電化學工作站

     本文簡要的介紹了關于電化學工作站的主要組成和相關原理，總結了近幾年有關電極測試和修飾方面的方法和技術，結果發(fā)現(xiàn)，由于汞的污染性和汞膜鍍電極的不靈敏性，目前對于汞膜鍍電極的研究越來越少，對于鉍膜和銻膜鍍電極的研究較多，而且電極重現(xiàn)性及靈敏度都相對較高。另外，運用電化學工作站體系測試方便簡潔，成本較低，并適合多項研究和實際應用。

在物理化學的眾多分支中，電化學是*以大工業(yè)為基礎的學科。它的應用主要有：電解工業(yè)，其中的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨和硫酸的無機物基礎工業(yè)；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；機械工業(yè)使用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整；環(huán)境保護可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；化學電源；金屬的防腐蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題；許多生命現(xiàn)象如肌肉運動、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學機理。應用電化學原理發(fā)展起來的各種電化學分析法已成為實驗室和工業(yè)監(jiān)控的*的手段。 

    電化學工作站是電化學測量系統(tǒng)的簡稱，是電化學研究和教學常用的測量設備。將這種測量系統(tǒng)組成一臺整機，內(nèi)含快速數(shù)字信號發(fā)生器、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電位電流信號濾波器、多級信號增益、IR降補償電路以及恒電位儀、恒電流儀。可直接用于超微電極上的穩(wěn)態(tài)電流測量。如果與微電流放大器及屏蔽箱連接，可測量1pA或更低的電流。如果與大電流放大器連接，電流范圍可拓寬為±2A。某些實驗方法的時間尺度的數(shù)量級可達l0倍，動態(tài)范圍極為寬廣?？蛇M行循環(huán)伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等測量。工作站可以同時進行四電極的工作方式。四電極可用于液/液界面電化學測量，對于大電流或低阻抗電解池(例如電池)也十分重要，可消除由于電纜和接觸電阻引起的測量誤差。儀器還有外部信號輸入通道，可在記錄電化學信號的同時記錄外部輸入的電壓信號，例如光譜信號等。這對光譜電化學等實驗極為方便。 

　　電化學工作站已經(jīng)是商品化的產(chǎn)品，不同廠商提供的不同型號的產(chǎn)品具有不同的電化學測量技術和功能，但基本的硬件參數(shù)指標和軟件性能是相同的。 

電化學是研究電和化學反應相互關系的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成，也可利用高壓靜電放電來實現(xiàn)，二者統(tǒng)稱電化學，后者為電化學的一個分支，稱放電化學。因而電化學往往專指“電池的科學”。 

      三電極體系電極（electrode）是與電解質(zhì)溶液或電解質(zhì)接觸的電子導體或半導體，為多相體系。電化學體系借助于電極實現(xiàn)電能的輸入或輸出，電極是實施電極反應的場所。一般電化學體系分為二電極體系和三電極體系，用的較多的是三電極體系。相應的三個電極為工作電極、參比電極和輔助電極。

工作電極：又稱研究電極，是指所研究的反應在該電極上發(fā)生。一般來講，對工作電極的基本要求是：工作電極可以是固體，也可以是液體，各式各樣的能導電的固體材料均能用作電極。（1）所研究的電化學反應不會因電極自身所發(fā)生的反應而受到影響，并且能夠在較大的電位區(qū)域中進行測定；（2）電極必須不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應；（3）電極面積不宜太大，電極表面應是均一平滑的，且能夠通過簡單的方法進行表面凈化等等。

輔助電極：又稱對電極，輔助電極和對電極組成回路，使工作電極上電流暢通，以保證所研究的反應在工作電極上發(fā)生，但必須無任何方式限制電池觀測的響應。由于工作電極發(fā)生氧化或還原反應時，輔助電極上可安排為氣體的析出反應或工作電極反應的逆反應， 以使電解液組分不變， 即輔助電極的性能一般不顯著影響研究電極上的反應。 但減少輔助電 極上的反應對工作電極干擾的辦法可能是用燒結玻璃、 多孔陶瓷或離子交換膜等來隔離 兩電極區(qū)的溶液。 為了避免輔助電極對測量到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何特征性影響，對輔助電極的結構還是有一定 的要求。 如與工作電極相比， 輔助電極應具有大的表面積使得外部所加的極化主要作用于工 作電極上。輔助電極本身電阻要小，并且不容易極化，同時對其形狀和位置也有要求。

    參比電極: 是指一個已知電勢的接近于理想不極化的電極。 參比電極上基本沒有電流通過，用于測定研究電極(相對于參比電極)的電極電勢。在控制電位實驗中，因為參比半電池 保持固定的電勢，因而加到電化學池上的電勢的任何變化值直接表現(xiàn)在工作電極/電解質(zhì)溶 液的界面上。實際上，參比電極起著既提供熱力學參比，又將工作電極作為研究體系隔離的 雙重作用。 參比電極需要具備的一些性能：(1)具有較大的交換電流密度，是良好的可逆電極，其 電極電勢符合 Nernst 方程; 2) 流過微小的電流時電極電勢能迅速恢復原狀; 3) 應具有良好 的電勢穩(wěn)定性和重現(xiàn)性等。 參比電極的種類：不同研究體系可選擇不同的參比電極。水溶液體系中常見的參比電極 有:飽和甘汞電極(SCE)、Ag/AgCl 電極、標準氫電極(SHE 或 NHE)等。

電化學發(fā)展史:1791年伽伐尼發(fā)表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動物電”現(xiàn)象，一般認為這是電化學的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基礎上發(fā)明了用不同的金屬片夾濕紙組成的“電堆”，即現(xiàn)今所謂“伏打堆”。這是化學電源的雛型。在直流電機發(fā)明以前，各種化學電源是*能提供恒穩(wěn)電流的電源。1834年法拉第電解定律的發(fā)現(xiàn)為電化學奠定了定量基礎。 

　　19世紀下半葉，經(jīng)過赫爾姆霍茲和吉布斯的工作，賦于電池的“起電力”(今稱“電動勢”)以明確的熱力學含義；1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應的物質(zhì)濃度與電極電勢的關系，即的能斯脫公式；1923年德拜和休克爾提出了人們普遍接受的強電解質(zhì)稀溶液靜電理論，大大促進了電化學在理論探討和實驗方法方面的發(fā)展。 

20世紀40年代以后，電化學暫態(tài)技術的應用和發(fā)展、電化學方法與光學和表面技術的聯(lián)用，使人們可以研究快速和復雜的電極反應，可提供電極界面上分子的信息。電化學一直是物理化學中比較活躍的分支學科，它的發(fā)展與固體物理、催化、生命科學等學科的發(fā)展相互促進、相互滲透。