如何用电化学工作站进行电化学阻抗谱(EIS)测试？

前言

“电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，简称 EIS，也叫交流阻抗谱）：给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流信号，测量交流信号电压与电流的比值（此比值即为系统的阻抗）随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角 Φ 随 ω 的变化。进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。”（来源于百度）

常用的电化学阻抗谱有两种，分别为 Nyquist 图、Bode 图，光催化研究中，大家一般 Nyquist 图见的比较多。Nyquist 图中 Z'（实部）与 Z''（虚部）表现了电极表面的电子转移电阻（R_ct），其值与半圆部分的直径相同，并可用于描述电极与电解液之间界面的特性。Nyquist 图由两部分组成，高频区的半圆形部分对应电子传输限制过程，低频区线性部分则对应于扩散限制过程。通过计算电极表面的电子转移电阻 R_ct，可以对光催化、电催化等实验过程中的某些现象进行解释。现以辰华 CHI 660D 为例来进行 EIS 测试，实验中一些参数设置、电极选用、电解液选取等，不同研究体系可能有所不同，大家以自己所看参考文献为准。

测试前准备

（1）玻碳电极（工作电极）的打磨

在眼镜布上撒上少量的（0.3 μM）抛光粉（如下图所示），往抛光粉上滴加少量的去离子水。使用玻璃棒将抛光粉与去离子水混匀，之后竖直握住玻碳电极下半部分，开始打磨电极，将玻碳电极导电处打磨到光滑且黑亮为止。

（2）样品的处理

取 2 mg 样品于小型样品管中，加入 200 μL 的乙醇与 5 μL 的 nafion 试剂，超声分散 1 h。将上述样品悬浮液用移液枪移取并小心的平铺在玻碳电极的导电面，待其自然风干即可。

（3）电解液的制备

配置 250 mL 含有铁氰化钾（0.1 M），亚铁氰化钾（0.1 M），氯化钾（0.1 M）的混合溶液，以准备下一步测试使用。

（4）三电极装置的设计

采用三电极体系，铂片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，玻碳电极作为工作电极（不建议采用 ITO 玻璃作工作电极，因为它本身具有一定的内阻）。

电化学阻抗测试操作步骤

（1）设置开路电压：点击设置>实验技术>开路电位-时间>确定，待工作站运作平稳时（即测出来的是一条平行于X轴的波动很小的线），记录软件左下角扫描出的开路电压。也可点击控制>开路电位>开路电压页面，查看开路电压，如下图所示，此时三电极体系的开路电压值为 0.3990 V，待后面录入参数时使用。

（2）点击实验技术>电化学技术，选择电化学阻抗，确定后设置参数。

（3）点击参数设置，进入电化学阻抗参数的页面，根据（1）中所得到的开路电压，设置初始电压为 0.3990 V。设置高频处的频率为 100KHz，低频处的频率为 10 mHz。振幅和静置时间采用默认数值，点击确定，准备进行电化学阻抗测试。

（4）点击 ▶（图标 ▶ 代表运行试验，▎▎代表暂停，■ 代表终止），运行实验，出现交流阻抗测试的页面，扫描图形如下图所示，右上角显示实验剩余时间，所扫描的数据尽量保证连续。

（5）数据转换：点击图象>图形选项，进入图形选项的对话框以后，选择Nyquist:Z''-Z'，此时电脑将自动进行实验的数据转换，在电脑自动进行数据转换以后，保存文件为*.bin和*.txt两种格式，待下一步进行数据处理和分析。

数据处理

半圆部分的直径的计算，即电极表面的电子转移电阻（Rct）的计算：见研之成理往期帖子：超实用电化学干货丨Tafel数据处理和Zview对EIS数据拟合教程

数据分析

参考研之成理往期帖子：精品干货：光催化入门指南(3) —光催化常用表征与测试

备注

由于不同电化学工作站所安装的软件不同，所以不同的电脑的操作页面会有英文和中文的差别，但 CHI 600D 系列采用三电极体系测试交流阻抗的流程大致是相同的。

相关内容链接：

更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI写作、名师介绍等干货知识请进入研之成理后台自主查询。