电化学工作站的应用研究

电化学工作站的应用研究 湖北理工学院 电化学工作站的应用研究 陈洲 (湖北理工学院 化学与材料工程学院 湖北黄石 435000) 摘要:电化学工作站是电化学研究常用的测量设备。电化学工作站在化学电源、功能材料、腐蚀与防护、电镀等各方面都有重要的作用。掌握电化学工作站的用途十分重要，可以让我们摆脱以前繁琐工作量的困扰。 关键词:电化学工作站; 作用; 研究 The application of electrochemical workstation Chenzhou (Hubei Polytechnic University chemical and materials engineering Institute Hubei Huangshi 4354000) Abstract: The electrochemical workstation is electrochemical study of commonly used measuring equipment. Electrochemical workstation in the chemical power supply, functional materials, corrosion and protection, electroplating, etc all have important application. It is very important to master the electrochemical workstation USES, can let us get rid of the cumbersome before work. Keywords: electrode electrochemical workstation ;application ; research 1.前言 电化学工作站又名电化学测量系统，是电化学研究和教学常用的测量设备。工作站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。它可以进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等测量。 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。电化学工作站的主要优点是实验的智能化，可以储存大量的数据，以及将数据进行智能化处理。 本文对电化学工作站在各个领域应用进行研究。 2.电化学工作站的应用 2.1腐蚀与防护的研究 [1]龙晋明等采用电化学工作站(CHl760C型)进行了钢铁的腐蚀实验。该实验使用浸泡失重和极化曲线两种来表征金属腐蚀的基本特性。分别作出由浸泡失重法得到的腐蚀速率——浓度曲线和由极化曲线法得到的阳极极化曲线。比较腐蚀速率——浓度曲线与阳极极化曲线，阳极极化曲线表现出的自钝化特点与腐蚀速率的变化相互印证，说明极化曲线可以用来比较金属腐蚀速率的大小，即电化学极化曲线法在防腐方面有着重要的用途。 电化学工作站可以用来进行金属防护方面的研究。使用电化学工作站得到金属的电化学 [2]质体系中加入哪种缓蚀剂能够使得缓蚀效果最好，抑或是向金性能从而可以判定出向电解 [3]属表面镀上哪种材料可以使得金属更不易被腐蚀。 使用电化学工作站来研究腐蚀行为或者防腐方法逐渐的取代了一些传统的测试方法，因为电化学工作站以自动化的方式处理数据，使得人为工作量减轻。 2.2功能材料的研究 近年来，一些功能材料具有广阔的应用前景而引起了研究人员的极大关注。 电致变色材料具有优异性能和节能环保特征，符合未来智能材料的发展趋势，是一些研究人员的主要课。通过电化学工作站可以方便的得到电致变色材料的优异性能和节能环保特征。使用电化学工作站测得材料的循环伏安曲线，若是循环伏安曲线重现性很好，说明该 [4][5]材料具有良好的稳定性、可逆性和使用寿命。涂茜通过电化学工作站的循环伏安检测出系列10—N取代的吩噻嗪衍生物的电化学性能，从它的循环伏安曲线看出，PDs有望作为 1 湖北理工学院 环境友好的阳极电致变色材料广泛应用于器件中。 [6]超疏水材料在防腐、自清洁、抗氧化等方面具有广阔的应用前景。李娟使用电化学工 超疏水膜耐腐蚀性能进行了表征，极化曲线结果表明，超疏水膜的形成对溶液中的腐作站对 蚀介质起到了物理隔离的作用。 随着石油勘探开发活动的增多，所生产油田废水随之增加，油田含油污水矿化度高，又不同程度地溶解了硫化氢、二氧化碳等酸性气体，大量化学处理药剂，对油田处理设施、回注系统产生强腐蚀性。生物膜电极法采用电极完全浸没在污水中的方法，使微生物以固定生物膜的形态附着于电极表面，与所需净化的污水相接触，从而对水中有机污染物进行降解与转化。防止电极被污水腐蚀，需要找出抗腐蚀性能良好的电极，使用电化学工作站比较一些材料的电化学性能和抗腐蚀性能的差异，从而可以选择出性能较佳的一种电极材料作为油田 [7]污水处理电极。 2.3电镀研究 [8]电偶电流测试是研究金属沉积速度的一种非常方便的研究方法，刘雪华等使用电化学工作站测试出了浸镀过程电偶电流曲线，电偶电流曲线上的电偶电流的大小实际上反映的是瞬间的沉积速度，由于浸镀过程的置换反应是在镀体表面进行的，该表面一旦被溶液中析出的镀层所覆盖，后续的置换反应随即受到抑制。