實驗4循環(huán)伏安法測定電極反應參數(shù)實驗報告

華 南 師 范 大 學 實 驗 報 告學生姓名學 號2014專 業(yè)新能源材料與器件年級、班級2014課程名稱電化學實驗實驗項目 循環(huán)伏安法測定電極反應參數(shù)實驗類型 驗證 設計 綜合實驗時間2016年4月25日實驗指導老師呂東生實驗評分一、實驗目的 1.了解循環(huán)伏安法的基本原理及應用2. 掌握循環(huán)伏安法的實驗技術和有關參數(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，并記錄電流-電勢曲線。根據(jù)曲線形狀可以判斷電極反應的可逆程度，中間體、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶聯(lián)化學反應的性質等。常用來測量電極反應參數(shù)，判斷其控制步驟和反應機理，并觀察整個電勢掃描范圍內可發(fā)生哪些反應，及其性質如何。對于一個新的電化學體系，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、無機化學、有機化學、生物化學等許多研究領域被廣泛使用。循環(huán)伏安法通常采用三電極系統(tǒng)，一支工作電極（被研究物質起反應的電極），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都成線性關系，對研究電極過程具有重要意義。標準電極電勢為：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準電極電位的方法。三、實驗器材CHI電化學工作站；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. 預處理電極2. 連接好電極，打開CHI電化學工作站，測試完開路電壓后選擇“Cyclic Voltammetry Parameters”方法。3. 設置實驗參數(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的電化學反應。圖2 玻碳電極在0.1mol/L VO2+0.1mol/L VO2+3mol/L H2SO4，-2V+2V范圍內的循環(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 對應反應為VO2+2H+e-= VO2+H2O另一個氧化峰電位：-0.394V 對應反應為VO2+H2O = VO2+e-+2H+2. 在同一張圖中做出-0.3V1.1V范圍內不同掃速下的循環(huán)伏安曲線。列表總結不同掃速下的測量結果。 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范圍內不同掃速下的測量結果圖3 玻碳電極在-0.3V1.1V范圍內不同掃速下的循環(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，電化學極化會增