电化学工作站图片(电化学工作站使用方法)新鲜出炉

2023-10-19Aix XinLe

电化学测定方法是将化学物质的变化归结为电化学反应，以体系中的电位、电流或者电量作为体系中发生化学反应的量度，进行测定的方法。

点击蓝字关注我们一、电化学工作站概述1电化学测试方法和电化学工作站基本概念电化学测定方法是将化学物质的变化归结为电化学反应，以体系中的电位、电流或者电量作为体系中发生化学反应的量度，进行测定的方法电化学工作站（Electrochemical workstation）是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学常用的测量设备。

图1 电化学工作站电化学工作站将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种基本功能的常规试验，也可以做基于这三种基本功能的程式化试验在试验中，检测工作电极的电压、电流、容量、交流阻抗参数等基本参数，从而完成对多种状态下被测材料参数的跟踪和分析。

2电化学工作站主要组成电化学工作站主要由以下五部分构成：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电路恒电位仪/恒电流仪3三电极体系简介

图2 电化学工作站连接三电极体系电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施反应的场所一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系参比电极参比电极是已知电势的，接近于理想不极化的电极。

参比电极上基本没有电流通过，用于测定工作电极（相对于参比电极）的电极电势

图3 参比电极目前常用参比电极有：甘汞电极、汞-硫酸亚汞电极、汞-氧化亚汞电极和银-氯化银电极辅助电极辅助电极又称对电极，其作用是和工作电极组成串联回路，仅起导电作用常用辅助电极有铂电极和石墨电极工作电极

工作电极又称研究电极，所研究的反应发生在该电极上。根据研究性质需要，常选用惰性固体材料如: 铂、金、银或导电玻璃为工作电极。

二、电化学工作站用于光催化材料的常见测试1循环伏安法

图5 典型的循环伏安谱图典型的循环伏安谱图如图5所示，在电位扫描的过程中，工作电极上发生实验要求的反应，同时为了维持总电荷平衡，辅助电极上发生与工作电极相反的电极过程当电位向高电位正向扫描时，还原物种在工作电极表面被氧化;而当电位向低电位负向扫描时，氧化物种在工作电极表面被还原。

实验中可以从所得的循环伏安图的氧化峰和还原峰的峰高和对称性来判断电活性物质在电极表面反应的可逆程度若反应是可逆的，则曲线上下对称，若反应不可逆，则曲线上下不对称实例解读（一）

图6 GK和FNGK-10的循环伏安图图片来源：Zhang X, Liu Y, Li C, et al. Fast and lasting electron transfer between γ-FeOOH and g-C3N4/kaolinite containing N vacancies for enhanced visible-light-assisted peroxymonosulfate activation[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 429: 132374.

与GK相比，FNGK-10的CV环尺寸较小，说明FNGK-10表面的电子转移速率加快，由于γ-FeOOH的引入，Fe(III)/Fe(II)的还原峰降低了16 mVFNGK-10还原峰的负位移进一步证明了界面电子通过精细的界面接触向γ-FeOOH转移，加速了Fe（III）和Fe（II）之间的电子循环效率。

2电化学阻抗电化学阻抗（EIS）是以小振幅正弦波对工作电极进行扰动，得到一个电极体系的频响函数，使扰动与稳定体系之间呈现线性响应关系根据测量得到的奈奎斯特谱图，并通过建立等效电路，可以拟合得到半导体材料的各个电化学阻抗参数。

实例解读（二）

图7 所有样品的电化学化学阻抗谱（EIS）图片来源：Zhang X, Ma P, Wang C, et al. Unraveling the dual defect sites in graphite carbon nitride for ultra-high photocatalytic H

2O2 evolution[J]. Energy & Environmental Science, 2022, 15(2): 830-842.通过拟合EIS数据，估计Nv-CRN-CN的电荷转移电阻（Rct）仅为142.1 KΩ，远低于PCN、TCN和CRN-CN，表明双缺陷部位降低了电荷转移电阻，有利于载体的运输。

