电化学工作站测极化曲线

应用电化学实验
本课程安排4个综合实验，每个实验4个学时，共16个学时，按照10人一组分别进行。

自编实验讲义。

实验仪器有：分析天平；直流稳压稳流电源；电化学工作站；恒温水浴；饱和甘汞电极；鲁金毛细管；H 型电解槽；Pt 电极；电解槽；赫尔槽；电力搅拌器、磁力搅拌器；pH 计。

实验1：极化曲线的测定
实验内容：测定Ni 2+离子、Co 2+离子单金属电沉积、以及Ni-Co 合金共电沉积的稳态阴极极化曲线。

一、 实验目的
1.掌握三电极体系装置和电化学工作站的应用。

2.掌握用线性电位扫描法测量极化曲线的原理和实验方法，学会从极化曲线上分析电极过程特征。

2.测定金属电沉积的阴极极化曲线。

3.学会数据的分析和处理。

二、 实验原理
研究电极过程的基本方法是测定极化曲线。

电极上电势随电流密度变化的关系曲线称为极化曲线。

极化曲线表示了电极电位与电流密度之间的关系，从极化曲线上可以求得任一电流密度下的过电势（超电势），看出不同电流密度时电势变化的趋势，直观地反映了电极反应速度与电极电势的关系。

在某一电流密度下极化曲线的斜率i ∆∆ϕ称为极化度（极化率），极化度的大小可以衡量极化的程度，判断电极过程的难易。

极化度小，电极过程容易进行；极化度大，电极过程受到较大阻碍而难以进行。

从极化曲线还可求电极过程动力学参数，如交换电流密度i 0、电子传递系数α、标准速度常数、以及扩散系数；还可以测定反应级数、电化学反应活化能等。

被控制的变量电极电位是随时间连续线性变化的。

随时间连续线性变化的电位可用线性方程表示：
Vt i +=ϕϕ；
其中：ϕ——扫描电位，t ——扫描时间，V ——扫描速度，i ϕ——扫描起点电位。

常以研究电极相对于参比电极的开路电位作为扫描的起点电位。

扫描电位与时间的关系如图1所示。

图1 电位与时间的关系
1. 实验主要仪器：电化学工作站、计算机、H电解槽，铜丝电极（研究电极），箔片（辅助电极），饱和甘汞电极（参比电极）、Luggin毛细管。

测量线路如图2所示。

图2 极化曲线测量示意图
测定极化曲线通常采用三电极体系，如图所示：1—H电解槽，2—辅助电极(Pt电极)，3—隔膜，4—电化学工作站，5—电脑，6—研究电极，7—盐桥，8—参比电极（饱和甘汞电极）。

采用鲁金毛细管降低溶液的欧姆降，毛细管尖端尽可能靠近待测电极表面。

2.试剂：分析纯，NiCl2、NiSO4、CoSO4、KCl 、H3BO3、十二烷基硫酸钠
四、实验步骤
1.按表中组成分别配制Ni溶液、Co溶液、Ni-Co溶液各200mL，按照图2连接好测量线路。

组分Ni溶液，g/L Co溶液，g/L Ni-Co溶液，g/L
NiSO4·6H2O200 200
NiCl2·6H2O45 45
2.接通电化学工作站电源，指示灯亮，打开计算机电源，计算机进入Windows 系统，点击Windows 系统中的CHI660C 程序。

3.设置实验技术：在Setup 菜单中点击Technique 命令，系统出现一系列实验技术，点击线性扫描技术Linear sweep voltammetry 。

4.读取开路电位：在Control 菜单中点击Open circuit potential ，测量开路电位。

5.选择参数：init E(V)=开路电压， Final E(V)= -1.4（可以自由设定），Scan rate =0.01V/s 、0.004 V/s 、0.006V/s ； Sample interval (V)=0.001，Quiet time(s)=2， Sensitivity (A/V)=1.0e -5（或者设置为自动精度，保证数据不溢出）。

6.运行实验：在Control 菜单中点击Run experiment 命令，分别测出Ni 、 Co 、Ni-Co 的阴极极化曲线（注：实验过程中如需要暂停实验或停止实验，在菜单中点击Pause 或Stop 命令；实验过程中如果发生数据溢出的情况，一般要先Stop ，再进行其他操作，不能直接关闭程序或进行其他操作）。

7.数据保存：实验完成后，在File 菜单中点击Save as 命令，设置路径及输入文件名，点击确定后计算机就保存了实验数据。

8. 保持其他的实验参数不变，改变电解液的温度，比如在室温、30℃、40℃下分别进行实验。

9.实验完毕，退出CHI660C 应用程序。

在确定所有应用程序都退出后，关闭CHI660C 电化学工作站电源，然后关闭计算机，切断电源。

五、实验数据处理与分析
1.将CHI66C 测量数据转变为文本文件，在origin 软件上作图，得到φ-i 极化曲线。

2.将不同扫描速度下的极化曲线叠加在同一个图上，进行比较，观察扫描速度对极化曲线是否有影响。

3. 将不同温度下的极化曲线叠加在同一个图上，进行比较，观察扫描温度对极化曲线是否有影响。

4.将极化曲线转化为Tafel 曲线，根据公式Tafel 公式i zF
RT i zF RT lg 303.2lg 303.20ααη+-
=，分别求出不同温度下Ni 2+发生阴极还原时的交换电流密度i 0、电子传递系数α。