本書系統(tǒng)介紹了電化學(xué)工作站的方法原理、相關(guān)理論、測(cè)試操作、應(yīng)用實(shí)例分析。全書內(nèi)容分為四部分。第一部分是電化學(xué)測(cè)試基礎(chǔ)簡(jiǎn)介；第二部分是電化學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng)，其中包括電化學(xué)工作站及其發(fā)展、運(yùn)算放大器及其在電化學(xué)測(cè)試中的應(yīng)用；第三部分是電化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的詳細(xì)介紹；第四部分是核心內(nèi)容，按照計(jì)時(shí)法（開路電位、電位階躍、電流階躍、電流掃描、電化學(xué)噪聲等）、電位掃描伏安法、電位調(diào)制伏安法、交流阻抗法等分類，選擇能夠在多數(shù)電化學(xué)工作站運(yùn)行的主要測(cè)試方法，對(duì)電位或電流激勵(lì)波形與響應(yīng)信號(hào)、常見操作界面及參數(shù)設(shè)置、相關(guān)理論基礎(chǔ)、應(yīng)用示例等內(nèi)容進(jìn)行逐一詳細(xì)介紹。
本書可供電化學(xué)、電池、電鍍、電解、腐蝕與防護(hù)、電分析化學(xué)和材料物理與化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的科技人員參考。

陳昌國(guó)，重慶大學(xué)教授/博士生導(dǎo)師。曾獲中國(guó)化學(xué)會(huì)優(yōu)秀青年化學(xué)獎(jiǎng)、教育部科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、重慶市教學(xué)成果二等獎(jiǎng)和重慶市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，申請(qǐng)專利15項(xiàng)（獲權(quán)10項(xiàng)），發(fā)表論文300余篇。曾任重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任中國(guó)化學(xué)會(huì)理事、重慶市化學(xué)化工學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)。

1.本書結(jié)合作者三十多年來在現(xiàn)代電化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等經(jīng)歷，以及近二十余年的電化學(xué)分析測(cè)試儀器及其微機(jī)化軟硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)編寫而成。 2.針對(duì)跨專業(yè)使用電化學(xué)工作站的情況編寫，內(nèi)容側(cè)重應(yīng)用。 3.每種測(cè)試分析方法，都從電位或電流激勵(lì)波形與響應(yīng)信號(hào)、操作界面及參數(shù)設(shè)置、相關(guān)理論基礎(chǔ)、應(yīng)用示例等角度進(jìn)行了介紹。

電化學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng)稱為電化學(xué)工作站，是進(jìn)行現(xiàn)代電化學(xué)分析測(cè)試的主要儀器。電化學(xué)工作站經(jīng)歷了與計(jì)算機(jī)發(fā)展和普及幾乎同步的歷程。從20 世紀(jì)80 年代出現(xiàn)，到近二十年的逐漸普及，正好滿足了材料電化學(xué)、能源電化學(xué)、環(huán)境電化學(xué)以及太陽能電池等相關(guān)領(lǐng)域近年來大發(fā)展的需要。面對(duì)跨專業(yè)廣泛使用電化學(xué)工作站的情況，筆者深感急需專門介紹電化學(xué)工作站的方法原理、相關(guān)理論、測(cè)試操作、應(yīng)用實(shí)例分析等內(nèi)容的專業(yè)書籍。
基于計(jì)算機(jī)化電化學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展與普及，筆者多年前就有興趣并計(jì)劃撰寫專門介紹現(xiàn)代電化學(xué)分析測(cè)試方法的專著。本書的撰寫結(jié)合了筆者三十多年的現(xiàn)代電化學(xué)研究、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等經(jīng)歷，以及二十余年的電化學(xué)分析測(cè)試儀器及其計(jì)算機(jī)化軟硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
本書包括四部分內(nèi)容。第一部分是電化學(xué)測(cè)試基礎(chǔ)簡(jiǎn)介；第二部分是電化學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng)，其中包括電化學(xué)工作站及其發(fā)展、運(yùn)算放大器及其在電化學(xué)測(cè)試中的應(yīng)用；第三部分是電化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的詳細(xì)介紹；第四部分是核心內(nèi)容，按照計(jì)時(shí)法（開路電位、電位階躍、電流階躍、電流掃描、電化學(xué)噪聲等）、電位掃描伏安法、電位調(diào)制伏安法、交流阻抗法等分類，選擇能夠在多數(shù)電化學(xué)工作站運(yùn)行的主要測(cè)試方法，對(duì)電位或電流激勵(lì)波形與響應(yīng)信號(hào)、常見操作界面及參數(shù)設(shè)置、相關(guān)理論基礎(chǔ)、應(yīng)用示例等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹。
在撰寫過程中，筆者參閱了許多電化學(xué)文獻(xiàn)資料。陳琳博士（實(shí)驗(yàn)技術(shù)）和郭朝中博士（調(diào)制伏安法）在校期間收集了相關(guān)章節(jié)的部分資料。在此一并感謝！
教授級(jí)實(shí)驗(yàn)師劉渝萍博士撰寫了交流阻抗法的主要內(nèi)容，其余由陳昌國(guó)撰寫。全書由陳昌國(guó)負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。
由于筆者水平有限，書中缺漏在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
特別說明：①本書中的電流一般用小寫字母i 表示，但經(jīng)差減、卷積、交流幅值等變換后則用大寫字母I 表示。②標(biāo)注星號(hào)（*）的方法由于使用范圍有限或主要用于電化學(xué)檢測(cè)器，故未對(duì)其展開介紹。

