电化学原理和方法-电化学阻抗谱省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第11章电化学阻抗谱11.1引言将电化学系统看作是一个等效电路，这个等效电路是由电阻（R）、电容（C）、电感（L）等基本元件按串联或并联等不一样方式组合而成，经过EIS，能够测定等效电路组成以及各元件大小，利用这些元件电化学含义，来分析电化学系统结构和电极过程性质等。11.2电化学阻抗谱基础假如X为角频率为正弦波电势信号，则Y即为角频率也为正弦电流信号，此时，频响函数G()就称之为系统Ｍ导纳（admittance)，用Y表示。阻纳G是一个随改变矢量，通惯用角频率（或普通频率f，=2f）复变函数来表示，即：log|Z|11.2.2EIS测量前提条件稳定性条件（stability）:扰动不会引发系统内部结构发生改变，当扰动停顿后，系统能够回复到原先状态。可逆反应轻易满足稳定性条件；不可逆电极过程，只要电极表面改变不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停顿后，系统也能够恢复到离原先状态不远状态，能够近似认为满足稳定性条件。因为采取小幅度正弦电势信号对系统进行微扰，电极上交替出现阳极和阴极过程，二者作用相反，所以，即使扰动信号长时间作用于电极，也不会造成极化现象积累性发展和电极表面状态积累性改变。所以EIS法是一个“准稳态方法”。因为电势和电流间存在线性关系，测量过程中电极处于准稳态，使得测量结果数学处理简化。EIS是一个频率域测量方法，可测定频率范围很宽，因而比常规电化学方法得到更多动力学信息和电极界面结构信息。11.2.4简单电路基本性质1.电阻写成复数：3.电组R和电容C串联RC电路4.电组R和电容C并联电路Nyquist图上为半径为R/2半圆。11.3电荷传递过程控制EIS电极过程控制步骤为电化学反应步骤时，Nyquist图为半圆，据此能够判断电极过程控制步骤。注意：11.4电荷传递和扩散过程混合控制EIS电路阻抗：Nyquist图上扩散控制表现为倾斜角/4（45）直线。电极过程由电荷传递和扩散过程共同控制时，其Nyquist图是由高频区一个半圆和低频区一条45度直线组成。扩散阻抗直线可能偏离45，原因：对于复杂或特殊电化学体系，EIS谱形状将愈加复杂多样。只用电阻、电容等还不足以描述等效电路，需要引入感抗、常相位元件等其它电化学元件。11.5EIS数据处理与解析第二步：依据电化学体系特征，利用电化学知识，预计这个系统中可能有哪些个等效电路元件，它们之间有可能怎样组合，然后提出一个可能等效电路。第三步：利用专业EIS分析软件，对EIS进行曲线拟合。假如拟合很好，则说明这个等效电路有可能是该系统等效电路最终：利用拟合软件，可得到体系R、Rct、Cd以及其它参数，再利用电化学知识赋予这些等效电路元件以一定电化学含义，并计算动力学参数，谢谢大家