实验四电化学聚合和交流阻抗谱表征的基础实验.doc

实验四 电化学聚合和交流阻抗谱表征的基础实验 一、实验目的 1.掌握电化学工作站的基本操作技术； 2.掌握电化学聚合和交流阻抗谱表征的操作技术。 二、实验原理 电化学聚合电化学聚合（Electrochemical Polymerization 缩写ECP）是指在有适当电解液的电解池里，通过一定的电化学方式进行电解，通过一定的电化学方式进行电解，使单体在电极上因氧化或还原或分解为自由基或离子电极上因氧化或还原或分解为自由基或离子等而发生的聚合反应。? 交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。由于以小振幅的电信号对体系进行扰动,一方面可避免对体系产生大的影响，另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线形关系，这就使得测量结果的数学处理变得单。 同时它又是一种频率域的测量方法,通过在很宽的频率范围内测量阻抗来研究电极系统，因而得到比其他常规的电化学方法更多的动力学信息及电极界面结构的信息。 如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号，则相应地系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。 通常，正弦信号被定义为 （1） 其中，为电压，为角频率（，为频率），t为时间。如果对体系施加如式(1)的正弦信号,则体系产生如式(2)的响应信号 （2） 其中为响应信号，为电压，为相位角。式(1)与式(2)中的频率相同。而体系的复阻抗则服从欧姆定律： 即 其中，，为模， 为实部，为虚部。 由不同的频率的响应信号与扰动信号之间的比值,可以得到不同频率下阻抗的模值与相位角,并且通过式（4）和式（5）可以进一步得到实部与虚部。通常人们通过研究实部和虚部构成复阻抗平面图及频率与模的关系图和频率与相角的关系图（二者合称为Bode图）来获得研究体系内部的有用信息。 三、实验过程 1. 仪器和试剂： CHI660D 电化学分析仪、玻碳电极、Ag/AgCl（3M NaCl）参比电极、铂丝对电极、恒温磁力搅拌器、玻璃杯、微量注射器等。 所有化学试剂均为优级纯。2.5mmol/L 的FeCl3溶液、2.5 mmol/L K3Fe(CN)6溶液、0.1mol/L KCl溶液、0.1mol/L HCl溶液。 2. 实验方法： 利用循环伏安法对电极在不同组装阶段进行表征。实验采用三电极系统，分别以玻碳电极为工作电极、Ag/AgCl（3M NaCl）为参比电极、铂丝电极为对电极，电极在预处理后，在含2.5MM三氯化铁，2.5MM铁氰化钾，0.1M氯化钾和0.1M盐酸的的溶液中（去除氧气20分钟），在-0.3~0.8 V电位范围内以50 mV/s的扫速扫描40个周期实现。电沉积后，将电极转移到电解质溶液（含0.1M氯化钾和0.1M盐酸）并以50mV/s的速率在35~50mV范围内扫描循环20周。采用不同扫速进行循环伏安法实验研究扫速对电极的影响。 用CHI660C电化学工作站（上海辰华）对薄膜结构进行了电化学交流阻抗（EIS）测试.测试条件如下：0.2 mol/L 氯化钾作电解液，以玻碳电极为工作电极、Ag/AgCl（3M NaCl）为参比电极、铂丝电极为对电极，初始电位-0.5V，频率10-1～104 Hz。对比金电极和金电极/Pb导电膜的交流阻抗谱图像。 3. 实验步骤 （1）先进行溶液中电聚合过程，绘制其-0.3～0.8 V电位范围内以50 mV/s的扫描40周的循环伏安曲线； （2）然后以不同扫速（10、20、40、60、80、100、120、140mv/s）进行CV法扫描； （3）以0.2 mol/L 氯化钾作电解液，以玻碳电极为工作电极、Ag/AgCl（3M NaCl）为参比电极、铂丝电极为对电极，初始电位-0.5V，频率10-1～104 Hz。对比金电极和金电极/Pb导电膜的交流阻抗谱图像。 四、实验结果与分析 1. 电化学聚合曲线 实验结果如下图1： 图1 电化学聚合过程CV曲线 从图上可以看到，随着电沉积过程的进行，电子传递到玻碳电极的阻力增大，Pb逐渐沉积在玻碳电极上形成更多具有多孔开放结构的Pb膜，同时又保持膜的厚度较薄，这样使溶液中的目标粒子易与电极表面修饰膜接触。 2. CV曲线 实验结果如下图2和图3： 图2 不同扫速下的CV曲线（上部由下往上曲线扫速分别为10、20、40、 60、80、100、120、140mV/s） 图3 氧化还原峰与扫速的线性关系 从图中可以看到，随着扫描速度的增加，还原峰电位不变，氧化峰电位逐渐正移，两峰响应都增大，并且与扫描速度成正比，说明在此过程中受表面吸附控制。 3. 交流阻抗谱 实验结果如下图4： 图4 交流阻抗谱曲线（由上往下分别为：金电极EIS、金电极/PB导电膜EIS） 由上图可看出，金电极EIS曲线与轴交点表