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，結果發現，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*以大工業為基礎的學科。它的應用主要有：電解工業，其中的氯堿工業是僅次于合成氨和硫酸的無機物基礎工業；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；機械工業使用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整；環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；許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理。應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法已成為實驗室和工業監控的*的手段。 

    電化學工作站是電化學測量系統的簡稱，是電化學研究和教學常用的測量設備。將這種測量系統組成一臺整機，內含快速數字信號發生器、高速數據采集系統、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態電流測量。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量級可達l0倍，動態范圍極為寬廣。可進行循環伏安法、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。 

　　電化學工作站已經是商品化的產品，不同廠商提供的不同型號的產品具有不同的電化學測量技術和功能，但基本的硬件參數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，二者統稱電化學，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）是與電解質溶液或電解質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生的反應而受到影響，并且能夠在較大的電位區域中進行測定；（2）電極必須不與溶劑或電解液組分發生反應；（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 兩電極區的溶液。 為了避免輔助電極對測量到的數據產生任何特征性影響，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在工作電極/電解質溶 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 的電勢穩定性和重現性等。 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。

電化學發展史:1791年伽伐尼發表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動物電”現象，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明了用不同的金屬片夾濕紙組成的“電堆”，即現今所謂“伏打堆”。這是化學電源的雛型。在直流電機發明以前，各種化學電源是*能提供恒穩電流的電源。1834年法拉第電解定律的發現為電化學奠定了定量基礎。 

　　19世紀下半葉，經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展。 

20世紀40年代以后，電化學暫態技術的應用和發展、電化學方法與光學和表面技術的聯用，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，它的發展與固體物理、催化、生命科學等學科的發展相互促進、相互滲透。