陳昌國(guó)
2023 年秋
于重慶大學(xué)虎溪花園

第1章 電化學(xué)測(cè)試基礎(chǔ) 001
1.1 電化學(xué)原理概述 002
1.2 電化學(xué)測(cè)量基礎(chǔ) 004
1.2.1 電極電位測(cè)量方法 004
1.2.2 極化電流測(cè)量方法 005
1.3 交流阻抗基礎(chǔ) 006
1.3.1 基本元件及其阻抗特性 006
1.3.2 復(fù)合元件及其阻抗特性 007
1.3.3 其他等效電路元件及其阻抗特性010
1.4 交流阻抗測(cè)量方法 014
1.4.1 直接比較法015
1.4.2 電橋法015
1.4.3 李沙育圖形法016
1.4.4 快速傅里葉變換法017
1.4.5 頻率響應(yīng)分析法017
1.4.6 高頻阻抗測(cè)試中的二次采樣技術(shù)018

第2章 電化學(xué)分析測(cè)試系統(tǒng) 019
2.1 電化學(xué)工作站簡(jiǎn)介 020
2.1.1 系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu) 020
2.1.2 主要性能與技術(shù)指標(biāo)021
2.1.3 系統(tǒng)軟件 022
2.1.4 圖形顯示設(shè)置 024
2.1.5 濾波器等設(shè)置 024
2.1.6 特殊的數(shù)值表示法 024
2.2 恒電位/恒電流控制技術(shù)025
2.2.1 控制電位/電流的經(jīng)典方法 026
2.2.2 恒電位控制技術(shù) 026
2.2.3 恒電流控制技術(shù) 028
2.3 運(yùn)算放大器概述029
2.3.1 運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 029
2.3.2 運(yùn)算放大器的功能031
2.3.3 恒電位儀的原理 040
2.4 嵌入式微型化電化學(xué)集成電路模塊045
2.4.1 EmStat pico 芯片簡(jiǎn)介 045
2.4.2 EmStat pico 開發(fā)板 046
2.5 電化學(xué)工作站的發(fā)展概況048
2.5.1 多通道電化學(xué)工作站 048
2.5.2 便攜式電化學(xué)工作站 049
2.5.3 手機(jī)電化學(xué)工作站 050

第3章 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 051
3.1 電解池技術(shù)052
3.1.1 電解池構(gòu)型與設(shè)計(jì) 052
3.1.2 三電極系統(tǒng) 054
3.1.3 鹽橋及Luggin 毛細(xì)管 055
3.1.4 電解質(zhì)溶液 058
3.1.5 電解液的電位窗口061
3.1.6 電解液除氧061
3.2 參比電極簡(jiǎn)介062
3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)氫電極 063
3.2.2 甘汞電極 064
3.2.3 硫酸亞汞電極 065
3.2.4 氧化汞電極 066
3.2.5 氯化銀電極 066
3.2.6 特殊參比電極 067
3.3 工作電極與制作方法069
3.3.1 指示電極 069
3.3.2 工作電極的制作 072 
3.3.3 工作電極的表面處理 075
3.3.4 電極的表面積 075
3.4 碳電極 077
3.4.1 石墨電極 078
3.4.2 碳糊電極 079
3.4.3 玻碳電極 079
3.4.4 熱解石墨電極 080
3.4.5 碳纖維電極 080
3.4.6 納米碳電極 080
3.4.7 類金剛石薄膜碳電極081
3.5 超微電極 081
3.5.1 常規(guī)UME 083
3.5.2 陣列電極 083
3.5.3 納米電極 084
3.6 多方式汞電極與極譜法 084
3.6.1 滴汞電極與極譜 085
3.6.2 懸汞電極 087
3.6.3 汞膜電極 088
3.7 旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù) 089
3.7.1 旋轉(zhuǎn)圓盤電極 089
3.7.2 旋轉(zhuǎn)圓盤-環(huán)盤電極 093
3.8 絲網(wǎng)印刷電極 095
3.9 溶出分析技術(shù) 095

