tafel曲线

强极化曲线的数据获取及处理提纲•1.强极化曲线的概念及主要参数•2.数据获取：实验设计；获取数据；数据导出•3.数据处理：数据导入及预处理；确定tafel区范围；计算参数；特殊情况的处理•4.练习题21.1强极化曲线的概念•极化曲线（polarizationcurve)的概念：若一个电极上同时有几个电极反应进行，在电极电位E和电极的外测电流密度I的坐标系统中或在E与lg︱I︱的坐标系统中表示电极电位与外测电流密度之间关系的曲线。[1]31.1强极化曲线的概念•极化测量分为三类：线性极化测量（linear-polarizationmeasurement)、弱极化测量（low-polarizationmeasurement)和强极化测量（high-polarizationmeasurement)三种。•在此主要介绍强极化测量方法及数据处理过程。•强极化测量的优点是：分别进行两个方向的测量可以分别得到有关腐蚀过程阳极反应和阴极反应的可靠信息。[1]41.1强极化曲线的概念•例如：当电极是腐蚀金属电极，溶液是腐蚀性溶液时，在电极上同时进行两个电极反应：一个是金属的阳极溶解反应，一个是去极化剂的阴极还原反应。•用强极化曲线的方法可以分别由阳极部分曲线的参数得到阳极溶解反应的电极信息，由阴极部分曲线的参数得到阴极还原反应的电极信息[1]。5理想的强极化曲线661.2公式及主要参数•Tafel关系式：η=a+bLogiη:过电位a:电极材料不同，a值不同；b:(Tafelslope)反应机理不同，b值不同。i:电流密度•Tafel斜率的单位：mV/dec72.1试验步骤8•试验步骤•第一步：查相关文献。多查几篇文献，找到文献中选择的扫描范围，扫速等信息。•第二步：进行开路电位测试。•第三步：进行强极化曲线测试。其扫描范围一般为开路电位值-300mV—开路电位值+300mV，扫速可以直接用文献中的扫速。（扫速越慢，反应电极表面情况越准确）•第四步：根据试扫的结果调整扫描范围；82.2开路电位测试13292.2开路电位测试4756计数间隔运行时间最低电位最高电位修改各参数值102.2tafel测试13211再根据开路电位测试结果进行tafel测试2.2tafel测试4567扫描初始电位扫描速率测试次数扫描结束电位静置时间灵敏度修改各参数值122.2实验结果上图是低碳钢在20℃下在1MHCl溶液中的tafel图形，工作面积为1cm2132.3数据导出—调节有效位数12142.3数据导出—调节有效位数根据需要调节有效数字位数，通常选择4位或6位，本例中使用6位有效数字。有效数字位数34152.3数据导出12162.3数据导出转出的TXT文件就在对应的.bin文件所在文件夹中选择需要转出的.bin文件173.数据处理将方框内的文字删除，然后在原文件名后加“0”，另存。如该文件另存为“blank-1-tafel0.txt”3.1数据导入及预处理183.1新建一个Origin文件19导入单组TXT文件1233.1导入TXT数据——单组数据20导入多组TXT文件12435Final3.1导入TXT数据——多组数据213.1作图•将数据导入origin223.1作图用鼠标选中所需的两列数据点击画图键画图233.1作图关于作图的格式修改参见贺毓玲的“Origin8.0教程”及“Origin的使用”修改格式后的原始数据图片243.2强极化曲线分区•强极化曲线分为3个区，线性区、弱极化区和tafel区（即强极化区），做切线时应选择在tafel区，实际中一般从阴、阳极极化曲线的线性区开始处做切线。线性区弱极化区tafel区253.2Tafel分析方法•有两种分析方法•①阴极和阳极的tafel区做切线，外推，交点处对应的横纵坐标值分别为腐蚀电流密度的对数和腐蚀电位，•②将其中一条极化曲线的线性部分外推，与平衡电位线相交，所得的交点所对应的横纵坐标值为腐蚀电流密度的对数和腐蚀电位。•需要注意的是，如果在自腐蚀电位附近阴极支切线和阳极支切线没有交点，则采用阴极支切线外推至与腐蚀电位相交即可。[1,2]263.2找tafel区•关键是如何确定tafel区的位置以及长度，根据《电化学原理》：•当过电位的绝对值|η|2.303RT/αnF时，进入了强极化区。式中，nF为1molMn+携带的正电量数，α为传递系数，且很多情况下实验求得的α数值比较接近0.5，因而一般取其值为0.5。