所示：⑥恒电位测量中，电解池的内阻要小。参比电极作用：比较。本身电位的稳定。应具备的条件①可逆电极（浓度不变，电位不变）；这是热力学说法，符合Nernst方程。②参比电极是不极化电极（i0→∞）；