實驗4循環(huán)伏安法測定電極反應(yīng)參數(shù)實驗報告

華 南 師 范 大 學(xué) 實 驗 報 告學(xué)生姓名學(xué) 號2014專 業(yè)新能源材料與器件年級、班級2014課程名稱電化學(xué)實驗實驗項目 循環(huán)伏安法測定電極反應(yīng)參數(shù)實驗類型 驗證 設(shè)計 綜合實驗時間2016年4月25日實驗指導(dǎo)老師呂東生實驗評分一、實驗?zāi)康?1.了解循環(huán)伏安法的基本原理及應(yīng)用2. 掌握循環(huán)伏安法的實驗技術(shù)和有關(guān)參數(shù)的測定方法。二、實驗原理循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry)是一種常用的電化學(xué)研究方法。該法控制電極電勢以不同的速率，隨時間以三角波形一次或多次反復(fù)掃描，電勢范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的還原和氧化反應(yīng)，并記錄電流-電勢曲線。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應(yīng)的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)等。常用來測量電極反應(yīng)參數(shù)，判斷其控制步驟和反應(yīng)機理，并觀察整個電勢掃描范圍內(nèi)可發(fā)生哪些反應(yīng)，及其性質(zhì)如何。對于一個新的電化學(xué)體系，首選的研究方法往往就是循環(huán)伏安法。該方法使用的儀器簡單，操作方便，圖譜解析直觀，在電化學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)、生物化學(xué)等許多研究領(lǐng)域被廣泛使用。循環(huán)伏安法通常采用三電極系統(tǒng)，一支工作電極（被研究物質(zhì)起反應(yīng)的電極），一支參比電極，一支對電極。外加電壓在工作電極和輔助電極之間，反應(yīng)電流通過工作電極與輔助電極。圖1 循環(huán)伏安法測得的氧化還原曲線正向掃描的峰電流ip與v0.5和C都成線性關(guān)系，對研究電極過程具有重要意義。標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為：E=（Epa+Epc）/2。所以對可逆過程，循環(huán)伏安法是一個方便的測量標(biāo)準(zhǔn)電極電位的方法。三、實驗器材CHI電化學(xué)工作站；玻碳電極；鉑電極；Hg/Hg2SO4電極；0.1 mol/L VO2+ + 0.1 mol/L VO2+ +3 mol/L H2SO4溶液四、實驗步驟1. 預(yù)處理電極2. 連接好電極，打開CHI電化學(xué)工作站，測試完開路電壓后選擇“Cyclic Voltammetry Parameters”方法。3. 設(shè)置實驗參數(shù)。初始電位為0.3598V(開路電壓)，陰極終止電位-12V，陽極終止電位+2V，掃描速率為20mV/s，循環(huán)次數(shù)2次，即“Sweep Segment”為5。sensitivity取1.e-6取第二次的數(shù)據(jù)。保存實驗數(shù)據(jù)。4. 換電解液，處理電極后，將掃速設(shè)置為5mV/s，陰極終止電位-0.3V，陽極終止電位1.3V，循環(huán)次數(shù)為2次，取第二次的數(shù)據(jù)。保存實驗數(shù)據(jù)。5. 在掃描速度分別為10mV/s，15mV/s，20mV/s下按照步驟5的實驗條件測量循環(huán)伏安曲線。保存實驗數(shù)據(jù)。6.清洗電極和電解槽，關(guān)閉儀器和電腦。五實驗數(shù)據(jù)處理與分析1.作出玻碳電極在-1.5V2.0V范圍內(nèi)測出的循環(huán)伏安曲線圖 (選第2次掃描的曲線)。指出玻碳電極上的析氫電位、析氧電位以及另外一對氧化峰和還原峰的電位及其對應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)。圖2 玻碳電極在0.1mol/L VO2+0.1mol/L VO2+3mol/L H2SO4，-2V+2V范圍內(nèi)的循環(huán)伏安曲線圖析氫電位：-1.638V 析氧電位：0.945V另一個還原峰電位：-1.124V 對應(yīng)反應(yīng)為VO2+2H+e-= VO2+H2O另一個氧化峰電位：-0.394V 對應(yīng)反應(yīng)為VO2+H2O = VO2+e-+2H+2. 在同一張圖中做出-0.3V1.1V范圍內(nèi)不同掃速下的循環(huán)伏安曲線。列表總結(jié)不同掃速下的測量結(jié)果。 掃速參數(shù)5mV/s10mv/s15mV/s20mV/s30mV/sEpa/V0.2510.1630.17330.18220.1722Epc/V0.5010.7660.7330.71560.6541Ep/V0.2490.6030.55970.53340.4819ipa/mA3.7694.6356.287.2478.991ipc/mA3.2272.5953.4094.2395.744ipa/ipc1.171.791.841.701.56表1 玻碳電極在-0.3V1.1V范圍內(nèi)不同掃速下的測量結(jié)果圖3 玻碳電極在-0.3V1.1V范圍內(nèi)不同掃速下的循環(huán)伏安曲線根據(jù)Ep和ipa/ipc隨掃描速度的變化趨勢，說明掃速對VO2+/ VO2+ 電對的可逆性的影響。從表1數(shù)據(jù)可見，Ep隨掃速增大而增大，ipa/ipc也越來越偏離1，說明VO2+/ VO2+電對的掃速越大，電化學(xué)極化會增