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由QCM技术与电化学技术联用，构成的电化学石英晶体微天平(EQCM)技术，兼具电化学检测的高灵敏度及QCM实时检测电极表面纳克级质量变化的优点，可同时测量电极表面质量、电流和电量随电位的变化，现场跟踪电极/溶液界面的各种传质和传荷过程。它从一个新的角度对电极表面的变化和反应历程提供定量的数据，具有其它方法无法比拟的优越性，是一种有效的研究电极表面过程极其灵敏的新方法。此外，EQCM还可以检测非电化学活性物种在电极表面的行为，有助于认识电极表面的非电化学过程。
EQCM的应用领域不断地在扩大，在电化学反应机理、新型材料、有机电合成、电聚合、表面电化学等领域的研究中，有其独到之处，具有好的应用前景，特别是EOCM技术本身所用的仪器设备简单、价格相对低廉，值得我国研究者的重视。在我国，对QCM理论了解的人们不多，并且影响液相中石英晶体振荡频率变化的因素比较复杂，若缺乏严谨的实验设计和熟练的实验技巧，则实际应用的效果将不理想。本论文我们建立了EQCM系统并着重开展EQCM在电化学体系中的应用研究。本论文主要进行了以下三方面的研究工作：
一．EQCM系统的建立和Pt水溶液界面的EQCM研究。针对EQCM仪器制造商配备的QCM电解池存在的缺点，设计了一种通用型的EQCM电解池；用恒电流电沉积铜的方法测定了AT—cut石英晶体铂电极的质量灵敏因子Cf，分析了Cf实验测定值与理论值偏差的原因，并讨论了在所设计的EQCM电解池中AT—cut石英晶体铂电极的使用范围，为进一步开展EQCM的应用研究提供可靠的基础。联用CV和EQCM方法，从定量的角度研究了0.1mol·L-1H2SO4和0.1mol·L-1NaOH溶液中铂电极表面过程随电位的变化，为加深认识水在多晶铂表面上吸附和氧化过程提供了新的数据。
二．以EQCM技术为核心，结合常规电化学方法和SERS技术研究了酸性介质中硫脲衍生物对铜、银和镍等金属阳极溶出和阴极沉积过程的影响以及半导体CdTe阴极沉积和阳极溶出过程，从定量角度和分子水平上进一步揭示这些电极反应过程的机理。此外，还通过赫尔槽和正交法实验，研制了弱酸性硫酸盐体系连续快速光亮镀锌添加剂的配方和工艺，并研究了该组合添加剂中各组分的电化学性能。
三．以EQCM技术为核心，结合常规电化学方法和电化学现场FTIR反射光谱技术研究了碱性介质中甲醇、异丙醇、正丁醇和仲丁醇等有机小分子醇在铂电极上电催化氧化过程，并与酸性介质中得到的结果相比较，进一步从分子水平和定量角度揭示了碱性介质中这些醇在铂电极上的反应机理。此外，还应用CV和EQCM技术从定量角度研究了酸性介质中1，3丁二醇在铂电极上的吸附和氧化过程。
本论文研究工作获得的主要结论归纳如下：
1、设计出的EQCM专用电解池可以把石英晶振电极直接安装在样品池中，每次实验只需要约15ml电解质溶液，同时可确保每次安装时保证电极之间的距离一致，还可以通气消除溶解氧的影响，具有很好的频率稳定性和重现性；实验测出该系统中QCM质量灵敏因子的值为902Hzμg—1，比由Sauerbrey方程计算所得的理论值(915Hzμg—1)小，相差约1.4％，偏差的原因可能是由于在电化学体系中，QCM工作电极处于溶液中，而不是在真空体系中，从而导致与Sauerbrey方程的偏差；当传递过电极的电量低于600mC，或石英晶体始末频率的变化值△f小于16189Hz，或频率变化在基频F0的0.18％范围以内，或QCMPt电极上外来沉积物的质量小于18.0μg时，△f～△Q呈线性关系，QCMPt电极可很好地满足Sauerbrey方程。
2、酸性介质中，正向电位扫描时氢区表面质量增加是由于水分子取代Had，而双电层区则是由于水的吸附模式逐渐由氢端吸附转向氧端吸附所引起，水在双电层区间是以低放电吸附的，1摩尔Pt原子和水分子只发生0.054mol的电荷转移；碱性介质中正向电位扫描时氢区表面质量的增加不用考虑水分子和非电活性离子的影响，主要是由临近层黏度的改变所引起的。
