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【科研干貨】電化學(xué)表征：循環(huán)伏安法詳解（下）

來(lái)源：本站時(shí)間：2019-10-25 12:31:03 瀏覽：74267次

CV的具體分析方法

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CV采用什么體系進(jìn)行測(cè)量？為什么？

CV是表征電極反應(yīng)參數(shù)的一種手段。電極反應(yīng)一般是由氧化還原體系，支持電解質(zhì)與電極體系構(gòu)成。在絕大多數(shù)循環(huán)伏安法測(cè)量中均采用三電極體系，采用三電極系統(tǒng)的原因是極化過(guò)程中工作電極、輔助電極的電位在發(fā)生變化，且極化電流在工作電極和輔助電極之間溶液上產(chǎn)生的歐姆電位降也會(huì)附加到被測(cè)的電極電勢(shì)上，對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。

2

CV定性分析的具體方法

（1）CV測(cè)試時(shí)有哪些重要的參數(shù)？在測(cè)量時(shí)如何對(duì)參數(shù)進(jìn)行選擇？

CV在測(cè)量時(shí)需要對(duì)于①初始電位②上限電位③下限電位④初始掃描方向⑤掃描速度⑥掃描段數(shù)（2段為1圈）⑦采樣間隔⑧靜置時(shí)間⑨靈敏度（數(shù)值和測(cè)試電流同一數(shù)量級(jí)或大一級(jí)，盡量小，但是測(cè)試過(guò)程左下角不會(huì)出現(xiàn)overflow）進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)測(cè)定物出峰的范圍以及需求進(jìn)行設(shè)置，通常可以先進(jìn)行大范圍的電位測(cè)試，確定出峰位置，然后再選擇合適的電位區(qū)間，需要注意的是電位范圍選擇過(guò)大會(huì)出現(xiàn)水的氧化還原峰，對(duì)于測(cè)試物出峰會(huì)有影響。

（2）CV圖中如何確定氧化還原峰？

循環(huán)伏安曲線(xiàn)中還原峰對(duì)應(yīng)陰極反應(yīng)，其電流為陰極電流，對(duì)應(yīng)的峰為還原峰，峰電位越正，峰電流越大，越容易還原；而氧化峰則對(duì)應(yīng)陽(yáng)極反應(yīng)，其電流是陽(yáng)極電流，對(duì)應(yīng)的峰為氧化峰，峰電位越負(fù)，峰電流越大，越容易氧化。

①從電位上判斷，對(duì)于同一氧化還原電對(duì)，通常氧化峰位于還原峰較正的位置上，也就說(shuō)，峰電位較正的峰是氧化峰，峰電位較負(fù)的峰是還原峰，這是極化造成的結(jié)果。

②掃描方向：循環(huán)伏安法參數(shù)設(shè)置中有一項(xiàng)起始掃描極性（negtive 還是positive），正掃（從低電壓向高電壓掃描）是指從負(fù)電位到正電位，掃出的峰就是氧化峰；負(fù)掃（從高電壓向低電壓掃描）是指從正電位到負(fù)電位，說(shuō)明外加電路給電極上加電子，溶液中易發(fā)生還原反應(yīng)的離子(例如：三價(jià)鐵離子)向電極靠近，得到電子，從而發(fā)生還原反應(yīng)，所以?huà)叱龅姆寰褪?strong style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">還原峰。所以電位越負(fù)的話(huà)，說(shuō)明還原性越強(qiáng)，所以?huà)叱龅姆寰褪沁€原峰。

在同一電壓向正掃和向負(fù)掃將分別是氧化和還原，不是看電壓高低來(lái)決定是氧化還是還原。

（3）CV圖需要對(duì)哪些參數(shù)進(jìn)行分析？

循環(huán)伏安圖中可以得到的幾個(gè)重要參數(shù)是：陽(yáng)極峰電流（i_pa）,陰極峰電流（i_pc）,陽(yáng)極峰電位（E_pa）和陰極峰電位（E_pc）。

測(cè)量確定峰值電流i_p的方法是：沿基線(xiàn)作切線(xiàn)外推至峰下，從峰頂作垂線(xiàn)至切線(xiàn)，其間高度即為i_p。E_p可直接從橫軸與峰頂對(duì)應(yīng)處讀取。

（4）如何利用CV確定反應(yīng)機(jī)理？

以下圖光降解反應(yīng)為例，推測(cè)其反應(yīng)過(guò)程，二聯(lián)吡啶釕作為氧化劑，抗壞血酸為還原劑。

活化能與電位之間關(guān)系如下：

通過(guò)溶劑系數(shù)等合并后可得兩個(gè)不同反應(yīng)過(guò)程的吉布斯自由能計(jì)算式：

將電位數(shù)值代入則可得到吉布斯自由能大小，根據(jù)自由能的正負(fù)則可判斷反應(yīng)歷程。

（5）如何利用CV判斷反應(yīng)特性？

①利用循環(huán)伏安確定反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)(一般這兩個(gè)條件即可)

a.氧化峰電流與還原峰電流之比的絕對(duì)值等于1.

[有時(shí)對(duì)同一體系，掃描速率不同也會(huì)在一定程度上影響其可逆性。一般而言，掃描速度對(duì)峰電位沒(méi)有影響，但掃描速率越大其電化學(xué)反應(yīng)電流也就越大.]

b.氧化峰與還原峰電位差約為59/n（mV）, n為電子轉(zhuǎn)移量(溫度一般是293K).

[但是一般我們實(shí)驗(yàn)時(shí)候不是在這個(gè)溫度下，因此用這個(gè)算是有誤差的，一般保證其值在100mv以下都算合理的誤差.]

②判斷擴(kuò)散反應(yīng)或者是吸附反應(yīng)：

改變掃描速率，看峰電流是與掃描速率還是它的二次方根成正比。

a.若是與掃描速率成線(xiàn)性關(guān)系,就是表面控制.

b.若是與二次方根成線(xiàn)性關(guān)系, 就是擴(kuò)散控制.

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