循环伏安法简介及数据分析

1、循环伏安法循环伏安法 u1掌握循环伏安法的基本原理和测量技术。掌握循环伏安法的基本原理和测量技术。 u2通过对体系的循环伏安测量，了解如何通过对体系的循环伏安测量，了解如何 根据峰电流、峰电势及峰电势差和扫描速度根据峰电流、峰电势及峰电势差和扫描速度 之间的函数关系来判断电极反应可逆性，以之间的函数关系来判断电极反应可逆性，以 及求算有关的热力学参数和动力学参数及求算有关的热力学参数和动力学参数 。 实验目的实验目的 实验原理实验原理 n循环伏安法是指在电极循环伏安法是指在电极 上施加一个线性扫描电上施加一个线性扫描电 压，以恒定的变化速度压，以恒定的变化速度 扫描，当达到某设定的扫描，当达到

2、某设定的 终止电位时，再反向回终止电位时，再反向回 归至某一设定的起始电归至某一设定的起始电 位，循环伏安法电位与位，循环伏安法电位与 时间的关系为（见图时间的关系为（见图a） 图a n若电极反应为若电极反应为O Oe e R R，反应前溶液中只含，反应前溶液中只含 有反应粒子有反应粒子O O、且、且O O、R R 在溶液均可溶，控制扫在溶液均可溶，控制扫 描起始电势从比体系标描起始电势从比体系标 准平衡电势准平衡电势 正得多的正得多的 起始电势起始电势 i处开始势作处开始势作 正向电扫描，电流响应正向电扫描，电流响应 曲线则如图曲线则如图b b所示所示。 图b 0 平 实验原理实验原理 实验

3、原理实验原理 n当电极电势逐渐负移到当电极电势逐渐负移到 附近时，附近时，O开始在开始在 电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势 越来越负，电极表面反应物越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，的浓度逐渐下降， 因此向电极表面的流量和电流就增加。当因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的的 表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值 Ipc，然后电流逐渐下降。当电势达到，然后电流逐渐下降。当电势达到 r后，又后，又 改为反向扫描。改为反向扫描。 0 平 实验原理实验原理 n随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的随

4、着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R 粒子的浓度较大，在电势接近并通过粒子的浓度较大，在电势接近并通过 时，时， 表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生 成成R的方向发展。于是的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流开始被氧化，并且电流 增大到峰值氧化电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于，随后又由于R的显著的显著 消耗而引起电流衰降。整个曲线称为消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏循环伏 安曲线安曲线”。 0 平 n根据循环伏安曲线图中峰电流根据循环伏安曲线图中峰电流Ip、峰电势及峰电、峰电势及峰电 势差势差 和扫描速率之间的关系，可以判断电极

5、反和扫描速率之间的关系，可以判断电极反 应的可逆性。当电极反应完全可逆时，在应的可逆性。当电极反应完全可逆时，在25下，下， 这些参数的定量表达式有：这些参数的定量表达式有： （1）Ipc2.69105n3/2D01/21/2 (Acm-2) 1 实验原理实验原理 即即Ipc与反应物与反应物O的本体浓度成正比，与的本体浓度成正比，与 1/2成正比。其中：成正比。其中：DO为为O的扩散系数的扩散系数 （cm2s-1），），C为为O的本体浓度（的本体浓度（moldm-3），）， 为扫描速率（为扫描速率（Vs 1）。 ）。 （2）IpcIpa，即，即Ipc / Ipa1，并，并 与电势扫描速度与电势

6、扫描速度无关。无关。 实验原理实验原理 （3） p59/n（mV），并），并 pc， pa与扫描与扫描 速度速度和无关，为一定值。和无关，为一定值。 其中（其中（2）与（）与（3）是扩散传质步骤控制的）是扩散传质步骤控制的 可逆体系循环伏安曲线的重要特征，是检测可可逆体系循环伏安曲线的重要特征，是检测可 逆电极反应的最有用的判据。逆电极反应的最有用的判据。 实验原理实验原理 仪器和药品仪器和药品 CHI660A电化学工作站电化学工作站1台；电解池台；电解池1个；个； Pt盘电极（研究电极）、盘电极（研究电极）、Pt片电极（辅助片电极（辅助 电极）、饱和甘汞电极（参比电极）各电极）、饱和甘汞电极

7、（参比电极）各1支。支。 不同浓度的不同浓度的K3Fe(CN)6溶液。溶液。 实验步骤实验步骤 n1.电极处理：电极处理： （1）打开）打开CHI660A工作站的窗口。工作站的窗口。 （2）在）在1moldm-3H2SO4溶液中，将溶液中，将Pt平平 面电极与辅助电极以面电极与辅助电极以0.5Acm-2电流密度进电流密度进 行电解，每隔行电解，每隔30s变换一次电极的极性，如变换一次电极的极性，如 此反复此反复10次，使电极表面活化，然后取出用次，使电极表面活化，然后取出用 蒸馏水冲洗干净，用滤纸擦干。蒸馏水冲洗干净，用滤纸擦干。 实验步骤实验步骤 n2循环伏安扫描：循环伏安扫描： （1）将三

8、电极分别插入电极夹的三个）将三电极分别插入电极夹的三个 小孔中，使电极浸入电解质溶液中。将小孔中，使电极浸入电解质溶液中。将 CHI工作站的绿色夹头夹工作站的绿色夹头夹Pt盘电极，红盘电极，红 色夹头夹色夹头夹Pt丝电极，白色夹头夹参比电丝电极，白色夹头夹参比电 极。极。 （2）点击）点击“T”（Technique）选中对话框）选中对话框 中中“Cyclic Voltammetry”实验技术，点实验技术，点 击击“OK”。点击。点击“”（parameters）选）选 择参数，择参数，“Init E”为为0.5V，“High E”为为 0.5V，“Low E”为为-0.1V，“Initial S

9、can”为为Negative，“Sensitivity”在扫在扫 描速度大于描速度大于10mV时选时选510-5，点击，点击 “OK”。点击。点击“ ”开始实验。开始实验。 实验步骤实验步骤 （3）分别以）分别以5mVs-1、10mVs-1、20 mVs-1、 50 mVs-1、80 mVs-1、100 mVs-1的扫描速的扫描速 率对率对5mmolL-1K3Fe(CN)60.5 molL-1KCl体体 系进行循环伏安实验，求出系进行循环伏安实验，求出 p、Ipc、Ipa，了，了 解解Ipc、Ipa、 p与扫描速率的关系。与扫描速率的关系。 实验步骤实验步骤 n3以以10mVs-1的扫描速率分

10、别对的扫描速率分别对 20mmolL-1、10mmolL-1、5mmolL-1、 2mmolL-1、1mmolL-1的的K3Fe(CN)6溶液溶液 进行循环伏安扫描，了解进行循环伏安扫描，了解Ipc、Ipa、 p与与 浓度的关系。浓度的关系。 n实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复 原位，桌面擦拭干净。原位，桌面擦拭干净。 实验步骤实验步骤 数据处理数据处理 n从循环伏安图上读出从循环伏安图上读出Ipc、Ipa、 p， 作作Ipc和和IpcCO图。图。 注意事项注意事项 （1）测定前仔细了解仪器的使用方法。）测定前仔细了解仪器的使用方法。 （2）每一次循环伏安实验前，必须严格）每一次循环伏安实验前，必须严格 按照步骤按照步骤1中所述，