循環(huán)伏安法簡介及數(shù)據(jù)分析

1、循環(huán)伏安法循環(huán)伏安法 u1掌握循環(huán)伏安法的基本原理和測量技術。掌握循環(huán)伏安法的基本原理和測量技術。 u2通過對體系的循環(huán)伏安測量，了解如何通過對體系的循環(huán)伏安測量，了解如何 根據(jù)峰電流、峰電勢及峰電勢差和掃描速度根據(jù)峰電流、峰電勢及峰電勢差和掃描速度 之間的函數(shù)關系來判斷電極反應可逆性，以之間的函數(shù)關系來判斷電極反應可逆性，以 及求算有關的熱力學參數(shù)和動力學參數(shù)及求算有關的熱力學參數(shù)和動力學參數(shù) 。 實驗目的實驗目的 實驗原理實驗原理 n循環(huán)伏安法是指在電極循環(huán)伏安法是指在電極 上施加一個線性掃描電上施加一個線性掃描電 壓，以恒定的變化速度壓，以恒定的變化速度 掃描，當達到某設定的掃描，當達到

2、某設定的 終止電位時，再反向回終止電位時，再反向回 歸至某一設定的起始電歸至某一設定的起始電 位，循環(huán)伏安法電位與位，循環(huán)伏安法電位與 時間的關系為（見圖時間的關系為（見圖a） 圖a n若電極反應為若電極反應為O Oe e R R，反應前溶液中只含，反應前溶液中只含 有反應粒子有反應粒子O O、且、且O O、R R 在溶液均可溶，控制掃在溶液均可溶，控制掃 描起始電勢從比體系標描起始電勢從比體系標 準平衡電勢準平衡電勢 正得多的正得多的 起始電勢起始電勢 i處開始勢作處開始勢作 正向電掃描，電流響應正向電掃描，電流響應 曲線則如圖曲線則如圖b b所示所示。 圖b 0 平 實驗原理實驗原理 實驗

3、原理實驗原理 n當電極電勢逐漸負移到當電極電勢逐漸負移到 附近時，附近時，O開始在開始在 電極上還原，并有法拉第電流通過。由于電勢電極上還原，并有法拉第電流通過。由于電勢 越來越負，電極表面反應物越來越負，電極表面反應物O的濃度逐漸下降，的濃度逐漸下降， 因此向電極表面的流量和電流就增加。當因此向電極表面的流量和電流就增加。當O的的 表面濃度下降到近于零，電流也增加到最大值表面濃度下降到近于零，電流也增加到最大值 Ipc，然后電流逐漸下降。當電勢達到，然后電流逐漸下降。當電勢達到 r后，又后，又 改為反向掃描。改為反向掃描。 0 平 實驗原理實驗原理 n隨著電極電勢逐漸變正，電極附近可氧化的隨

4、著電極電勢逐漸變正，電極附近可氧化的R 粒子的濃度較大，在電勢接近并通過粒子的濃度較大，在電勢接近并通過 時，時， 表面上的電化學平衡應當向著越來越有利于生表面上的電化學平衡應當向著越來越有利于生 成成R的方向發(fā)展。于是的方向發(fā)展。于是R開始被氧化，并且電流開始被氧化，并且電流 增大到峰值氧化電流增大到峰值氧化電流Ipa，隨后又由于，隨后又由于R的顯著的顯著 消耗而引起電流衰降。整個曲線稱為消耗而引起電流衰降。整個曲線稱為“循環(huán)伏循環(huán)伏 安曲線安曲線”。 0 平 n根據(jù)循環(huán)伏安曲線圖中峰電流根據(jù)循環(huán)伏安曲線圖中峰電流Ip、峰電勢及峰電、峰電勢及峰電 勢差勢差 和掃描速率之間的關系，可以判斷電極

5、反和掃描速率之間的關系，可以判斷電極反 應的可逆性。當電極反應完全可逆時，在應的可逆性。當電極反應完全可逆時，在25下，下， 這些參數(shù)的定量表達式有：這些參數(shù)的定量表達式有： （1）Ipc2.69105n3/2D01/21/2 (Acm-2) 1 實驗原理實驗原理 即即Ipc與反應物與反應物O的本體濃度成正比，與的本體濃度成正比，與 1/2成正比。其中：成正比。其中：DO為為O的擴散系數(shù)的擴散系數(shù) （cm2s-1），），C為為O的本體濃度（的本體濃度（moldm-3），）， 為掃描速率（為掃描速率（Vs 1）。 ）。 （2）IpcIpa，即，即Ipc / Ipa1，并，并 與電勢掃描速度與電勢

