电化学交流阻抗谱介绍

利用电势扫描、电势阶跃或电流阶跃, 经常可使电极处于远离平衡的状态, 并且通常是暂态信号的响应。另一类方法是用小幅度交流信号扰动电解池, 并观察体系在稳态时对扰动的响应。这些方法中其中就有电化学交流阻抗谱技术( electrochemical impedance spectroscopy, EIS)，当然因为在测试万事屋中对其已经有详尽的介绍，所以我们这里只简单介绍一下。

典型的实验是法拉第阻抗( Faradaic impedance) 测量, 测量时电解池中放入含有氧化还原电对的两种形态的溶液, 使得工作电极电势处于恒定值。例如, 可以把1mmol/L Eu²⁺ 和1mmol·/L Eu³⁺ 加到1mol·/L NaClO₄ 中。可用固定面积的汞滴作为工作电极, 配用如SCE这样不极化的参比电极, 该电极还可以作为辅助电极。利用阻抗桥的经典方法最容易理解阻抗测量。把这个电解池当作一个未知的阻抗接入到阻抗桥中, 该电桥通过调节其相对臂上的R 和C

来达到平衡, 如图1 所示。

图1 测量电化学电解池阻抗的桥式电路

通过该方法可测出电解池在测定频率下进行工作的串联的R 和C值。阻抗测量作为交流电源频率的函数。该技术中电解池或电极的阻抗与频率作图称为电化学阻抗谱。在现代应用中, 阻抗通常采用锁相放大器、频率响应分析仪或电化学工作站来进行测量, 它们较阻抗桥更快更方便。理论方面的工作是根据界面现象来解释这些等效电阻和电容值。工作电极的平均电势(直流电势) 简单地是由电对的氧化态和还原态的比所决定的平衡电势。在其他电势下的测定是通过制备不同浓度比的溶液来进行的。

下一期我们简单介绍一下它的应用。

参考文献

《电化学方法原理和应用》第二版_美_阿伦.J.巴德_等著

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