说明：本文华算科技介绍了电化学工作站的分类、精度及其作为测量工具的核心地位，并深入详解了CV、LSV、EIS三大核心测试方法的原理、操作流程与关键注意事项。掌握从设备选型到规范测试的全链路知识，是获取可靠数据、深刻理解电极反应过程并推动能源、催化等领域创新的关键。
电化学工作站的分类
电化学工作站按功能定位、通道数量、应用场景可分为不同类型。
基础型电化学工作站主要集成CV、LSV、计时电流法、计时电位法等基础测试模块，精度要求适中，电位精度±1mV，电流范围10nA-100mA，如用于简单电极反应的可行性验证、基础腐蚀速率评估等。
图1 Gamry电化学工作站
多功能型电化学工作站在基础型设备的基础上，增加了EIS、脉冲伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法等进阶测试模块，电位精度提升至±0.1mV，电流范围扩展至1pA-1A，支持多电极体系测试，可满足电池材料的动力学性能表征、腐蚀体系的界面阻抗分析、生物传感器的灵敏度测试等。
高端科研型电化学工作站具备超高精度，电位精度±0.01mV，电流范围1fA-10A、超快响应速度、多通道同步测试能力，支持原位表征联用，可实现复杂反应过程的实时监测与机理分析。
按通道数量划分，电化学工作站可分为单通道、双通道、多通道设备。单通道设备适用于单一样品的独立测试；双通道设备可同时测试两个样品，适用于对比实验、平行实验场景；
多通道设备则主要用于批量样品测试或高通量筛选，如电池材料的批量性能评估、催化剂活性的高通量筛选，广泛应用于工业研发与大规模检测场景，可显著缩短测试周期。
循环伏安法（CV）
循环伏安法是通过施加线性变化的电位扫描信号，从起始电位扫描至终止电位，再反向扫描回起始电位，形成一个循环，记录电极反应过程中的电流-电位曲线。
其核心原理基于电极表面的氧化还原反应：当电位扫描至氧化电位时，电极表面的还原态物质发生氧化反应，产生氧化峰电流；反向扫描至还原电位时，生成的氧化态物质发生还原反应，产生还原峰电流，通过峰电位、峰电流的数值及变化规律，可精准判断反应特性。
图2 CV曲线示意图。DOI：10.1021/acs.jchemed.7b00361
CV测试的操作流程包括：电极准备–参数设置–样品测试–数据记录，每一步细节都直接影响测试结果的准确性。
1）电极准备
首先是电极体系准备，常用三电极体系：工作电极、对电极、参比电极。
工作电极需根据测试需求选择，预处理步骤包括打磨、清洗、活化；对电极通常选用铂片或石墨电极，确保具有良好的导电性且不参与反应；参比电极选用标准电极，需保证电极表面洁净，电解质液位正常，避免参比电位漂移。
图3 CV实验三电极体系装置示意图。
2）参数设置
参数设置需结合反应体系特性合理调整，关键参数包括扫描速率、电位范围、循环次数、静置时间。
扫描速率通常选择0.02-0.2V/s，低速扫描可减少电容电流干扰，更准确反映扩散控制的反应过程，高速扫描则适用于快速反应的动力学分析，但需注意电容电流占比增加；
位范围需根据待测物质的氧化还原电位确定，起始电位应低于还原峰电位，终止电位应高于氧化峰电位，避免电位范围过宽导致电极表面发生副反应（如水电解），或范围过窄无法捕捉完整的氧化还原峰；
循环次数一般设置3-5次，前1-2次循环用于稳定电极表面状态，第3-5次循环曲线趋于稳定，可作为有效数据；静置时间设置为2-5s，使工作电极表面与电解质达到平衡状态，减少初始电流波动。
图4 Gamry电化学工作站CV实验参数设置页面
CV测试的注意事项:
一是电解质选择，需选用惰性电解质，避免电解质与待测物质发生反应，电解质浓度通常为0.1-1mol/L，保证良好的导电性；
二是测试环境控制，水溶液体系需避免氧气干扰，可通过通入氮气或氩气除氧10-15min，测试过程中持续通气体保护，有机溶剂体系需控制水分含量，防止影响反应机理；
三是曲线异常处理，若出现峰形畸变、基线漂移、无氧化还原峰等问题，需逐一排查：峰形畸变可能是电极表面污染、扫描速率过快，基线漂移可能是参比电极电位漂移、溶液电阻过大，无峰可能是电位范围设置不当、待测物质浓度过低。
图5 电极表面抛光的正确处理方式。DOI：10.1021/acs.jchemed.7b00361
线性扫描伏安法（LSV）
线性扫描伏安法（LSV）与CV原理相似，均为施加线性变化的电位扫描信号，但LSV仅进行单向扫描。LSV测试的操作流程与CV基本一致，核心差异在于参数设置与电极体系的适配性。
注意事项包括欧姆降校正、极限电流判断、干扰因素控制。
欧姆降是由于电解质溶液电阻、电极与导线接触电阻导致的电位损失，会使测得的起始电位偏移，需通过设备自带的IR补偿功能进行校正，通常补偿80%-90%的欧姆降，避免过度补偿导致曲线畸变；
极限电流的判断需排除电容电流与背景电流干扰，可通过测试空白电解质的LSV曲线，扣除背景电流后确定真实的极限电流；
干扰因素主要包括氧气、杂质、电极污染，水溶液体系需严格除氧，杂质含量需控制在ppm级以下，测试过程中若发现电流波动异常，需及时停止测试，重新预处理电极与更换电解质。
图6 排除空气干扰操作示意图。
电化学阻抗谱（EIS）
通过向电极体系施加不同频率的小幅正弦交流电位信号，测量电极对不同频率信号的阻抗响应，得到阻抗谱图，如Nyquist图、Bode图，进而分析电极界面双电层结构、电荷转移电阻、扩散阻抗、膜层阻抗等参数的测试方法。
其核心原理基于电极体系的等效电路模型：电极反应过程中的电阻、电容、电感可等效为不同的电路元件，通过拟合阻抗谱图与等效电路，可量化各元件参数，揭示界面反应机制。
图7 EIS曲线示意图。
EIS测试需重点关注电极体系稳定性、参数设置合理性、等效电路拟合准确性。
电极体系准备方面，三电极体系是主流选择，工作电极表面状态需高度稳定，预处理后需在电解质中静置足够时间，使电极界面达到稳定状态；参比电极需具有良好的稳定性，避免交流信号干扰导致参比电位波动；对电极需具有大的比表面积，降低自身阻抗对测试结果的影响。
此外，测试前需确保电极与导线接触良好，避免接触电阻引入额外阻抗。
图8 电化学测试装置示意图。DOI：10.1021/acs.jchemed.7b00361
EIS测试的注意事项：
一是测试过程中需保持电极体系稳定，避免溶液搅拌、温度波动、电极振动，温度变化会显著影响溶液电阻与电荷转移电阻，需在恒温环境下测试，或通过设备进行温度补偿；
二是干扰排除，需避免外界电磁干扰（测试环境远离强磁场、强电场设备），电解质需脱气处理，测试导线需屏蔽处理，减少高频信号干扰；
三是等效电路拟合，需根据反应机理选择合适的等效电路模型模型，拟合过程中需保证拟合曲线与实验曲线高度吻合（拟合误差小于5%），避免盲目选择复杂模型导致拟合参数失真。
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