3、在不含ATU的溶液中，铜阳极溶出和阴极沉积过程的M/n分别为32.0和34.2g/mol，都是一个2—电子过程，并未检测到Cu(Ⅰ)中间产物：ATU改变了铜阳极溶出和阴极沉积的历程。在含ATU的溶液中，铜阳极溶出和阴极沉积过程的M/n分别为61.9和65.4g/mol，是一个1—电子过程；ATU通过S原子吸附于铜电极表面，吸附后ATU分子结构发生了改变；CH3CH=CH—基团中的C=C键不直接吸附于电极表面，但仲氨基比伯氨基根接近电极表面；ATU分子趋向于以斜插方式通过CH3CH=CH—基团接近电极表面；SO42—和HSO4—离子共吸附在质子化的—NH(CH2CHCH2)基团上。
在含HT的溶液中，铜阳极溶出和阴极沉积过程的M/n分别为33.0和31.6g/mol，是一个2—电子过程。在目前实验条件下，HT能吸附在铜电极表面，阻化了铜的电极过程，但并不改变铜电极阳极溶出和阴极沉积的历程。
4、在酸性硝酸银溶液中，银阳极溶出和阴极沉积过程的实验测定值M/n分别为18.3和43.4g/mol，尽管实验测定值与银1—电子过程的M/n理论值(108g/mol)相差甚大，但考虑到氢电极过程的影响，仍可指认：在酸性AgNO3溶液中，银的阳极溶出和阴极沉积过程均为1—电子过程。在含ATU的溶液中，Ag阳极溶出和阴极沉积过程的M/n实验测定值分别为104.1和106.3g/mol，与Ag的1—电子过程的M/n理论值非常接近，指示ATU并不改变银阳极溶出和阴极沉积过程，但ATU阻化了氢的析出，促进了银的电极过程，加大了电极过程的可逆程度。
5、在0.05M的NiSO4溶液中，镍阳极溶出和阴极沉积过程的M/n实验值分别为31.7和38.0g/mol，都是两电子过程。在含ATU的NiSO4溶液中，镍在铂电极上阳极溶出和阴极沉积过程共出现3个电流峰，其M/n实验值分别为60.4、117.1和60.0g/mol，表明ATU改变了镍的电极过程，对镍的阳极溶出和阴极沉积有比较复杂的影响；CV结果还证实：ATU促进了镍的阳极溶出和阴极沉积过程。在含HT的溶液中，镍阴极沉积过程的M/n值为29.3g/mol，存在1个2—电子过程；而镍的阳极溶出有三个过程，其M/n值分别为28.9、8.7和0g/mol，证明HT对镍电极过程的影响比较复杂。
6、Te的电沉积过程比较复杂，在不同电位区间，其电沉积可以是4—电子、1—电子或者2—电子过程；在较负电位下，Te还可进一步还原成H2Te；在含或不含Cd的TeO2溶液中，本体Te沉积的机理不同，但阳极溶出过程相类似；在实验条件下，只有当阴极电位小于—0.2V时，方可发生CdTe电沉积，其阴极电沉积和阳极溶出都是一个3—电子过程，本文还提出了CdTe电沉积和阳极溶出过程的机理。
7、本文所研制的添加剂是为型材硫酸盐连续快速光亮镀锌而专门设计的，由主光亮剂、载体光亮剂、苯甲酸钠、辅助光亮剂A和扩散剂NNO组成，其最佳配比是2：22：8：1：6。
8、本文所研究的四种醇(甲醇、异丙醇、正丁醇和仲丁醇)的电氧化与溶液酸碱性都有一定的关系；如与酸性介质相比，碱性介质中这些醇电氧化过程往往只有一个正向氧化峰，第二个氧化峰的消失或者被抑制。这可能是由于碱性介质中Pt电极在高电位下形成高氧化态的氧物种毒化其表面引起的；碱性介质中这些醇解离吸附产物的数量比酸性介质的明显减少；在实验条件下，都难以检测到CO红外特征谱峰的存在；甲醇电氧化反应最终产物为CO2和CO32，检测到的主要中间体为HCOO-物种；异丙醇电氧化反应最终产物为丙酮，可认为碱性介质中异丙醇在Pt电极上主要发生了异丙醇脱氢产生丙酮的反应；碱性介质中，正丁醇难于发生C-C键断裂、形成CO和CO2物种，且电氧化反应最终产物只有丁酸根物种；碱性介质中仲丁醇电氧化的最终产物是CH3CH2COCH3，反应中间体主要为CH3CH=CHCH3和CH2=CHCH2CH3；与其他三种醇不同，碱性介质中异丙醇在铂电极上，也不存在自毒化现象；EQCM作为一种灵敏的研究工具，从电极表面质量变化提供了仲丁醇电氧化过程的新信息。
9、酸性介质中1，3-丁二醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系；当E＜0.5V时，1，3-丁二醇解离产物可稳定吸附在电极表面；当E＞0.5V时，解离产物可被氧化：正向电位扫描高电位区，主要发生两个过程：Pt氧化和1，3-丁二醇氧化；负向电位扫描中，主要发生PtO还原和溶液中1，3-丁二醇氧化过程。