第十章循环伏安法
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一、循环伏安法(Cyclic Voltammetry)一种常用的电化学研究方法。
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。
根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度,中间体、相界吸附或新相形成的可能性,以及偶联化学反应的性质等。
常用来测量电极反应参数,判断其控制步骤和反应机理,并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应,及其性质如何。
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”。
本法除了使用汞电极外,还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。
1.基本原理如以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上,得到的电流电压曲线包括两个分支,如果前半部分电位向阴极方向扫描,电活性物质在电极上还原,产生还原波,那么后半部分电位向阳极方向扫描时,还原产物又会重新在电极上氧化,产生氧化波。
因此一次三角波扫描,完成一个还原和氧化过程的循环,故该法称为循环伏安法,其电流—电压曲线称为循环伏安图。
如果电活性物质可逆性差,则氧化波与还原波的高度就不同,对称性也较差。
循环伏安法中电压扫描速度可从每秒种数毫伏到1伏。
工作电极可用悬汞电极,或铂、玻碳、石墨等固体电极。
2.循环伏安法的应用循环伏安法是一种很有用的电化学研究方法,可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究。
但该法很少用于定量分析。
(1)电极可逆性的判断循环伏安法中电压的扫描过程包括阴极与阳极两个方向,因此从所得的循环伏安法图的氧化波和还原波的峰高和对称性中可判断电活性物质在电极表面反应的可逆程度。
若反应是可逆的,则曲线上下对称,若反应不可逆,则曲线上下不对称。
(2)电极反应机理的判断循环伏安法还可研究电极吸附现象、电化学反应产物、电化学—化学耦联反应等,对于有机物、金属有机化合物及生物物质的氧化还原机理研究很有用。
3、循环伏安法的用途(1)、判断电极表面微观反应过程(2)、判断电极反应的可逆性(3)、作为无机制备反应“摸条件”的手段(4)、为有机合成“摸条件”(5)、前置化学反应(CE)的循环伏安特征(6)、后置化学反应(EC)的循环伏安特征(7)、催化反应的循环伏安特征二、循环伏安法相关问题:1、利用循环伏安确定反应是否为可逆反应(一般这两个条件即可)①.氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于1.[有时对同一体系,扫描速率不同也会在一定程度上影响其可逆性的一般而言,扫描速度对峰电位没有影响,但扫描速率越大其电化学反应电流也就越大.]②.氧化峰与还原峰电位差约为59/n mV, n为电子转移量(温度一般是293K).[但是一般我们实验时候不是在这个温度下,因此用这个算是有误差的,一般保证其值在100mv以下都算合理的误差.]2、判断扩散反应或者是吸附反应:改变扫描速率,看峰电流是与扫描速率还是它的二次方根成正比。
循环伏安确定反应是否为可逆反应1.氧化峰电流与还原峰电流绝对值相等,即二者绝对值比值始终为一,与扫描速率,换向电势,扩散系数无关。
2.氧化峰与还原峰电位差约为59mV利用循环伏安确定反应是否为可逆反应1.氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于12.氧化峰与还原峰电位差约为(59/n)mV (25摄氏度时)一般这两个条件即可判断扩散反应或者是吸附反应:改变扫描速率,看峰电流是与扫描速率还是它的二次方根成正比~~ 若是与扫描速率成线性,就是表面控制过程~与二次方根成线性,就是扩散控制~~偶认为,,,给6楼纠正下,是59/n,n为电子转移量(亚铁-铁,n=1)温度一般是293K下确定,但是一般我们实验时候不是在这个温度下,因此用这个算是有误差的,一般保证其值在100mv以下都算合理的误差,随着扫描速度的变大,这个值 ...循环伏安测试的基本电位条件设定是根据你的研究电机与参比电极决定利用循环伏安确定反应是否可逆1:氧化峰和还原峰的电流比是否相等,若相等则可逆。
有时对同一体系,扫描速率不同也会在一定程度上影响其可逆性的一般而言,扫速越大其电化学反应电流也就越大。
2:氧化峰和还原峰电位差等于59/nmV,若大于,则是准可逆体系。
这种确定onset potential的方法的依据是什么呢?我看有的文献上直接是作一条切线,但这样误差也很大,很主观随意。
不知道Electrochimica Acta 53 (2007) 811–822这篇文献中的这种求onset potential的方法的依据是什么。
