電化學(xué)工作站的應(yīng)用

 

1 腐蝕與防護(hù)的研究

 

　　電化學(xué)工作站進(jìn)行鋼鐵的腐蝕實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)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(xiàn)出的自鈍化特點(diǎn)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(xué)極化曲線法在防腐方面有著重要的用途。

 

　　電化學(xué)工作站可以用來進(jìn)行金屬防護(hù)方面的研究。使用電化學(xué)工作站得到金屬的電化學(xué)性能從而可以判定出向電解質(zhì)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(xué)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(tǒng)的測試方法，因?yàn)殡娀瘜W(xué)工作站以自動(dòng)化的方式處理數(shù)據(jù)，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(yīng)用前景而引起了研究人員的極大關(guān)注。電致變色材料具有優(yōu)異性能和節(jié)能環(huán)保特征，符合未來智能材料的發(fā)展趨勢，是一些研究人員的主要課題。通過電化學(xué)工作站可以方便的得到電致變色材料的優(yōu)異性能和節(jié)能環(huán)保特征。使用電化學(xué)工作站測得材料的循環(huán)伏安曲線，若是循環(huán)伏安曲線重現(xiàn)性很好，說明該材料具有良好的穩(wěn)定性、可逆性和使用壽命。通過電化學(xué)工作站的循環(huán)伏安檢測出在系列10-N 上取代的吩噻嗪衍生物的電化學(xué)性能，從實(shí)驗(yàn)的循環(huán)伏安曲線看出，此物質(zhì)有望作為環(huán)境友好的陽極電致變色材料廣泛應(yīng)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(yīng)用前景。李娟[6]使用電化學(xué)工作站對(duì)疏水膜耐腐蝕性能進(jìn)行了表征，極化曲線結(jié)果表明，疏水膜的形成對(duì)溶液中的腐蝕介質(zhì)起到了物理隔離的作用。

 

　　隨著石油勘探開發(fā)活動(dòng)的增多，所生產(chǎn)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(xué)處理藥劑，對(duì)油田處理設(shè)施、回注系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)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(tài)附著于電極表面，與所需凈化的污水相接觸，從而對(duì)水中有機(jī)污染物進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)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(xué)工作站比較一些材料的電化學(xué)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(xué)工作站進(jìn)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(xué)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(shí)際上反映的是瞬間的沉積速度，由于浸鍍過程的置換反應(yīng)是在鍍體表面進(jìn)行的，該表面一旦被溶液中析出的鍍層所覆蓋，后續(xù)的置換反應(yīng)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(yīng)所需的電子，在不添加還原劑的鍍液中，鍍層越致密，后續(xù)的置換反應(yīng)就越困難，相應(yīng)的電偶電流也越??；若鍍層粗糙且疏松，則為后續(xù)銅一錫間置換反應(yīng)留下大量的孔隙，電偶電流相應(yīng)地維持在較高的水平[9].因此電化學(xué)工作站對(duì)于電鍍研究過程中的鍍層的優(yōu)劣可以有個(gè)非常準(zhǔn)確的表征。鍍層耐腐蝕性能研究也是電化學(xué)工作站的在電鍍研究上的應(yīng)用，通過極化曲線，交流阻抗和電化學(xué)噪聲等方法，可以研究鍍層的耐腐蝕性能，當(dāng)然也可以和添加劑的使用起來。

 

　　利用電化學(xué)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(duì)鍍層質(zhì)量的影響，比如當(dāng)極化加強(qiáng)時(shí)，鍍層一般可以得到細(xì)化。（2）循環(huán)伏安法，可以用來研究合金或多組分電鍍時(shí)，如何控制不同成分的沉積量。通過不同的添加劑或者調(diào)整添加劑的用量，在循環(huán)伏安曲線上可以看到氧化還原電位的移動(dòng)（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(duì)吸附大小的影響，吸附越大時(shí)，鍍層的平整性就越好。微分電容曲線在電化學(xué)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?yàn)樘砑觿┰陔姌O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(zhuǎn)圓盤電極法，旋轉(zhuǎn)圓盤電極可以通過增加轉(zhuǎn)速來增加穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散層和穩(wěn)態(tài)電流密度。由于液態(tài)傳質(zhì)速度控制的電流與轉(zhuǎn)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(jì)反應(yīng)電子數(shù)。這個(gè)方法通常用來研究電鍍整平劑和光亮劑。與一般由擴(kuò)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(zhuǎn)速度增加而減小，這說明電極反應(yīng)速度是由阻化劑擴(kuò)散達(dá)到電極表面的速度所控制的。

 

　　因此使用旋轉(zhuǎn)圓盤電極，很容易利用電流-轉(zhuǎn)速關(guān)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(shí)得到好的整平和光亮效果。

 

4 化學(xué)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(xué)性能與催化劑的載體選擇息息相關(guān)，使用不同形貌的催化劑載體來研究催化劑對(duì)甲醇氧化的催化性能的影響，并通過三電極體系電化學(xué)工作站對(duì)催化劑進(jìn)行了循環(huán)伏安測試、計(jì)時(shí)電流測試，分析使用不同催化劑載體時(shí)催化劑的電化學(xué)性能。研究催化劑載體比表面積、團(tuán)聚度等關(guān)鍵指標(biāo)，從而指導(dǎo)實(shí)踐，提高催化劑性為甲醇燃料電池（DMFC）早日商業(yè)應(yīng)用。

 

　　在對(duì)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(zhì)以及對(duì)電極組成。對(duì)電極作為 DSSC 的重要組成部分，通常由載鉑催化劑的導(dǎo)電基片構(gòu)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(yīng)用。因此找出一種良好的催化性、穩(wěn)定性以及廉價(jià)性的制作對(duì)電極的材料非常重要。實(shí)驗(yàn)多種材料，組裝成電池，然后用電化學(xué)工作站測出電池的伏安特性曲線得出電池的電化學(xué)性能，并在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下與傳統(tǒng)的鉑對(duì)電極進(jìn)行比較，大大提高了篩選適合電極材料的效率。