[1,2]计算可得：当n=1时，|η|≥120mV即进入了强极化区；当n=2时，|η|≥60mV即进入了强极化区；当n=3时，……273.2找tafel区•例如：对于铁和普通碳钢来说，在酸性溶液中腐蚀溶解时，其n=2，即|η|≥60mV时就进入了强极化区。28注意：这种方法计算出的tafel区适合于一般体系，对于特殊体系不一定适用，特殊体系应参照具体文献中的数据处理方法。3.2找tafel区•因此，对于实验结果，首先根据上述方法，将tafel区范围确定在合适范围内，再在该范围内找线性区。•找线性区具体方法见张李娜《Tafelslope的数据获取及处理》ppt，找到阴极支线性范围为-0.589—-0.649mV，阳极支线性范围为-0.469—-0.409mV。293.3在CHI中分析数据303.3在CHI中分析数据31123.3在CHI中分析数据修改tafel区范围腐蚀电压值43567bcbalogiclogia列表记录所得结果323.3在CHI中分析数据333.3斜率的计算bc、ba值分别为9.399，11.183单位（1/V）但一般Tafel斜率的单位：mV/dec因此bc值为：1/9.399*1000=106.4ba值为：1/11.183*1000=89.434Ecorr(Vvs.SCE)CatSlp(1/V)AnoSlp(1/V)CatInt(logi)-0.5299.39911.183-3.0683.3腐蚀电流密度的计算•腐蚀电流密度的算法：先算出其腐蚀电流，值为10logi，再除以其工作面积。•例如，对此电极，工作面积为1cm2。计算过程如下：•先计算腐蚀电流为10logi=10-3.068=0.000855067(A)•再计算其腐蚀电流密度为0.000855067/1=855(μAcm−2)35Ecorr(Vvs.SCE)CatSlp(mVdec-1)AnoSlp(mVdec-1)Icorr(μA/cm2)-0.529106.489.4855与文献[3,4]中运算结果无太大差别3.4对特殊情况的处理•强极化曲线有两种不同情况：①呈现Tafel直线；②偏离Tafel直线。对情况①，将极化曲线Tafel直线区外推至自腐蚀电位，这一方法可以得到腐蚀电流密度及Tafel参数。对情况②，由于偏离的情况多种多样，比较复杂，需根据极化曲线背离Tafel直线的具体情况，采用不同的处理方法，获得腐蚀电流密度及极化斜率等其它参数。363.4对特殊情况的处理•导致情况②出现的原因多种多样，其中由于强极化测量时极化电流密度很大，参比电极与被测腐蚀金属之间溶液电阻引起的欧姆电位降也有可能导致偏离的出现，常见的数据处理方法为等间距测量方法[1]。•美国人E.McCafferty提出的修饰Tafel外延法[5]也可用于偏离Tafel直线时的数据处理。•。注意：这里介绍的是适合于一般体系的处理方法，针对自己所做的体系还是应该参照具体文献中的数据处理方法。374.练习题•请试分析附件中的“练习数据”的强极化曲线•练习数据的工作电极工作面的直径为11.28mm38参考文献•[1]曹楚南.腐烛电化学原理第三版[M].化学工业出版社,2008.•[2]李荻.电化学原理第三版[M].北京航空航天大学出版社,2008.•[3]Li,W.H.;He,Q.;Pei,C.L.;Hou,B.R.Somenewtriazolederivativesasinhibitorsformildsteelcorrosioninacidicmedium.Appl.Electrochem.38(2008),289−295.•[4]A.K.Satapathy,G.Gunasekaran,S.C.Sahoo,KumarAmit,P.V.Rodrigues,CorrosioninhibitionbyJusticiagendarussaplantextractinhydrochloricacidsolution,Corros.Sci.51(2009)2848–2856.•[5]E.MeCafferty.ValidationofcorrosionratesmeasuredbytheTafelextrapolationmethod.[J]CorrosionScience,2005,47(12):3202一3215.39