電化學(xué)交流阻抗譜詳解

關(guān)于電化學(xué)交流阻抗譜詳解1.電化學(xué)交流阻抗譜簡(jiǎn)介1.1交流阻抗譜方法是一種以小振幅的正弦波電位為擾動(dòng)信號(hào)的電測(cè)量方法。

優(yōu)點(diǎn)：體系干擾小提供多角度的界面狀態(tài)與過(guò)程的信息，便于分析腐蝕緩蝕作用機(jī)理數(shù)據(jù)分析過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)果可靠缺點(diǎn)：復(fù)雜的阻抗譜的解釋第2頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2物理參數(shù)和等效電路元件1.2.1物理參數(shù)溶液電阻（Rs）雙電層電容（Cdl）極化阻抗（Rp）電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）擴(kuò)散電阻（Zw）界面電容（C）和常相角元件（CPE）電感（L）對(duì)電極和工作電極之間電解質(zhì)之間阻抗工作電極與電解質(zhì)之間電容當(dāng)電位遠(yuǎn)離開(kāi)路電位時(shí)時(shí)，導(dǎo)致電極表面電流產(chǎn)生，電流受到反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)物擴(kuò)散的控制。電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制反應(yīng)物從溶液本體擴(kuò)散到電極反應(yīng)界面的阻抗通常每一個(gè)界面之間都會(huì)存在一個(gè)電容。第3頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天溶液電阻（Rs）B.極化阻抗（Rp）C.電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）D.擴(kuò)散電阻（Zw）E.界面電容（C）和常相角元件（CPE）第4頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天注意事項(xiàng)：

1.Rp近似Rct+Zw，但不是完全的相等

2.極化阻抗通過(guò)計(jì)劃曲線也可以得到（腐蝕電位出切線的斜率）第5頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2.2.等效電路元件R阻抗C電容L電感W無(wú)限擴(kuò)散阻抗O有限擴(kuò)散阻抗Q常相角元件阻抗導(dǎo)納第6頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3等效電路（A）一個(gè)時(shí)間常數(shù)Nyquist圖相位圖大致表征幾個(gè)時(shí)間常數(shù)判斷電容。阻抗等結(jié)構(gòu)元件RsCdlRct或Rp第7頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天Nyquist圖RsCdlRctZw一個(gè)時(shí)間常數(shù)第8頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天（B）兩個(gè)時(shí)間常數(shù)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)界面電容界面阻抗雙電層電容電荷轉(zhuǎn)移阻抗第9頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)的電路圖第10頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天（C）三個(gè)時(shí)間常數(shù)CPESGRSGCPEOXROXCPEDL第11頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)的三個(gè)時(shí)間常數(shù)的電路圖第12頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4.在腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)用（1）兩個(gè)時(shí)間常數(shù)的模型金屬本體腐蝕產(chǎn)物層金屬腐蝕機(jī)制研究第13頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天研究不同鍍層的鋼材的腐蝕情況第14頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬本體防護(hù)層緩蝕劑緩蝕機(jī)制的研究第15頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天研究頭孢類(lèi)抗生素的緩蝕作用第16頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天Adv.Mater.2006,18,1672-1678Chem.Mater.2007,19,402-411Adv.Funct.Mater.2008,18,3137-3147（2）三個(gè)時(shí)間常數(shù)的模型(a)自修復(fù)膜腐蝕機(jī)制的研究第17頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天保護(hù)膜鈍化膜金屬本體第18頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天保護(hù)膜鈍化膜金屬腐蝕區(qū)第19頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天1234保護(hù)膜電容區(qū)保護(hù)膜阻抗區(qū)鈍化膜電容區(qū)鈍化膜阻抗區(qū)電容隨著頻率減少而增加阻抗不隨頻率而變化第20頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天保護(hù)膜層的阻抗變化鈍化膜層阻抗變化第21頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天(b)微生物腐蝕機(jī)制的研究CorrosionScience49(2007)2159-2176第22頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天不同階段的SRB膜的AFM圖第24頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天下一步計(jì)劃：

