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電化學工作站的應用

 

1 腐蝕與防護的研究

 

　　電化學工作站進行鋼鐵的腐蝕實驗。該實驗使用浸泡失重和極化曲線兩種方法來表征金屬腐蝕的基本特性。分別作出由浸泡失重法得到的腐蝕速率--濃度曲線和由極化曲線法得到的陽極極化曲線。比較腐蝕速率--濃度曲線與陽極極化曲線，陽極極化曲線表現出的自鈍化特點與腐蝕速率的變化相互印證，說明極化曲線可以用來比較金屬腐蝕速率的大小，即電化學極化曲線法在防腐方面有著重要的用途。

 

　　電化學工作站可以用來進行金屬防護方面的研究。使用電化學工作站得到金屬的電化學性能從而可以判定出向電解質體系中加入哪種緩蝕劑能夠使得緩蝕效果好，抑或是向金屬表面鍍上哪種材料可以使得金屬更不易被腐蝕。使用電化學工作站來研究腐蝕行為或者防腐方法逐漸的取代了一些傳統的測試方法，因為電化學工作站以自動化的方式處理數據，使得人為工作量減輕。

 

2 功能材料的研究

 

　　近年來，一些功能材料具有廣闊的應用前景而引起了研究人員的極大關注。電致變色材料具有優異性能和節能環保特征，符合未來智能材料的發展趨勢，是一些研究人員的主要課題。通過電化學工作站可以方便的得到電致變色材料的優異性能和節能環保特征。使用電化學工作站測得材料的循環伏安曲線，若是循環伏安曲線重現性很好，說明該材料具有良好的穩定性、可逆性和使用壽命。通過電化學工作站的循環伏安檢測出在系列10-N 上取代的吩噻嗪衍生物的電化學性能，從實驗的循環伏安曲線看出，此物質有望作為環境友好的陽極電致變色材料廣泛應用于器件中。

 

　　疏水材料在防腐、自清潔、抗氧化等方面具有廣闊的應用前景。李娟[6]使用電化學工作站對疏水膜耐腐蝕性能進行了表征，極化曲線結果表明，疏水膜的形成對溶液中的腐蝕介質起到了物理隔離的作用。

 

　　隨著石油勘探開發活動的增多，所生產油田廢水隨之增加，油田含油污水礦化度高，又不同程度地溶解了硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，大量化學處理藥劑，對油田處理設施、回注系統產生強腐蝕性。生物膜電極法采用電極*浸沒在污水中的方法，使微生物以固定生物膜的形態附著于電極表面，與所需凈化的污水相接觸，從而對水中有機污染物進行降解與轉化。防止電極被污水腐蝕，需要找出抗腐蝕性能良好的電極，使用電化學工作站比較一些材料的電化學性能和抗腐蝕性能的差異，從而可以選擇出性能較佳的一種電極材料作為油田污水處理電極。

 

3 電鍍研究

 

　　利用電化學工作站進行電偶電流測試是研究金屬沉積速度的一種非常方便的研究方法，使用電化學工作站測試出浸鍍過程電偶電流曲線，電偶電流曲線上的電偶電流的大小實際上反映的是瞬間的沉積速度，由于浸鍍過程的置換反應是在鍍體表面進行的，該表面一旦被溶液中析出的鍍層所覆蓋，后續的置換反應隨即受到抑制。如果生成的鍍層金屬本身不具有自催化性，或者鍍液中不能提供反應所需的電子，在不添加還原劑的鍍液中，鍍層越致密，后續的置換反應就越困難，相應的電偶電流也越小；若鍍層粗糙且疏松，則為后續銅一錫間置換反應留下大量的孔隙，電偶電流相應地維持在較高的水平[9].因此電化學工作站對于電鍍研究過程中的鍍層的優劣可以有個非常準確的表征。鍍層耐腐蝕性能研究也是電化學工作站的在電鍍研究上的應用，通過極化曲線，交流阻抗和電化學噪聲等方法，可以研究鍍層的耐腐蝕性能，當然也可以和添加劑的使用起來。

 

　　利用電化學工作站，常見的分析手段有：（1）線性極化（線性掃描法）及用來研究添加劑對鍍層質量的影響，比如當極化加強時，鍍層一般可以得到細化。（2）循環伏安法，可以用來研究合金或多組分電鍍時，如何控制不同成分的沉積量。通過不同的添加劑或者調整添加劑的用量，在循環伏安曲線上可以看到氧化還原電位的移動（還原電位即為沉積電位）。（3）交流阻抗/微分電容曲線法，通過分析電容變化曲線，了解添加劑對吸附大小的影響，吸附越大時，鍍層的平整性就越好。微分電容曲線在電化學工作站中由電位掃描交流阻抗方法測量得到。

　　

　　交流阻抗是研究電極表面吸附的常用方法，因為添加劑在電極表面吸附量的大小可以很直觀地從阻抗/電容曲線上看出來。（4）旋轉圓盤電極法，旋轉圓盤電極可以通過增加轉速來增加穩態擴散層和穩態電流密度。由于液態傳質速度控制的電流與轉速（的平方根）成正比，因此可以利用這條直線（稱為 Levich 曲線）的斜率來估計反應電子數。這個方法通常用來研究電鍍整平劑和光亮劑。與一般由擴散控制的電極過程相反，在這種體系中電流密度隨電極旋轉速度增加而減小，這說明電極反應速度是由阻化劑擴散達到電極表面的速度所控制的。

 

　　因此使用旋轉圓盤電極，很容易利用電流-轉速關系曲線，找到不同濃度下的曲線斜率，確定大斜率下添加劑的濃度，此時得到好的整平和光亮效果。

 

4 化學電源的研究

 

　　甲醇燃料電池（DMFC）被人們期望成為新一代能源。催化劑電化學性能與催化劑的載體選擇息息相關，使用不同形貌的催化劑載體來研究催化劑對甲醇氧化的催化性能的影響，并通過三電極體系電化學工作站對催化劑進行了循環伏安測試、計時電流測試，分析使用不同催化劑載體時催化劑的電化學性能。研究催化劑載體比表面積、團聚度等關鍵指標，從而指導實踐，提高催化劑性為甲醇燃料電池（DMFC）早日商業應用。

 

　　在對染料敏化太陽能電池（DSSC）的研究中，電池一般由光電極，敏化染料，電解質以及對電極組成。對電極作為 DSSC 的重要組成部分，通常由載鉑催化劑的導電基片構成。但是考慮到成本方面，鉑催化劑不利于 DSSC 的市場化和廣泛應用。因此找出一種良好的催化性、穩定性以及廉價性的制作對電極的材料非常重要。實驗多種材料，組裝成電池，然后用電化學工作站測出電池的伏安特性曲線得出電池的電化學性能，并在同樣的實驗條件下與傳統的鉑對電極進行比較，大大提高了篩選適合電極材料的效率。