Quote:Originally posted by crossin at 2009-4-28 17:29:The onset is defined as the potential at which 10% or20%of the current value at the peak potential was reached.(Electrochimica Acta 53 (2007) 811–822)不是“依据(accord)”,而是“定义(define)”以前我们老师上电极过程动力学的时候说准确的onset potential其实是很难被确定的。
循环伏安法原理及结果分析一、循环伏安法的原理循环伏安法是通过控制工作电极的电位,在一个特定的电位范围内以一定的扫描速率进行循环扫描,同时测量电流随电位的变化。
在典型的循环伏安实验中,工作电极(如铂、金、玻碳等)、参比电极(如饱和甘汞电极、Ag/AgCl 电极等)和辅助电极(通常为铂丝)组成三电极体系,置于含有研究对象的电解质溶液中。
电位扫描通常从起始电位开始,向一个方向扫描到终止电位,然后反向扫描回到起始电位,形成一个完整的循环。
在扫描过程中,电极表面发生氧化还原反应,产生电流。
电流的大小与电极表面发生的电化学反应速率以及反应物和产物的浓度有关。
当电位逐渐增加时,若达到某种物质的氧化电位,该物质就会在电极表面发生氧化反应,产生氧化电流。
反之,当电位逐渐降低时,若达到某种物质的还原电位,该物质就会在电极表面发生还原反应,产生还原电流。
通过测量不同电位下的电流值,可以得到循环伏安曲线。
二、循环伏安曲线的特征循环伏安曲线通常呈现出峰形,包括氧化峰和还原峰。
氧化峰对应于物质的氧化过程,还原峰对应于物质的还原过程。
峰电流(ip)是循环伏安曲线中最重要的参数之一。
峰电流的大小与电活性物质的浓度、扫描速率、电极面积以及电化学反应的速率常数等因素有关。
一般来说,电活性物质的浓度越高,峰电流越大;扫描速率越快,峰电流也越大,但峰形可能会变得更尖锐;电极面积越大,峰电流也越大。
峰电位(Ep)是指峰电流对应的电位值。
氧化峰电位(Epa)和还原峰电位(Epc)之间的差值(ΔEp = Epa Epc)可以反映电化学反应的可逆性。
对于可逆的电化学反应,ΔEp 约为 59/n mV(n 为电子转移数);对于不可逆的电化学反应,ΔEp 通常较大。
此外,还可以通过循环伏安曲线计算出其他参数,如半峰电位(E1/2)、峰宽(W)等,这些参数对于分析电化学反应的性质也具有重要意义。
三、结果分析1、定性分析通过循环伏安曲线的峰电位,可以初步判断发生的电化学反应类型以及参与反应的物质。
实验10 循环伏安法测定电极反应参数一、实验目的(1)了解循环伏安法的基本原理、特点和应用。
(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(1)循环伏安法是电化学分析中重要的一种分析方法。
在电化学分析中,凡是以测量电解过程的电流-电位(电压)曲线为目的,都称为伏安分析法。
按施加激励信号的方式、波形及种类的不同,伏安法又分为多种技术,其中线性扫描伏安法,是在工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压(图1),并记录相应的电流-电势曲线(图2)。
线性电位扫描法分小幅度运用和大幅度运用两类。
小幅度运用一般用于测定双电层电容和反应电阻。
大幅度运用的电位扫描范围宽,可在感兴趣的整个范围进行,所以使用的范围较广,如测定电极参数,判断电极过程的可逆性/控制步骤/反应机理,研究电极的吸(脱)附现象等。
图1 图2循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位E m后,再回扫至原来的起始电位值E i,电位与时间的关系如图3所示。
电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。
所用的指示电极有悬汞电极、铂电极或玻璃碳电极等。
主要用于研究电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数等。
图3 图4当溶液中存在氧化态物质O 时,它在电极上可逆地还原生成还原态物质R ,O + ne → R当电位方向逆转时,在电极表面生成的R 则被可逆地氧化为O,R → O + ne一个三角波扫描,可以完成还原与氧化两个过程,记录出如图4所示的循环伏安曲线。
在循环伏安法中,阳极峰电流i P a 、阴极峰电流i P c 、阳极峰电位E pa 、阴极峰电位E P c 是最重要的参数,对可逆电极过程来说, 峰电位不随扫描速度变化,且 5763E E E mV n∆=pa pc -= (1) 即阳极峰电势(E pa )与阴极峰电势(E pc )之差为57/n 至63/n mV 之间,确切的值与扫描过阴极峰电势之后多少毫伏再回扫有关。
一般在过阴极峰电势之后有足够的毫伏数再回扫,△E P 值为58/n mV 。