抗生素類(lèi)的緩蝕劑SiO2MnO2TiO2ZrO2層狀插層核殼結(jié)構(gòu)多孔結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)納微材料有機(jī)聚電解質(zhì)聚陰離子聚陽(yáng)離子智能感應(yīng)聚合物pH敏感光敏感熱敏感電化學(xué)敏感特殊離子敏感多環(huán)環(huán)中摻雜N或者S緩蝕劑有機(jī)聚合電解質(zhì)無(wú)機(jī)納微材料第25頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天

動(dòng)電位極化曲線第26頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.動(dòng)電位極化曲線簡(jiǎn)介通過(guò)控制電極電位或者電流密度的值，測(cè)定相應(yīng)的電流密度或者電位的變化而得到的電極電位與電流密度的關(guān)系曲線，被稱(chēng)為極化曲線。優(yōu)點(diǎn)曲線上的特征電位值（自腐蝕電位，孔蝕電位等）可以比較金屬的腐蝕特性直接獲得曲線的Tafel參數(shù)直接計(jì)算緩蝕效率，研究緩蝕劑的作用機(jī)理缺點(diǎn)極化測(cè)量施加的電位會(huì)對(duì)腐蝕體系造成一定的影響和干擾。（腐蝕電位Ecorr的漂移）第27頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天極化的分類(lèi)

分類(lèi)電化學(xué)極化濃差極化電阻極化電極界面的電化學(xué)反應(yīng)為控制步驟反應(yīng)物擴(kuò)散過(guò)程為控制步驟電流通過(guò)電解質(zhì)與電極界面所產(chǎn)生的歐姆電位降陰陽(yáng)極反應(yīng)所需的活化能較高陽(yáng)極極化陰極極化（氧還原反應(yīng)和釋氫反應(yīng)）第28頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天陽(yáng)極反應(yīng)曲線陰極反應(yīng)曲線釋氧區(qū)過(guò)鈍化區(qū)鈍化區(qū)過(guò)渡態(tài)區(qū)活性區(qū)（M→Mn++ne-）氧還原區(qū)（O2ne-→O2n-）氧擴(kuò)散區(qū)釋氫區(qū)第29頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天Tafel區(qū)線性極化區(qū)過(guò)渡區(qū)Tafel區(qū)線性極化區(qū)第30頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天極化曲線獲取信息腐蝕電位(Ecorr)，腐蝕電流（icorr）獲得Tafel參數(shù)（陰極極化斜率ba，陽(yáng)極極化斜率bk）研究防腐蝕機(jī)理，可以知道是陽(yáng)極機(jī)制劑、陰極抑制劑或者是混合型抑制劑。通過(guò)腐蝕電流可以計(jì)算腐蝕抑制效率（IE%=1-i1.corr/i2.corr）第31頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天極化曲線在腐蝕與防護(hù)中應(yīng)用鋁合金在含有氯離子的乙二醇-硼酸溶液中的腐蝕行為研究第32頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天氨基苯唑在3.5%NaCl中銅鎳合金的防腐蝕的研究緩蝕劑的存在改變了陽(yáng)極鈍化過(guò)程，使銅鎳合金更加容易鈍化，增加抗腐蝕的性能。第33頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天超疏水層狀雙羥基對(duì)于鋁合金防腐蝕研究鋁陽(yáng)極氧化鋁/鋁基底層狀雙羥基/鋁基底圓桂酸-陽(yáng)極氧化鋁/鋁基底圓桂酸-層狀雙羥基/鋁基底第34頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天線性極化簡(jiǎn)介活化控制的腐蝕體系

實(shí)驗(yàn)或者文獻(xiàn)中得到tafei斜率，或者失重法校正得到B值在一定時(shí)間間隔在線性極化區(qū)測(cè)定Rp上述方程基于兩點(diǎn)假設(shè)：腐蝕體系陰陽(yáng)極都受活化極化控制，濃度極化及電阻極化可以不計(jì)。腐蝕電位與陰陽(yáng)極的平衡電位相差很遠(yuǎn)。第35頁(yè),共37頁(yè)，2024年2月25日，星期天線性極化法優(yōu)點(diǎn)1.快速測(cè)定金屬腐蝕體系瞬間腐蝕速度2.對(duì)腐蝕體系的影響和干擾很少，重現(xiàn)性好3.進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，并且可以用于篩選金屬