如果生成的镀层金属本身不具有自催化性，或者镀液中不能提供反应所需的电子，在不添加还原剂的镀液中，镀层越致密，后续的置换反应就越困难，相应的电偶电流也越小;若镀层粗糙且疏松，则为后续铜一锡间置换反应留 [9]下大量的孔隙，电偶电流相应地维持在较高的水平。因此电化学工作站对于电镀研究过程中的镀层的优劣可以有个非常准确的表征。 2.4化学电源的研究 随着全球人口的增加和对能源需求的不断增长以及由此引发的能源危机与环境污染，开发新能源材料和利用新能源是当前世界急待解决的严重问题。 由于直接甲醇燃料电池(DMFC)具有高的能量密度、不污染环境、方便的液体燃料来源以 [10]及对外部环境要求低等特点，被人们期望成为新一代能源。然而DMFC还存在许多缺点使之不能被广泛的商业应用，这些缺点几乎都与催化剂性能有关。催化剂电化学性能与催化剂的载体选择息息相关，使用不同形貌的催化剂载体来研究催化剂对甲醇氧化的催化性能的影响，并通过三电极体系电化学工作站对催化剂进行了循环伏安测试、计时电流测试，使用不同催化剂载体时催化剂的电化学性能。得出了催化剂载体比表面积越大、团聚度越小、 [11]就越有利于催化剂与电解溶液相接触，即可以提高催化剂性能从而使甲醇燃料电池(DMFC) 能被广泛的商业应用。 我们熟悉的太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽、利用成本低且不受地理条件限制等诸多优点，它给了我们一个启示——太阳能电池。染料敏化太阳能电池一般由光电极，敏化染料，电解质以及对电极组成。对电极作为 DSSC 的重要组成部分，通常由载铂催化剂的导电基片构成。但是考虑到成本方面，铂催化剂不利于 DSSC的市场化和广泛应用。因此找出一种良好的催化性、稳定性以及廉价性的制作对电极的材料非常重要。找出此种材料后组装成电池，然后用电化学工作站测出电池的伏安特性曲线得出电池的电化学性能，并在同样的 [12，13]实验条件下与传统的铂对电极进行比较，如此便可以选出适合做对电极的材料，使得太阳能电池能够市场化。 3.小结 在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用主要有:电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业;铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼;机械工业使用电镀、电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整;环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬离子等污染物;化学电源;金属的防腐蚀问题，大部分 2 湖北理工学院 金属腐蚀是电化学腐蚀问题;许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理。应用电化学原理发展起来的各种电化学分析法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手段。而电化学工作站则是分析法的载体。 电化学工作站是集电化学分析方法于一体的电化学通用仪器，该仪器能完成多种电化学测试功能。它广泛用于电极过程动力学、化学电源、金属的腐蚀与防护、电镀、电解等多种电化学过程或性能的测试及阻抗测试。现如今在科研生产中它充当着一个重要角色，在防腐、材料研究、 生物、 环境保护、电镀等领域都有着重要用途 。 参考文献 [1].龙晋明，朱晓云 ，孙俊赛等， 金属腐蚀与防护综合性实验研究 ， 工业及工程技术，2009，6(3) ，7-8( [2].郑波，循环冷却水中微生物对金属腐蚀的研究，天津大学学报，2012，6(7) ，6-7( [3].李学海，电解液组成对铝合金阳极性能的影响，天津大学学报，2011，15(7) ，4-5( [4].相锴，罗伟，[J] ，功能材料，2005，36(10) ，3-7( [5].涂茜，傅相锴，王刚，吩噻嗪衍生物电致变色材料的合成及其性能研究， 功能材料，2010，41(6)( [6].李 娟， 钢铁表面超疏水膜的制备与表征，山东科技大学学报，2011，5(7) ，6( [7].芦鹏曾，电化学法制备CuO，ZnO一维材料及第一性原理研究，太原理工大学硕士研究学位论文，2011，6(8)，2-3( [8].高学理，张志坤，徐佳等，电化学技术在油田污水处理中应用，水处理技术，2010, ，36(7)，6( [9].刘雪华 ，唐电，电化学工作站在电路板表面镀锡研究中的应用，福建工程学院学报，2008，6(3)，8( [10].刘雪华，唐电，电偶电流法研究置换镀锡工艺，电镀与涂饰，2008，27(12) ，3-5( [11].顾登平，童汝亭，化学电源，高等教育出版社，1993，9(5) ，2-4( [12].李恒，Pt/CMK-3阳极催化剂的制备及其在直接甲醇燃料电池中的应用，兰州理工大学学报，2007，6(2)，5( [13].图布新，张君，王林平，应用循环伏安法制备染料敏化太阳能电池中的聚苯胺对电极，内蒙古大学学报，2008，3(5)，4-5( 3