电化学基础实验报告.docx

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 学生姓名 麦 荣 伟 学 号 20130010011 专 业 新能源材料与器件 年级、班级 2013级 课程名称 电化学基础实验 实验项目循环伏安法测定电极反应参数 实验类型 验证 设计 综合 实验时间 2015 年 4 月 23 日 实验指导老师 吕 东 生 实验评分一、实验目的 1.了解循环伏安法的基本原理及应用2. 掌握循环伏安法的实验技术和有关参数的测定方法。二、实验原理循环伏安法（CV）是最重要的电化学分析研究方法之一。在电化学、无机化学、有机化学、生物化学的研究领域广泛应用。 CV方法是循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线。如图1.当工作电极被施加的扫描电压激发时，其上将产生响应电流。以该电流（纵坐标）对电位（横坐标）作图，称为循环伏安图。如图2：0.1mol/LKNO3电解质溶液中，0.006mol/LK3Fe(CN)6在Pt电极上的反应所得到的结果。图1.循环伏安法加电压的方式 图2.循环伏安法测得的氧化还原曲线其电极反应为：选择施加在a点的起始电位Ei为0.8V，然后沿负的电位即正向扫描，当电位负到能够将VO2+还原时，在工作电极上发生还原反应：VO2+2H+e= VO2+H2O，阴极电流迅速增加（b-d），电流在d点达到最高峰，此后由于电极附近溶液中的VO2+转变为VO2+而耗尽，电流迅速衰减（d-e）；在f点电压沿正的方向扫描，当电位正到能够将VO2+氧化时，在工作电极表面聚集的将发生氧化反应：VO2+H2O = VO2+e+2H+阳极电流迅速增加（i-j），电流在j点达到最高峰，此后由于电极附近溶液中的VO2+转变为VO2+而耗尽，电流迅速衰减（j-k）；当电压达到a点的起始电位Ei时便完成了一个循环。循环伏安图的几个重要参数为：阳极峰电流（ipa）、阴极峰电流（ipc）、阳极峰电位（Epa）、阴极峰电位（Epc）。对可逆氧化还原反应E= (Epa+Epc)/2。对于可逆反应，阴阳极峰电位的值，E=Epa-Epc0.056/n （1）峰电位与扫描速度无关。而峰电流ip2.69105n3/2AD1/2V1/2C，ip为峰电流（A），n为电子转移数，A为电极面积（cm2），D为扩散系数（cm2/s），V为扫描速度（V/s），C为浓度（mol/L）。由此可见，ip与V1/2和C都是直线关系。对于可逆的电极反应： ipa/ ipc 1 .(2) 对一个简单的电极反应过程，式（1）、（2）是判断电极反应是否可逆体系依据。三、实验器材CHI电化学工作站；玻碳电极；铂电极；Hg/Hg2SO4电极；0.1 mol/L VO2+ + 0.1 mol/L VO2+ +3 mol/L H2SO4溶液四、实验步骤1. 预处理电极。其中玻碳电极用砂纸打磨，铂电极与Hg/Hg2SO4电极用去离子水清洗。3. 连接好电极，打开CHI电化学工作站，选择“循环伏安”方法。4. 设置实验参数。初始电位为开路电位，阴极终止电位-1.5V，阳极终止电位+2V，扫描速率为10mV/s，循环次数2次。保存实验数据。5. 换电解液，处理电极后，将扫速设置为5mV/s，阴极终止电位0.3V，阳极终止电位1.3V，循环次数为2次。保存实验数据。6. 在扫描速度分别为50mV/s ，20mV/s ，15mV/s， 10mV/s下按照步骤5的实验条件测量循环伏安曲线。保存实验数据。7.清洗电极和电解槽，关闭仪器和电脑。五实验数据处理与分析1.作出玻碳电极在-1.5V2.0V范围内测出的循环伏安曲线图 (选第2次扫描的曲线)。指出玻碳电极上的析氢电位、析氧电位以及另外一对氧化峰和还原峰的电位及其对应的电化学反应。图3. 玻碳电极在-1.5V2.0V范围内，扫速10mV/s时测出的循环伏安曲线图析氢电位：由于扫描的电位范围比较小，还没出现析氢电位析氢电位对应的电化学反应：2H+2e=H2 ；析氧电位：1.555V析氧电位对应的电化学反应：2H2O-4e=O2+4H+ ；另一氧化峰电位：0.477V其电化学反应为：VO2+H2O = VO2+e+2H+；另一还原峰电位：-0.657V其电化学反应为：VO2+2H+e= VO2+H2O.2. 在同一张图中做出-0.3V1.1V范围内不同扫速下的循环伏安曲线。列表总结不同扫速下的测量结果。根据Ep和ipa/ipc随扫描速度的变化趋势，说明扫速对VO2+/ VO2+ 电对的可逆性的影响。图4. 玻碳电极在-0.3V1.1V范围内不同扫速下的循环伏安曲线不同扫速下的测量结果数据表：扫速 参数 5mV/s10mV/s15mV/s20mV/s50mV/sEpa/V0.505090870.517897010.537496760.557496760.59422328Epc/V0.214240580.210054090.205443530.200043530.19477499Ep/V0.290850280.307842930.332053220.357453220.39944829ipa0.00030120.000424260.000519610.000600120.00094868ipc-0.0002065-0.000292-0.0003904-0.000413-0.0004756ipa/ipc-1.4585956-1.452945205-1.330968238-1.453075061-1.99470143随着扫描速度的增加，Ep不断