3瞬态光电流响应

图8 光电化学实验当光照射到工作电极上，半导体材料吸收光子，经一系列光电转换过程，自由电子迅速向两边电极漂移扩散，回路中产生电流响应电流响应大小与半导体材料产生并发生定向移动的电子数量有关，也与阻抗有关。

实例解读（三）

图9 g-C3N4、K-g-C3N4、Fe-g-C3N4和FeN4/K-瞬态光电流响应的（E）I-t曲线和（F）电化学阻抗谱（EIS）图片来源：Cheng X, Wang J, Zhao K, et al. Spatially confined iron single-atom and potassium ion in carbon nitride toward efficient CO

2 reduction[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 316: 121643.在所有样品中，FeN4/K-g-C3N4在1.23 V时具有最高的光电流密度，为1.80 μA cm

−2而K-g-C3N4的光电流密度均远高g-C3N4和Fe-g-C3N4此外，还利用电化学阻抗谱（EIS）研究了它们的电荷转移过程根据Nyquist图（图9 F），FeN4/K-g-C3N4的电荷传输阻力最小，K-g-C。

3N4的电导率高于g-C3N4和Fe-g-C3N4在PEC演示的基础上，作者认为插入的K+是一种有效的通道，以促进载流子的分离和转移单原子Fe-N4基序与插入的K离子的协同效应可以进一步提高电荷利用率4

Mott-Schottky 测试莫特-肖特基（Mott-Schottky）技术是指在同一频率下从初始电位到最终电位按照阶跃电位大小进行扫描的一项技术，扫描过程中交流信号施加在每一段阶跃电位上通过Mott-Schottky测试可以确定半导体的类型、载流子浓度以及平带电势，它与紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）测试结合起来还可以计算出半导体的导带和价带位置（导带越负，还原能力越强，价带越正，氧化能力强）。

实例解读（四）

图10 （a）紫外-可见漫反射光谱和（b） MnCo2O4 （c） CoO和（d）CoO@ MnCo2O4的莫特-肖特基图图片来源：Zheng J, Lei Z. Incorporation of CoO nanoparticles in 3D marigold flower-like hierarchical architecture MnCo

2O4 for highly boosting solar light photo-oxidation and reduction ability[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 237: 1-8.

对 M-S曲线最长直线部分做切线，当切线斜率为正时，说明该半导体为 n 型半导体，图10 b 中 MnCo2O4为 n 型半导体；当切线斜率为负时，说明该半导体为 p 型半导体，图c中CoO为p型半导体。

图10 d中出现倒V字型，是因为测的是CoO@ MnCo2O4 复合物通过切线在横坐标上的截距可以求得平带电势 EFB一般来说，p型半导体的EVB非常接近于平带势，而n型半导体的ECB非常接近于平带势值。

即n型半导体的平带电位比导带（CB）电位高0.1~0.3 eV，而p型半导体的平带电位比价带电位低0.1~0.3 eV如图b，c所示，EVB（CoO）和ECB（ MnCo2O4）可被确定为0.64 eV (0.84 eV vs NHE)和-0.68 eV (−0.48 eV vs NHE)，分别。

因此，EVB（CoO）和ECB（ MnCo2O4）可分别估算为0.94 eV和-0.58 eV根据公式ECB =EVB-Eg， CoO的ECB和 MnCo2O4的EVB对应将分别出现在−1.42 eV和1.11 eV左右。

三、电化学工作站在其他领域的应用1金属腐蚀与防护研究采用浸泡失重和极化曲线两种方法表征金属腐蚀的基本特性进一步判断向电解质体系中加入何种缓蚀剂抑制金属腐蚀2医学检验尿素、抗坏血酸具有良好的电化学氧化特性，搭配抛弃式电极，采取少量检体配合使用电化学工作站，从循环伏安谱图明显观察到尿素、抗坏血酸的电化学信号。

3物质定性定量分析电极和电解液施加初试电压，向电解液中添加待测物质，待测物质被氧化或还原，引起电流变化由于电流变化与被测物浓度间形成计量关系，输出为电信号，得到电流-浓度线性关系，实现定性定量分析应用于重金属、农残、食品、水质检测。