线性扫描伏安法与循环伏安法

伏 安 法

根据线性扫描伏安法与循环伏安法的基本原理, 采用电化学中典型的K3

[ Fe(CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验。作为应用化学专业高年级学生和研究生学习电化学课程的实验, 收到了非常好的教学效果。

1伏安法：电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。电化学实验技术也在不断的发展, 随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展, 线性扫描伏安法和循环伏安法、交流阻抗法和一系列更复杂灵巧的极化程序控制方法已在很大程度上取代了经典极化曲线测量和极谱方法[ 1 - 2 ] 。本文在参考国内外有关电化学线性扫描伏安法与循环伏安法的基础上[ 3 - 4 ] , 进行了广泛的探索,采用电化学中典型的K3 [ Fe (CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验, 得到了适合应用化学专业高年级学生和研究生实验教学的综合研究性实验方案。教学效果表明, 该实验采用计算机控制的综合电化学测试仪, 实验参数容易控制, 数据测量准确, 实验结果便于计算机处理。学生通过对实验数据的处理, 自己得出电化学可逆体系的诊断标准, 使学生通过这个综合性研究实验,

加深了对线性扫描伏安法与循环伏安法的特点和基本原理的理解, 掌握线性扫描伏安法的定量分析方法, 熟悉循环伏安法在研究电极机理方面的应用从而达到掌握线性扫描伏安法和循环伏安法实验技术的实验目的。使用表面静止的液体或固体电极，称为伏安法。循环伏安法(Cyclic Voltammetry)。

电化学测量方法介绍

RST系列电化学工作站总共有65种测试方法和用户可自编脚本的“宏方法”组成

线性扫描伏安法LSV 电池恒流充电

线性扫描溶出伏安法 电池恒流放电

线性扫描循环伏安法LCV 电池恒流循环充放电

动电流扫描I-E曲线 电池全容量分段充电

阶梯伏安法SV 电池全容量分段放电

阶梯溶出伏安法 脉冲电镀法

阶梯循环伏安法SCV 电镀电位监测

方波伏安法SWV 氯离子浓度监测

方波溶出伏安法 宏电池电流监测

方波循环伏安法SWCV 半电池恒流阳极极化

差示脉冲伏安法DPV 半电池恒流阴极极化

差示脉冲溶出伏安法 半电池恒流循环极化

常规脉冲伏安法NPV 微分电容-电位

差示常规脉冲伏安法DNPV 微分电容-频率

单电位阶跃计时电流法CA 交流阻抗-电位

单电位阶跃计时电量法CC 交流阻抗-时间

多电位阶跃计时电流法 电偶腐蚀

多电位阶跃计时电量法 恒流限压快速循环充放电

恒电位电解I-T曲线 高阻电位计

恒电位电解Q-T曲线 零阻电流计 恒电位溶出I-T曲线 点蚀电位

恒电位溶出Q-T曲线 环形扫描

开路电位E-T曲线OCPT 流体力学调制伏安法

电位溶出E-T曲线 电化学噪声测量

单电流阶跃计时电位法CP 差分脉冲电流检测

多电流阶跃计时电位法 双差分脉冲电流检测

控制电流E-T曲线 三脉冲电流检测

交流伏安法ACV 积分脉冲电流检测

交流溶出伏安法 镀锡量测定

交流循环伏安法ACCV 二次谐波交流伏安法

塔菲尔图Tafel 傅里叶变换交流伏安法

交流阻抗谱EIS 控制电位电解库仑法

四探针电阻率测量

* 宏方法：用户可自编脚本进行多种电化学方法的组合运行

循环伏安法介绍

基本定义

循环伏安法是指在电极上施加一个线性扫描电压，从起始电位以一定的速率扫描到一个顶点电位，再从该顶点电位扫描到另一个顶点电位的两阶段，此扫描可以在两个顶点电位之间多次重复。

循环伏安方法应用极为广泛。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界面吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为〃电化学的谱图〃。

激励信号

Tιme(s)

循环伏安法的激励信号图

该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描,

电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应,并记录电流-电势曲线。 (A)-UBOd 2、关键参数、参数的可设置范围及通常的设置范围

最初电位(V):扫描起始点。可设置范围10~∙10;依据体系的差异，水相体系T殳设置在±2.0V,有机相可以扩展到±5.0V,电池或串联电池体系还会更大。

最终电位(V):扫描最终点。参数设置同上。

顶点电位I(V):电位扫描的最高限制。参数设置同上。

顶点电位2(V):电位扫描的最低限制。参数设置同上。

静置时间(S):电位扫描开始前的静置时间。可设置范围1~100000。通常设置为几秒或几十秒内。

扫描速率(V∕s):电位变化率，可设置范围IXIO-4~10000;稳态测量T殳数mV∕s,一般电极过程研究和测量可由数mV/s到数V∕s,快速表面反应电极过程动力学研究或超微电极快速扫描最高可以设置到数kV∕so高扫描会有大电流，应注意考虑溶液电阻影响。

循环次数：1~500000次；

全部点数：每个扫描周期的默认数据采集量为2000个点。全部点数为2000X循环次数。

研究体系及实验曲线

31、玻碳电极，1mMK3[Fe(CN)6]+1MKCI

三电极体系：WE-GCE;RE-SCE;CE-Pt丝。

参数设置:最初电位 顶点电位 顶点电位 最终电位

山 西 大 学

综 合 化 学 实 验 报 告

实 验 名 称 电化学分析方法

学 院 化学化工学院

学生姓名 霍雨深 蒋康利

专 业 化学

学 号 2012296013 2012296014

年 级 2012级

指导教师 高春光

二Ο一 五年 四月 七日

摘要：本实验通过对K3[Fe（CN）6]进行快速循环伏安扫描和线性扫描，了解并掌握利用循环伏安法判定电极的可逆性，扫描速度和浓度对循环伏安图的影响，以及线性扫描中极限峰电流与活性组分浓度关系，掌握循环伏安法于线性扫描法的参数设置。

关键词： 循环伏安法，线性伏安扫描法，铁氰化钾溶液，电化学分析

1引言：电化学分析方法是仪器分析的一个重要分支，是建立在溶液电化学性质基础上的一类分析方法，或者说利用物质在溶液中的电化学性质及其变化规律分析的一类方法。电化学性质是指溶液的电学性质（如电导、电量、电流、电位等）与化学性质（如溶液的化学的组成、浓度、形成及其化学变化等）之间的关系。

㈠ 循环伏安法

循环伏安法是一种特殊的氧化还原分析方法。其特殊性主要表现在实验的工作环境是在三电极电解池里进行。w为工作电极（即绿色的夹子接铜电极），s为参比电极（即黄色的夹子接饱和氯化钾电极），a为辅助电极（即红色的夹子接铂电极）。当加一快速变化的电压信号于电解池上，工作电极电位达到开关电位时，将扫描方向反向，所得到的电流-电位（I-E）曲线，称为循环伏安曲线，同样有峰电流 ip和峰电位Ep，ip、Ep的表达式也分别相同。

对于可逆电极反应ip＝6.25×105n3/2D1/2v1/2Ac 其中：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。由于Da和Dc大致相同，对于可逆电极反应ipa/ ipc ≈1