前言
“電化學阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy,簡稱 EIS,也叫交流阻抗譜):給電化學系統施加一個頻率不同的小振幅的交流信號,測量交流信號電壓與電流的比值(此比值即為系統的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化,或者是阻抗的相位角 Φ 隨 ω 的變化。進而分析 電極過程 動力學、 雙電層 和擴散等,研究電極材料、 固體電解質 、 導電高分子 以及腐蝕防護等機理。 ”(來源于百度)
常用的電化學阻抗譜有兩種,分別為 Nyquist 圖、Bode 圖,光催化研究中,大家一般 Nyquist 圖見的比較多。Nyquist 圖中 Z'(實部)與 Z''(虛部)表現了電極表面的電子轉移電阻(Rct),其值與半圓部分的直徑相同,并可用于描述電極與電解液之間界面的特性。Nyquist 圖由兩部分組成,高頻區的半圓形部分對應電子傳輸限制過程,低頻區線性部分則對應于擴散限制過程。通過計算電極表面的電子轉移電阻 Rct,可以對光催化、電催化等實驗過程中的某些現象進行解釋。現以辰華 CHI 660D 為例來進行 EIS 測試,實驗中一些參數設置、電極選用、電解液選取等,不同研究體系可能有所不同,大家以自己所看參考文獻為準。
測試前準備
(1)玻碳電極(工作電極)的打磨
在眼鏡布上撒上少量的(0.3 μM)拋光粉(如下圖所示),往拋光粉上滴加少量的去離子水。使用玻璃棒將拋光粉與去離子水混勻,之后豎直握住玻碳電極下半部分,開始打磨電極,將玻碳電極導電處打磨到光滑且黑亮為止。

(2)樣品的處理
取 2 mg 樣品于小型樣品管中,加入 200 μL 的乙醇與 5 μL 的 nafion 試劑,超聲分散 1 h。將上述樣品懸浮液用移液槍移取并小心的平鋪在玻碳電極的導電面,待其自然風干即可。
(3)電解液的制備
配置 250 mL 含有鐵氰化鉀(0.1 M),亞鐵氰化鉀(0.1 M),氯化鉀(0.1 M)的混合溶液,以準備下一步測試使用。
(4)三電極裝置的設計
采用三電極體系,鉑片作為對電極,飽和甘汞電極作為參比電極,玻碳電極作為工作電極(不建議采用 ITO 玻璃作工作電極,因為它本身具有一定的內阻)。
電化學阻抗測試操作步驟
(1)設置開路電壓:點擊設置>實驗技術>開路電位-時間>確定,待工作站運作平穩時(即測出來的是一條平行于X軸的波動很小的線),記錄軟件左下角掃描出的開路電壓。 也可點擊控制 >開路電位>開路電壓頁面,查看開路電壓,如下圖所示,此時三電極體系的開路電壓值為 0.3990 V,待后面錄入參數時使用。

( 2 )點擊實驗技術 > 電化學技術,選擇電化學阻抗,確定后設置參數。

( 3 )點擊參數設置,進入電化學阻抗參數的頁面,根據( 1 )中所得到的開路電壓,設置初始電壓為 0.3990 V 。設置高頻處的頻率為 100KHz ,低頻處的頻率為 10 mHz 。振幅和靜置時間采用默認數值,點擊確定,準備進行電化學阻抗測試。

( 4 )點擊 ? (圖標 ? 代表運行試驗, ▎▎ 代表暫停 , ■ 代表終止),運行實驗,出現交流阻抗測試的頁面,掃描圖形如下圖所示,右上角顯示實驗剩余時間,所掃描的數據盡量保證連續。