第4章 計(jì)時(shí)法 097
4.1 方法1——開路電位法 098
4.1.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 098
4.1.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 099
4.1.3 應(yīng)用示例 099
4.2 方法2——單電位階躍電流-時(shí)間曲線法 100
4.2.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 101
4.2.2 相關(guān)基礎(chǔ)理論102
4.2.3 應(yīng)用示例105
4.3 方法3*——控制電位整體電解庫侖法 108 
4.4 方法4——雙電位階躍計(jì)時(shí)安培法109
4.4.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 110
4.4.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 111
4.4.3 應(yīng)用示例 112
4.5 方法5*——計(jì)時(shí)庫侖法113
4.6 方法6*——多電位階躍計(jì)時(shí)電流法115
4.7 方法7——單電流階躍電位-時(shí)間曲線法116
4.7.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 117
4.7.2 相關(guān)基礎(chǔ)理論 118
4.7.3 應(yīng)用示例 119
4.8 方法8——雙電流階躍計(jì)時(shí)電位法121
4.8.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置122
4.8.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)123
4.8.3 應(yīng)用示例125
4.9 方法9*——多電流階躍計(jì)時(shí)電位法127
4.10 方法10——線性電流計(jì)時(shí)電位法128
4.10.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置128
4.10.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)130
4.10.3 應(yīng)用示例——測(cè)定電池極化曲線130
4.11 方法11*——電位溶出分析法131
4.12 方法12*——差分脈沖安培法132
4.13 方法13*——雙差分脈沖安培法134
4.14 方法14*——三脈沖安培法135
4.15 方法15——電化學(xué)噪聲法137
4.15.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置137
4.15.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)138

第5章 電位掃描伏安法 143
5.1 方法16——線性電位掃描伏安法144
5.1.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置145
5.1.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)146
5.1.3 應(yīng)用示例150
5.2 方法17——循環(huán)伏安法152
5.2.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置153 
5.2.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)154
5.2.3 串聯(lián)反應(yīng)的CV 行為——理論模擬156
5.2.4 應(yīng)用示例159
5.3 方法18——階梯伏安法 172
5.3.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置173
5.3.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)174
5.3.3 應(yīng)用示例176
5.4 方法19——塔菲爾曲線法 176
5.4.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置177
5.4.2 塔菲爾曲線的特點(diǎn)178
5.4.3 應(yīng)用示例179
5.5 方法20*——掃描-階躍函數(shù)法 180
5.6 方法21——流體力學(xué)調(diào)制伏安法 181
5.6.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置182
5.6.2 應(yīng)用示例182
5.7 方法22——半微積分方法 185
5.7.1 半微積分的定義185
5.7.2 半積分電流的數(shù)值計(jì)算方法186
5.7.3 半積分電流的轉(zhuǎn)換電路187

第6章 電位調(diào)制伏安法 189
6.1 方法23——常規(guī)脈沖伏安法 190
6.1.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置190
6.1.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 191
6.1.3 應(yīng)用示例193
6.2 方法24*——差分常規(guī)脈沖伏安法 195
6.3 方法25——差分脈沖伏安法 196
6.3.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置196
6.3.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)198
6.3.3 應(yīng)用示例201
6.4 方法26——方波伏安法 202
6.4.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 203
6.4.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 204
6.4.3 應(yīng)用示例 206
6.5 方法27——交流伏安法206
6.5.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 207
6.5.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 208
6.5.3 應(yīng)用示例 211
6.6 方法28*——選相交流伏安法213
6.7 方法29——二次諧波交流伏安法214
6.7.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置215
6.7.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)與應(yīng)用216
6.8 方法30——傅里葉變換交流伏安法217
6.8.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置217
6.8.2 應(yīng)用示例219
6.9 方法31*——積分脈沖安培法220

第7章 交流阻抗法 222
7.1 方法32——阻抗-頻率法223
7.1.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 223
7.1.2 交流阻抗測(cè)量中的注意事項(xiàng) 226
7.1.3 應(yīng)用示例 228
7.2 方法33——阻抗-電位法239
7.2.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置 239
7.2.2 相關(guān)理論基礎(chǔ) 240
7.2.3 應(yīng)用示例 244
7.3 方法34——阻抗-時(shí)間法251
7.3.1 常見測(cè)試界面及參數(shù)設(shè)置251
7.3.2 應(yīng)用示例 252

附錄 EIS 阻抗擬合軟件簡(jiǎn)介 254
一、概述255
二、ZView 軟件簡(jiǎn)介255
三、EIS Spectrum Analyser 軟件簡(jiǎn)介259

參考文獻(xiàn) 268