6、掃描速度無關。無關。 實驗原理實驗原理 （3） p59/n（mV），并），并 pc， pa與掃描與掃描 速度速度和無關，為一定值。和無關，為一定值。 其中（其中（2）與（）與（3）是擴散傳質(zhì)步驟控制的）是擴散傳質(zhì)步驟控制的 可逆體系循環(huán)伏安曲線的重要特征，是檢測可可逆體系循環(huán)伏安曲線的重要特征，是檢測可 逆電極反應的最有用的判據(jù)。逆電極反應的最有用的判據(jù)。 實驗原理實驗原理 儀器和藥品儀器和藥品 CHI660A電化學工作站電化學工作站1臺；電解池臺；電解池1個；個； Pt盤電極（研究電極）、盤電極（研究電極）、Pt片電極（輔助片電極（輔助 電極）、飽和甘汞電極（參比電極）各電極）、飽和甘汞電極

7、（參比電極）各1支。支。 不同濃度的不同濃度的K3Fe(CN)6溶液。溶液。 實驗步驟實驗步驟 n1.電極處理：電極處理： （1）打開）打開CHI660A工作站的窗口。工作站的窗口。 （2）在）在1moldm-3H2SO4溶液中，將溶液中，將Pt平平 面電極與輔助電極以面電極與輔助電極以0.5Acm-2電流密度進電流密度進 行電解，每隔行電解，每隔30s變換一次電極的極性，如變換一次電極的極性，如 此反復此反復10次，使電極表面活化，然后取出用次，使電極表面活化，然后取出用 蒸餾水沖洗干凈，用濾紙擦干。蒸餾水沖洗干凈，用濾紙擦干。 實驗步驟實驗步驟 n2循環(huán)伏安掃描：循環(huán)伏安掃描： （1）將三

8、電極分別插入電極夾的三個）將三電極分別插入電極夾的三個 小孔中，使電極浸入電解質(zhì)溶液中。將小孔中，使電極浸入電解質(zhì)溶液中。將 CHI工作站的綠色夾頭夾工作站的綠色夾頭夾Pt盤電極，紅盤電極，紅 色夾頭夾色夾頭夾Pt絲電極，白色夾頭夾參比電絲電極，白色夾頭夾參比電 極。極。 （2）點擊）點擊“T”（Technique）選中對話框）選中對話框 中中“Cyclic Voltammetry”實驗技術，點實驗技術，點 擊擊“OK”。點擊。點擊“”（parameters）選）選 擇參數(shù)，擇參數(shù)，“Init E”為為0.5V，“High E”為為 0.5V，“Low E”為為-0.1V，“Initial S

9、can”為為Negative，“Sensitivity”在掃在掃 描速度大于描速度大于10mV時選時選510-5，點擊，點擊 “OK”。點擊。點擊“ ”開始實驗。開始實驗。 實驗步驟實驗步驟 （3）分別以）分別以5mVs-1、10mVs-1、20 mVs-1、 50 mVs-1、80 mVs-1、100 mVs-1的掃描速的掃描速 率對率對5mmolL-1K3Fe(CN)60.5 molL-1KCl體體 系進行循環(huán)伏安實驗，求出系進行循環(huán)伏安實驗，求出 p、Ipc、Ipa，了，了 解解Ipc、Ipa、 p與掃描速率的關系。與掃描速率的關系。 實驗步驟實驗步驟 n3以以10mVs-1的掃描速率分

10、別對的掃描速率分別對 20mmolL-1、10mmolL-1、5mmolL-1、 2mmolL-1、1mmolL-1的的K3Fe(CN)6溶液溶液 進行循環(huán)伏安掃描，了解進行循環(huán)伏安掃描，了解Ipc、Ipa、 p與與 濃度的關系。濃度的關系。 n實驗完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復實驗完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復 原位，桌面擦拭干凈。原位，桌面擦拭干凈。 實驗步驟實驗步驟 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 n從循環(huán)伏安圖上讀出從循環(huán)伏安圖上讀出Ipc、Ipa、 p， 作作Ipc和和IpcCO圖。圖。 注意事項注意事項 （1）測定前仔細了解儀器的使用方法。）測定前仔細了解儀器的使用方法。 （2）每一次循環(huán)伏安實驗前，必須嚴格）每一次循環(huán)伏安實驗前，必須嚴格 按照步驟按照步驟1中所述，