电化学阻抗谱分析干货

Question

如题所述

Answer 1

一、电化学阻抗谱的入门指南

电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS），是一种无损表征电极表面行为的精密工具。它通过测量在不同频率下，目标系统对正弦波信号的阻抗响应，揭示其动力学过程的秘密。

二、理论基石与工作原理

当输入一个角频率ω的正弦波电信号（电压或电流），系统会输出对应的响应信号。阻抗（Z）和导纳（Y）是系统对这种输入信号反应的关键参数。在稳定线性系统中，阻抗与导纳之间存在确定的函数关系，即Z = 1/Y。EIS技术通过测定不同频率下的阻抗参数（Z'、Z''、|Z|和θ），绘制出电化学阻抗谱图，揭示系统的频率响应特性。

三、经典模型与元器件解析

1. 扩散阻抗谱与元器件

Warburg扩散: 以铜在NaCl溶液中的典型为例，低频区的Warburg阻抗表现为45°斜线，其等效电路模型如图所示，包括溶液电阻R1、双电层模型CPE和极化电阻Rp。
O型与T型扩散: O型扩散的等效电路会多出一个有限层，而T型扩散则表示有屏障阻挡的扩散，表现出RC串联特性，如图例所示。

2. 感抗阻抗模型

低频区的感抗通常源自电极表面的吸脱附过程，通过RL串联和CPE等元件构建等效电路，如图2.1所示，实例中，铝合金在NaCl溶液中由于腐蚀产物吸脱附，会形成额外的感抗弧。

四、结论与实践应用

电化学阻抗谱与等效电路模型并非一一对应，需要根据实际体系的特性灵活运用。构建等效电路时，结合文献资料，才能准确揭示系统的复杂行为。通过深入理解和应用EIS技术，我们能更好地揭示电化学反应的微妙细节，从而优化腐蚀防护和电化学过程控制。