电化学工作站铂片电极原理

　　先决条件：

　　该操作说明书是建立在您对一些电子类术语如电位，电流，电阻，频率和电容等有一定了解的基础上写的。如果您在这方面的知识储备有所欠缺，我们建议您先浏览一下其他的基础书籍，例如电子学或物理学书。

　　电极：

　　电化学工作站的使用一般配套三电极的电化学电解池装置。

　　工作电极：

　　工作电极是电压受控恒定、电流可测量的一类电极。在很多的物理电化学实验中，工作电极通常采用惰性材料，比如金，铂或者玻碳。在这些例子中，工作电极仅作为表面为电化学反应的发生提供场所。在腐蚀测试中，工作电极是要腐蚀的金属材料。一般来说，工作电极不是真正我们要学习的金属结构本身。而是采用一个小的样品来代表整体结构。这类似于使用失重试片进行测试。工作电极可以是纯金属或者包覆后的金属。对于电池，电化学工作站直接连接到电池的负极或正极。

　　参比电极：

　　参比电极是用于辅助测定工作电极电位的一种电极。参比电极应该具有已知且稳定的电化学电势。实验室常用的参比电极是饱和甘汞电极（SCE）和银/氯化银电极。在野外，常会用准参考电极（工作电极所用材料）。

　　对（辅助）电极：

　　对（辅助）电极是一个导体，用以完善电解池电流回路。实验室用的对电极通常采用惰性材料如铂或石墨烯。在野外，人们也常用工作电极所用材料。 电流自工作电极流入溶液，从对电极流出。所有电极浸浴在电解液（导电溶液）中。电极，溶液和盛装溶液的电解池组合总成称作电化学电解池。内部电路由四个部分组成，以下作详细的介绍。即便你对电学不熟悉，也可以从下面的信息中了解一二。放大器上的×1表示这是一个单位增益差分放大器。电路的输出电压即为两个输入信号的差值。两个标有Voltage和Current×Rm的图标表示的是电压和电流信号，该信号将传送至系统用于数字化的模数转换器。

　　静电计：

　　静电计电路测量的是参比电极和工作电极间的电位差。其输出信号有两个主要的功能：一个是可以作为电化学工作电路中的反馈信号；一个是可以用于计算测量电解池的电压。理想的静电计具有零输入电流和无限大的阻抗。流经参比电极的电流会改变它的电势。在实际应用中，所有静电计的输入电流几乎无限接近零，因此上述的现象通常可以忽略。静电计有两个重要参数：带宽和输入阻抗。带宽表征的是当静电计被一个低阻抗源驱动时，其可测得的AC频率。静电计的带宽必须高于电化学工作站中其他电子组成部分的带宽。

　　静电计输入电容和参比电极电阻共同组成RC滤波器。如果滤波器的时间常数太大，它会限制静电计的有效带宽，还会引起系统的不稳定性。小的输入电容可以获得更稳定的操作，同时增加仪器对高阻抗参比电极的耐受性。

　　I/E转换器：

　　简化示意图中的电流电压（I/E）转换器测量的是电解池电流。它迫使电解池电流流经一个电流测试电阻Rm。通过Rm 上的电压降计算出电解池的电流。在一些实验中，电解池电流变化不大。在其他的一些实验，如腐蚀实验中，电流经常能变化到七个数量级以上。在这种情况下，你将不能够仅通过使用一个单独的电阻去测量如此大范围的电流。我们可以将许多不同的Rm电阻自动组合接入I/E电路。这样可以测量各种不同大小的电流，每次测量可以依据电流大小选定合适的电阻。I/E自动变换量程程序常用来选择合适的电阻值。

　　I/E转换器的带宽强烈地依赖于它的敏感度。测量小电流需要大的Rm电阻。I/E转换器中的离弦电容形成一个带Rm的RC滤波器，限制了I/E的带宽。没有电化学工作站能够准确测量100kHz下的10nA电流，因为这个电流范围的带宽太低了以至于无法测定100kHz的频率。这个效应在EIS测量中非常非常重要！

　　调整放大器：

　　调整放大器是一个伺服放大器。它可以将实际测得的电解池电压与预期电压相类比，并向电解池中灌输电流迫使两者相同。需要注意的是，实际测得的电压被输入调整放大器的负输入端。测量电压中的正扰动将导出一个负的调整放大器输出信号。这个负的输出信号将抵消原来的扰动。这种控制线路被称为负反馈。

　　在正常情况下，电解池电压会被控制成与信号源电压相同。调整放大器的输出都有一个极限值。以Gamry公司的Reference3000为例，它的调整放大器输出不会超过32V或3A。

　　信号：

　　信号电路是一个电脑控制的电压源。它通常是数模转换器的输出信号，其中数模转换器将电脑生成的数值转换成电压。合理地选择编号顺序可以使电脑产生恒压，电压斜升，甚至数字电路输出信号中的正弦波。

　　当数模转换器用于生成一个波形例如一个正弦波或者一个斜升时，波形是一个等效模拟波形的数值近似，其中含有小的电压阶跃。这些电压阶跃的大小受数模转换器的分辨率的限制，比率本身将更新成新的数字。

　　恒电流仪和零电阻电流计：

　　Gamry的电化学工作站还可作为恒电流仪和零电阻电流计使用。当你把反馈从电压信号模式切换到电解池电流信号时，简化示意图中的电化学工作站就变成了恒电流仪。这时，仪器控制的是电解池电流而非电解池电压。静电计输出信号还可以用来测量电解池电压。零电阻电流计允许你在两电极间施加零伏电位差。电极间的电流可以测得。零电阻电流计常被用来测量恒流腐蚀现象和电化学噪音。